锚索是锚固家族中非常重要的一员，主要采用高强、低松弛的钢绞线编束制作而成。由于其能提供强大的预应力，从而可有效平衡坡体的下滑力，使坡体的稳定性满足工程建设的安全需要。而这种强大的预应力，正是锚索结构设置自由段和锚固段的原因。换句话说，锚索工程没有如果自由段和锚固段的分别设置，也就无从谈起锚索预应力的产生。下面以工程中最为常用的普通拉力型锚索为例进行说明两者的工作原理。

1、自由段

依据公式                             ，

其中，预应力（KN），为钢绞线的伸长量（m），为可提供伸长量的钢绞线长度（m），为钢绞线抗模量（KPa），为单根钢绞线的面积（m2）

从以上公式可以看出，锚索要产生预应力，必须要确保构造锚索的钢绞线存在一定的伸长量。因此，为了锚索在张拉时产生一定的伸长量而形成预应力，必须确保钢绞线的一部分保持相对的“自由”。否则，如果为零，也就无从谈起锚索工程预应力的产生。且为了有效确保锚索预应力的形成，规范规定锚索的自由段不宜小于5m。

综上，预应力锚索必须设置位于滑面以上滑体中的自由段，这是锚索工程自身结构的属性。

2、锚固段

锚索必须有一段长度位于滑面或潜在滑面以下的稳定地层中，从而确保在锚索张拉力时能够通过稳定地层提供反力从而形成锚索预应力。这就要求提供锚固反力的锚索必须位于滑面以下的稳定地层中，否则会导致锚固能力的减弱或锚索工程“坐船”。

因此，为确保锚索的锚固段能设置于稳定地层中，故一般情况下要求自由段须穿过滑面的长度为1~2m。这主要是由于我们分析确定的滑面往往存在一定的不确定性，或滑面并不如我们所分析的呈现直线或光滑曲线，而极有可能会出现“狗啃”的起伏状。

锚索锚固力的产生主要依赖于锚索与注浆体之间的摩擦力，以及注浆体与钻孔周边的岩土体摩擦力。而在工程实践中，一般情况下只要能确保采用M30以上强度的注浆体时，锚索锚固力就主要受控于注浆体与钻孔周边岩土体的摩擦力，而锚索与浆体之间的摩擦力一般只进行必要的复核即可。

依据公式，

其中，预应力（KN），k为安全系数，为钻孔直径（m），为注浆体与钻孔周边岩土体的摩阻值（KPa），为锚固段的长度（m）

从以上公式可以得出，在一定的假定范围内，锚索的预应力与锚固段的长度成比例增加。因此，锚索体要产生预应力，必须设置一定长度的锚固段。否则，如果为零，也就无从谈起预应力的产生。且为了确保锚索的锚固力，规范规定锚索的锚固段不宜小于3m。当然，为了满足上式假定的边界条件，在常用的直径130mm或150mm钻孔直径规格中，锚固段的长度不宜大于10m。

综上，预应力锚索必须设置位于滑面以下稳定地层的锚固段，这是锚索工程自身结构的属性。

基于以上分析说明，锚索设置自由段和锚固段，是锚索工程自身结构的固有属性，必须进行分别设置。

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知识点：预应力锚索区别自由段和锚固段