巖土錨固理論研究進展

巖土錨固理論研究進展

1基巖錨固界面的應(yīng)用眾所周知，巖石樁固結(jié)技術(shù)是當前巖石工程領(lǐng)域的一個重要分支。近年來，該分支取得了活躍的進展和前景。充分利用具有較大剛度和材料強度的力學(xué)特性來加強或加固軟弱破碎的巖體和土體,與此同時,發(fā)揮巖土體的自穩(wěn)能力,最終達到工程結(jié)構(gòu)物穩(wěn)定的目的。因此,巖土錨固成為解決巖土工程穩(wěn)定性問題的經(jīng)濟、有效的方法之一。巖土錨固在能源、交通、水利以及城市基礎(chǔ)建設(shè)中獲得了廣泛應(yīng)用,同時,巖土錨固理論研究也得到了進一步的發(fā)展。2錨固理論研究工程實踐表明,巖土錨固是一種有效的加固措施,但由于工程介質(zhì)的復(fù)雜性以及錨固方式的多樣性,至今尚未出現(xiàn)統(tǒng)一的理論。國內(nèi)外巖土錨固理論研究主要圍繞以下兩方面展開:(1)地錨荷載傳遞機理,特別是注漿錨桿中桿體與注漿體、注漿體與圍巖土體間粘結(jié)應(yīng)力的分布狀態(tài)及傳遞機理的研究;(2)從錨固體加固效果角度出發(fā)研究巖土錨固作用機理。對錨桿荷載傳遞機理的研究,英國、美國、法國、加拿大、澳大利亞等國處于國際領(lǐng)先水平。主要內(nèi)容為荷載從錨桿(索)轉(zhuǎn)移到灌漿體的力學(xué)機理研究以及灌漿體與鉆孔孔壁間力學(xué)機理的研究。2.1錨固結(jié)構(gòu)的優(yōu)化錨桿與灌漿體、灌漿體與孔壁介質(zhì)發(fā)生復(fù)雜的化學(xué)作用,一旦受力,它們之間的結(jié)合(附著)力就發(fā)揮作用,當任意兩者之間出現(xiàn)一定的相對位移時,有效的結(jié)合遭到破壞,它們之間的阻力主要由摩擦作用提供,這就是錨桿、孔壁介質(zhì)與灌漿體力學(xué)作用機理的定性解釋。下面介紹國內(nèi)外比較有代表性的研究成果:文[5?7]研究了荷載從錨索(桿)轉(zhuǎn)到灌漿體的力學(xué)機制。研究結(jié)果表明,鋼錨索(桿)表面上存在著微觀的粗糙皺曲,漿體圍繞著錨索(桿)充滿這些皺曲而形成一個灌漿柱,在錨索(桿)和灌漿體之間的結(jié)合破壞之前,其結(jié)合力發(fā)揮作用;當錨索(桿)和漿體發(fā)生一定的相對位移之后,兩者界面的某些地方就要遭到破壞,這時,錨索和灌漿柱之間摩擦阻力就發(fā)揮主要作用,而且,摩擦阻力是隨灌漿體的剪脹而增加,增大錨索(桿)表面的粗糙度就能提高摩擦阻力,對灌漿體而言則是提高了其剪切強度。對于光面錨索(桿),錨索(桿)和灌漿體之間的結(jié)合主要取決于滑動之前的附著力和滑動之后出現(xiàn)的摩擦力,而對于竹節(jié)錨索(桿)或者類似于竹節(jié)的錨索(桿),其表面有突節(jié),結(jié)合力主要取決于機械作用。在進行拉拔試驗時,力由錨索(桿)傳遞到灌漿體,最后的結(jié)果可能是灌漿體的開裂或壓碎,錨頭滑動并附帶部分砂漿體而拔出灌漿體。所以,灌漿體的強度及厚度成為承載力的控制因素。研究結(jié)果表明,錨索(桿)本身強度很高且其表面粗糙性很好的話,力的傳遞由錨索(桿)到灌漿體,再由灌漿體到圍巖體的過程中,漿體和錨索(桿)界面的性質(zhì)不是研究的重點,研究重點應(yīng)放在漿體自身的性質(zhì)以及漿體與圍巖體界面的性質(zhì)上。文也研究了荷載由錨索向粘結(jié)砂漿傳遞的機制,具體采用7股直徑12mm的鋼索和單根直徑7mm的鋼絲,埋置于水灰比0.45的砂漿中進行了一系列拉拔試驗。錨固長度10?90cm不等。試驗過程表明,在位移較小時,便到達峰值荷載,過了峰值荷載,隨位移的增加,荷載下降,直至殘余荷載大約是峰值的一半。對于拉力型錨索,其表面剪應(yīng)力沿錨固長度上的分布呈指數(shù)關(guān)系,文將其表述為以下形式:式中:τx為距錨固段近端x處的剪應(yīng)力,τ0為錨固段近端的剪應(yīng)力,d為錨索直徑,A為錨索中結(jié)合應(yīng)力與主應(yīng)力相關(guān)的常數(shù)。沿錨固段長度L積分,可得到極限錨固力Tu的理論表達式:但式(2)在使用中有所不便,一般說來,隨著施加應(yīng)力的增加,錨固段近端的剪應(yīng)力τ0將以漸進方式向錨固段遠端轉(zhuǎn)移并改變剪應(yīng)力的分布。在設(shè)計中,確定錨索體在注漿體中錨固長度的計算公式是根據(jù)剪應(yīng)力均勻分布的假定而得到的,其極限錨固力為式中:n為鋼絞線根數(shù),L為錨固段長度,τu為極限剪應(yīng)力。文對非粘性土錨固做了大量試驗,得出以下幾點重要結(jié)論:(1)致密砂層中最大表面粘結(jié)力分布在很短的錨桿長度范圍內(nèi),但在松砂和中密砂中,表面粘結(jié)力就接近于理論假定的均勻分布(Coates和Yu);(2)隨著外加荷載的增加,表面粘結(jié)力的峰值點向錨固段遠端轉(zhuǎn)移;(3)較短錨索表面粘結(jié)力的平均值大于較長錨索表面粘結(jié)力的平均值;(4)錨索的錨固力對地層密度變化反應(yīng)敏感,從松散到致密地層中,均比表面粘結(jié)強度值要增大5倍。文也給出了粘性土錨固的一些研究成果:(1)單位表面粘結(jié)力隨錨固長度的增加而減少;(2)單位表面粘結(jié)力隨土的強度增加和塑性的減少而增加;(3)后期灌漿至少可增加25%的單位表面粘結(jié)力。文對影響全長粘結(jié)式錨索承載力的因素進行了系統(tǒng)研究,這些因素包括:水灰比,添加劑和埋置長度,試驗中沒有涉及圍壓,而圍壓卻是一項很重要的因素。文的試驗還提示人們,添加劑包括速凝劑,且膨脹劑對錨索的承載力的影響還值得進一步研究。文進行了水泥砂漿和鋼筋的粘結(jié)強度研究;文進行了錨桿支護的試驗研究;近幾年來,文進行了大量的、系統(tǒng)的研究,并通過現(xiàn)場和室內(nèi)試驗得出了影響錨索承載力的主要因素為:(1)水泥砂漿特性,尤其是水灰比;(2)錨固長度;(3)圍壓。試驗表明,使用低水灰比的砂漿可使錨索承載力提高50%?75%;錨索承載力隨錨固長度的增加而增加,但并不成正比;作用于水泥砂漿外表面的徑向側(cè)壓越高,錨索承載力越高。在試驗研究的基礎(chǔ)上,得出了錨索破壞的機理,其物理過程為:隨圍壓的增加,破壞機理由低圍壓下水泥砂漿的徑向開裂和橫向位移變化到高圍壓下水泥砂漿表面皺曲受剪切及錨索沿其與灌漿柱體摩擦面而拔出。這里的圍壓相當于實際工程中錨孔以外的巖體中所存在的壓應(yīng)力。文通過室內(nèi)仿真模擬試驗,研究了注漿錨桿的側(cè)限剛度、注漿長度及膨脹水泥含量對桿體與注漿體界面力學(xué)性質(zhì)的影響,研究結(jié)果表明:桿體與注漿體界面剪切強度隨側(cè)限剛度的增加而增大;注漿長度L少于150mm時,剪切強度τ基本上為一常數(shù)(15.5MPa),L為150?350mm時,剪切強度τ隨注漿長度的增加而減小(L=350mm,τ=8MPa),此后,注漿長度的增加對剪切強度的影響甚微。文對上海太平洋飯店和北京京城大廈2個深基坑工程的拉力型錨桿錨固段粘結(jié)應(yīng)變的分布形態(tài)進行了測定,得到了以下規(guī)律性的認識:(1)沿錨固段的粘結(jié)應(yīng)力分布是很不均勻的。觀測到的粘結(jié)應(yīng)力從錨固段的近端(即鄰近自由段的一端)向遠端逐漸減少,隨著張拉力的增加,粘結(jié)應(yīng)力峰值逐漸向遠端轉(zhuǎn)移。由此可知,設(shè)計中所采用的摩阻強度均指平均值而言。(2)粘結(jié)應(yīng)力主要分布在錨固段前端8～10m范圍內(nèi),即使在最大張拉荷載作用下,錨固段遠端的相當一段長度內(nèi),幾乎測不到粘結(jié)應(yīng)力值,這說明在外力作用下,并不是與錨固段全長接觸的土層的強度都得以調(diào)用,對于外力的抵抗區(qū)段,主要發(fā)生在錨固段前段,也就是說,當錨固體長超過某值(該值與土體種類有關(guān))后,則長度的增加對錨桿承載力的提高就極有限了,一般推薦的土層錨固段長度不宜超過10m,是有其力學(xué)依據(jù)的。(3)在外力作用下,拉力型錨桿的錨固體有嚴重的應(yīng)力集中現(xiàn)象。應(yīng)力峰值點的轉(zhuǎn)移,也說明錨固段前端可能已出現(xiàn)局部破壞。這固然并不意味著錨桿承載力的消失,但會加速錨桿的腐蝕。為了克服這些缺點,開發(fā)并應(yīng)用了壓力型錨桿,它是沿拉筋全長涂以油脂,并套上膠管使之與膠結(jié)材料分隔,錨桿受力后,通過無粘結(jié)的拉筋直接傳到錨固體根部,將鋼筋的拉力轉(zhuǎn)變?yōu)閷﹀^固體的壓力,再通過錨固段根部與首部的不均勻壓縮變形帶動與之相結(jié)合的土體產(chǎn)生變形。許多實測結(jié)果已經(jīng)證實,在相同荷載作用下,壓力型錨桿錨固段的粘結(jié)應(yīng)力峰值遠比拉力型錨桿的小。因而,在同等錨桿長度情況下壓力型錨桿具有較高的承載能力。2.2巖土工程概念上述研究主要從地錨荷載傳遞機理出發(fā),討論了地錨荷載分布規(guī)律以及諸多因素對錨固力的影響,研究的目的是如何取得最大錨固力。但是從工程上講,得到最大錨固力并非最終目的,最終目的是確保工程安全的同時,力求經(jīng)濟、快速。這就要求研究如何有效、合理地利用錨固力,即從加固效果角度出發(fā)研究錨固作用機理。巖土錨固作為巖土工程的一個重要分支,其理論的發(fā)展與巖土工程理論概念的發(fā)展密不可分。巖土工程從概念上講可分為3個發(fā)展階段:結(jié)構(gòu)工程概念、巖土工程概念和地質(zhì)工程概念階段。巖土錨固作用機理的研究從概念上區(qū)分,可歸納如下:結(jié)構(gòu)工程概念,其基本特征是“荷載-結(jié)構(gòu)”模式,把巖土體中可能破壞部分的重量及其他外力作為荷載由支護承擔,錨桿支護的懸吊理論、組合梁理論、成拱理論,都是沿用早期結(jié)構(gòu)工程概念,采用結(jié)構(gòu)力學(xué)方法建立的。巖土工程概念,強調(diào)的是充分發(fā)揮圍巖土體的自身強度及自穩(wěn)能力,它使錨桿支護由支撐概念轉(zhuǎn)變?yōu)榧庸谈拍?由被動承載轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃蛹庸獭＿@是巖土錨固理論在思想上的巨大進步,它為巖土錨固理論的發(fā)展開辟了新天地。地質(zhì)工程概念,不僅充分考慮了巖土體自穩(wěn)能力,還考慮了環(huán)境因素與工程的相互作用,建立在此基礎(chǔ)上的巖土錨固作用機理的研究還比較少見,但是在工程實踐上已大量出現(xiàn),比如在城市深基坑工程中可回收錨桿的應(yīng)用便是一例。綜上所述,錨固的主要作用就是充分利用錨桿周圍地層自身抗剪強度,通過錨桿傳遞結(jié)構(gòu)物的拉力,從而保持結(jié)構(gòu)物或地層開挖面的自身穩(wěn)定。巖土錨固作用機理的普遍認識可概括為:(1)懸吊理論把由于開挖、爆破等造成的松動巖塊穩(wěn)固(懸吊)在穩(wěn)定巖層上,防止破碎巖塊的冒落,在堅硬節(jié)理發(fā)育的巖塊處,錨桿通常起這種作用。(2)表面壓力能制止圍巖土體強度的惡化錨桿能限制、約束圍巖土體變形,并向圍巖土體施加壓力,從而使處于二維應(yīng)力狀態(tài)的地層外表面巖土體保持三維應(yīng)力狀態(tài),在圓形洞室中形成承載環(huán),在拱形洞室中形成承載拱,因而,能制止圍巖土體強度的惡化。(3)組合梁理論對于水平或緩傾斜的層狀圍巖,用錨桿群能把數(shù)層巖層連在一起,增大層間摩阻力,從結(jié)構(gòu)力學(xué)觀點來看,就是形成組合梁。(4)加固錨固區(qū)圍巖土體。在自然對于節(jié)理密集破碎巖體,或是較為軟弱的土體,施加錨桿,使破碎巖體具有完整性,在軟弱土體中增加筋骨,從而增強錨固區(qū)圍巖土體的強度(如彈性模量E、粘聚力c等)。(5)室內(nèi)節(jié)理巖體錨固穩(wěn)定的數(shù)值試驗錨桿穿過滑動面時所表現(xiàn)出的阻滑抗剪作用。上述幾條反映了在特定條件和錨固方式下錨桿的加固作用,但相應(yīng)的力學(xué)模型還較粗糙,與實際情況出入較大,只是由于計算方法簡單,物理概念明確,在目前巖土錨固工程中仍被廣泛應(yīng)用。隨著巖土錨固工程中由支撐概念向加固概念轉(zhuǎn)變,大量的研究人員通過室內(nèi)模型試驗、數(shù)值仿真模擬、現(xiàn)場試驗等手段對錨固作用機理進行了深入細致的研究。下面介紹一些比較有代表性的成果:文通過模型塊試驗,模擬洞室加錨圍巖的變形、破壞,研究結(jié)果表明,錨桿傾斜交叉布置可以提高錨固效果,長短結(jié)合使用錨桿比單獨使用長或短錨桿有利,錨固形成承載拱,產(chǎn)生應(yīng)變強化。文通過相似模擬試驗,研究了錨桿在不同巖體中的工作機理,研究結(jié)果表明:(1)對具有不同彈模的巖體,雖然布錨數(shù)量相同,但錨固效果不同,同樣,對具有相同彈模的巖體,當布錨數(shù)量不同時,其錨固效果亦不相同。(2)錨固效果涉及布錨優(yōu)化問題,每一種巖體都有1組最優(yōu)的布錨參數(shù)。(3)在錨桿與圍巖膠結(jié)良好的情況下,圍巖在應(yīng)力場的作用下發(fā)生變形。在圍巖的變形過程中,錨桿發(fā)揮支承和約束作用。錨桿支承和約束作用會隨巖體彈模不同而有所不同。(4)不同彈模的帶錨巖體所表現(xiàn)出的錨固效果不同,具體表現(xiàn)在不同彈模的帶錨巖體對彈模E、內(nèi)摩擦角φ、粘聚力c及破壞強度影響不同。通過試驗擬合計算ΔE,Δφ,Δc的經(jīng)驗公式,可求得布錨巖體的均化力學(xué)參數(shù),可采用有限元法進行洞室圍巖支護的穩(wěn)定計算。文通過室內(nèi)模擬試驗和理論分析,著重探討了錨桿對節(jié)理面抗剪性能的影響以及桿體阻止節(jié)理面發(fā)生相對錯動的“銷釘”作用機制,提出了改進的估算加錨節(jié)理面抗剪強度公式,并在描述加錨節(jié)理面抗剪性能分析模型和理論分析方法的基礎(chǔ)上,導(dǎo)出了計算錨桿最佳安裝角的公式。文進行了室內(nèi)節(jié)理巖體的錨固試驗,試驗采用了無支護、錨桿支護、錨桿加托板支護3種模型。試驗結(jié)果表明:(1)錨桿加托板支護的節(jié)理巖體模型大體上呈連續(xù)體的反應(yīng);(2)錨桿的存在,提高了巖體模型的彈模和單軸抗壓強度;(3)加了托板,更進一步提高了巖體模型的單軸抗壓強度。文更進一步進行了室內(nèi)單一節(jié)理面、單根錨桿的單軸試驗,以明確錨桿與節(jié)理面的相互作用關(guān)系。試驗結(jié)果表明,錨桿使得節(jié)理面的名義剛度顯著增大,而且節(jié)理剪切剛度越小,錨桿使節(jié)理面名義剛度的增大越顯著,最后,得出了加固后節(jié)理面的剪切剛度和垂直剛度的公式。文以李家峽水電站巖質(zhì)高邊坡為工程背景,通過大噸位試驗分析和有限單元法的計算分析研究了預(yù)應(yīng)力長錨索單體加固機理。研究結(jié)果表明,錨固的作用范圍只在錨頭、錨根附近約2m的區(qū)域內(nèi),采取增大錨固力、改變錨固角、變更錨索長度等措施,應(yīng)力受影響的范圍變化并不顯著。有限單元離散計算是將錨索的錨根模擬為實體單元,而自由張拉段則看作2節(jié)點單元,即視為1對集中力作用。通過大量的多方案比較發(fā)現(xiàn),對于由軟弱結(jié)構(gòu)面控制的巖體,如果不考慮由于錨索加固產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)面材料粘結(jié)力增大的效應(yīng),無論怎樣增大預(yù)錨力、改變錨根長度、變更錨固傾角或加密錨群分布等,對巖體穩(wěn)定和應(yīng)力的影響都不明顯。文對全長粘結(jié)型錨桿錨固試件進行了常規(guī)及蠕變單軸壓縮試驗,根據(jù)試驗結(jié)果對錨桿加固效果進行了評價,給出了有關(guān)經(jīng)驗公式,并深入研究了錨固體的流變特性,建立了6種粘彈性本構(gòu)方程,推導(dǎo)出了加錨巖體解析解,對錨固體提出了6種粘彈-粘-塑性模型,并據(jù)有關(guān)的本構(gòu)方程進行了數(shù)值分析,為流變巖體的錨固計算奠定了理論基礎(chǔ)。文采用應(yīng)變能等效的方法,研究了加錨脆性斷續(xù)節(jié)理巖體在壓剪力作用下的本構(gòu)關(guān)系,接著按自洽理論方法研究了拉剪應(yīng)力狀態(tài)下的本構(gòu)模型,用模型試驗的方法研究了錨桿的增韌效果。文針對加錨節(jié)理巖體的特點,采用等效抹平的方法,從損傷加筋體的自一致理論出發(fā),推求加錨節(jié)理巖體的等效柔度張量和損傷張量,并用脆性類材料的損傷增韌止裂理論,依據(jù)加錨節(jié)理裂紋的斷裂擴展過程建立損傷演化方程,給出了此類加錨巖體的本構(gòu)關(guān)系。3巖石錨固固結(jié)研究3.1錨桿支護發(fā)展歷程巖土錨固作為巖土工程領(lǐng)域的重要分支,由于其方式獨特、應(yīng)用廣泛、工藝簡便、造價經(jīng)濟以及效果良好等原因已在國內(nèi)外邊坡、基坑、礦井、隧道、壩體以及抗浮、抗傾結(jié)構(gòu)等土木工程建設(shè)中獲得廣泛應(yīng)用。據(jù)記載,美國于1911年首先使用巖石錨桿支護礦山巷道;1918年,西利西亞礦山開采使用錨索支護;1934年,在阿爾及利亞的舍爾法壩加高工程中,首先使用承載力為10000kN的預(yù)應(yīng)力巖石錨桿來保持加高后壩體的穩(wěn)定;1957年,德國Bauer公司在深基坑中使用土層錨桿。60年代,捷克斯洛伐克的Lipno電站主廠房(寬為32m)和西德的Waldeckll下電站主廠房(寬為33.4m)等大型地下洞室采用高預(yù)應(yīng)力長錨桿和低預(yù)應(yīng)力短錨桿(張拉錨桿)相結(jié)合的支護形式。中國的礦山巷道、鐵路遂洞和電站地下廠房中錨桿支護的應(yīng)用得到迅速發(fā)展,1964年,安徽梅山水庫采用設(shè)計承載力為2400?3000kN的預(yù)應(yīng)力錨桿加固壩基。70年代,英國在普萊姆斯的核潛艇綜合基地船塢的改建中,廣泛應(yīng)用了地錨,用以抵抗地下水的上浮力。1974年,紐約世界貿(mào)易中心深開挖工程采用錨固技術(shù),950m長、0.9m厚的地下連續(xù)墻,穿過有機質(zhì)粉土、砂和硬土層直達基巖,開挖深度為21m,由6排錨桿背拉,錨桿傾角為45°,工作荷載為300kN。法國、瑞士、捷克、澳大利亞先后頒布了地層錨桿的技術(shù)規(guī)范,瑞士、法國、捷克、澳大利亞、意大利、英國、巴西、美國、日本等國廣泛采用巖土錨桿維護邊坡穩(wěn)定。80年代,英國、日本等國研究開發(fā)了一種新型錨固技術(shù)——單孔復(fù)合錨固,改善了錨桿的傳力機制,能大大提高錨桿的承載力和耐久性。英國采用單孔復(fù)合錨固技術(shù),在軟土中使錨桿的承載力達到1337kN。1989年,澳大利亞在Warragamba重力壩加固工程中采用由65根15.2mm的鋼絞線組成的錨桿,最大承載力達16500kN。北京的京城大廈、王府飯店、上海太平洋飯店等大型基坑工程采用預(yù)應(yīng)力土層錨桿背拉樁墻結(jié)構(gòu)。奧地利、英國、美國、國際預(yù)應(yīng)力協(xié)會、日本和中國相繼制定了地層錨桿的技術(shù)規(guī)范。據(jù)初步統(tǒng)計,1993?1999年,我國在深基坑和邊坡工程中的預(yù)應(yīng)力錨桿用量每年2000?3500km。澳大利亞對Nepean重力壩和Burrinjuck重力壩相繼采用高承載力(分別為16500和16250kN)的錨桿加固。為了檢驗錨桿防腐蝕系統(tǒng)的完善性,瑞士開發(fā)應(yīng)用了電隔離錨桿(電阻測定法)技術(shù),該法己列入瑞士和全歐的錨桿標準。瑞典和日本開發(fā)的帶端頭膨脹體的土中錨桿,得到了實際應(yīng)用。據(jù)稱,這種錨桿膨脹體的直徑可達0.8m,它改變了摩擦作用的傳力機制,大大縮短了固定段長度,具有多方面的優(yōu)點。中國臺灣在砂性土的抗浮工程中,應(yīng)用了底端擴成圓錐體的錨桿,借助旋轉(zhuǎn)的葉片,底端可形成直徑為0.6m的錐體,當固定長度為6～10m時,錨桿的極限承載力達960?1400kN,可比直徑為12cm的圓柱形固定段的錨桿承載力提高2～3倍。在香港新機場建設(shè)中,采用單孔復(fù)合錨固創(chuàng)造了單根土層錨桿承載力的新紀錄。位于砂和完全風(fēng)化崩解的花崗巖層中的單孔復(fù)合型錨固錨桿,由7個單元錨桿組成,單元錨桿的固定長度分別為5和3m,錨桿固定總長度達30m,在3000kN荷載作用下,未見異常變化。3.2讓壓錨桿桿為了改善錨桿在不同工作條件下的適應(yīng)性并提高其經(jīng)濟性,近年來中國使用的巖土錨桿的品種不斷增多,工藝也在不斷變革。以縫管錨桿和水脹式錨桿為主的摩擦型巖石錨桿具有許多優(yōu)點,如在其安設(shè)后能立即對圍巖施加三向預(yù)應(yīng)力,具有良好的延展性,并隨著時間的推移,經(jīng)受爆破震動或巖石移動后,錨固力會大幅度增長。因此,它特別適用于軟弱圍巖或受爆破振動影響的地下工程。目前,摩擦型錨桿已在100多個地下礦山工程中應(yīng)用。以樹脂為粘結(jié)劑的錨桿和快硬水泥卷錨桿均有早期強度高、能及時提供足夠的支護抗力等特點,在礦山及交通隧洞中應(yīng)用也日漸增多。讓壓錨桿(又稱屈服錨桿)或伸縮式錨桿比普通錨桿具有能承受更大變形的能力。錨桿的這種特性是通過錨桿的摩擦滑移、屈服元件或延伸率高達10%?20%的桿體鋼材來實現(xiàn)的。讓壓錨桿的開發(fā)應(yīng)用給大變形和受動壓作用的礦山巷道工程提供了一種較有效的支護形式。近年來,尤以巖土預(yù)應(yīng)力錨索(桿)技術(shù)的發(fā)展最為明顯。用于壩基穩(wěn)定的預(yù)應(yīng)力錨索,最長可達90m,單根錨索的極限承載力可達6000kN。用于基坑穩(wěn)定的土層預(yù)應(yīng)力錨索最長可達40m,單根錨索的極限承載力可達1200kN。對土層錨桿的錨固體,實施2次高壓灌漿,使水泥漿液向錨固體周圍的土體中劈裂、擠壓和滲透,從而顯著地增大了土體的抗剪強度,錨桿的錨固強度比僅采用1次常壓灌漿的錨固強度提高了50%?100%。3.3加強新型預(yù)應(yīng)力錨索桿鉆機工作在巖土預(yù)應(yīng)力錨固施工機具中,鉆孔機具是影響施工經(jīng)濟效益的關(guān)鍵設(shè)備。為了適應(yīng)大型巖土錨固工程的需要,近年來,我國一方面從瑞典(阿特拉斯公司)、美國(英格索蘭公司)、德國(克努伯公司)、意大利(土力公司、華盛頓公司)和日本(三菱公司、礦研株式會社)等國家引進各類履帶式液壓鉆孔機;另一方面堅持研制開發(fā)新型鉆孔機械。目前,在工程中應(yīng)用的國產(chǎn)鉆機主要有CM351型、KQJ-100B型和QZ-100K型等巖石錨桿鉆機和土星811L型、YTM87型和KGM5型等土錨鉆機。YTM87型鉆機是履帶式全液壓鉆機,它有兩種功能:一是使用有螺旋鉆桿的干式鉆進,鉆孔深度可達32m;二是使用清水循環(huán)帶護壁套管的濕式鉆進,鉆孔深度可達60m。冶金部建筑研究總院還研制出了MH86-1型和YBG88型液壓拔管機,有效地配合了帶護壁套管的鉆孔作業(yè)。在預(yù)應(yīng)力錨索(桿)的張拉和鎖定裝置方面,我國己能生產(chǎn)各種荷載水平張拉設(shè)備和錨具。研制的6000kN級的張拉設(shè)備和錨固裝置,已在吉林豐滿大壩加固工程中應(yīng)用。近年來,柳州建筑機械總廠研制的OVM錨具,具有良好的自錨能力,錨固效率系數(shù)ηA≥0.95,破斷總應(yīng)變εn≥2.0%,錨口摩阻損失系數(shù)為0.025,在國內(nèi)許多大型巖土錨固工程中應(yīng)用后,取得了滿意的效果。3.4預(yù)應(yīng)力鋼絞線的開發(fā)在巖石錨桿的粘結(jié)材料方面,由于硫鋁酸鹽水泥和各種高效早強劑的發(fā)展,使得早強水泥卷錨桿的應(yīng)用成為現(xiàn)實。這類錨桿能顯著地提高早期限制圍巖變形的能力,且成本低廉,因而,具有廣闊的銷售市場。目前,國內(nèi)生產(chǎn)的水泥基藥卷式錨固,能使錨桿的抗拔力在安裝后2h達150kN。在預(yù)應(yīng)力錨索材料方面,發(fā)展高強度、低松弛的預(yù)應(yīng)力鋼絞線對于節(jié)約鋼材、方便施工以及減少錨索預(yù)應(yīng)力損失方面具有重要意義。目前,天津、江西新余等地的預(yù)應(yīng)力鋼絲廠均能生產(chǎn)低松弛的鋼絞線,這有利于減少錨索因松弛而引起的預(yù)應(yīng)力損失。此外,冶金部建筑研究總院與有關(guān)鋼廠研制的精軋螺紋鋼筋,其直徑為25和32mm,屈服強度達715MPa,深受用戶歡迎。3.5土釘墻支護的作用土釘墻是一種新型擋土墻結(jié)構(gòu),它是利用土釘把天然土就地加固,并與配筋噴射混凝土面板相結(jié)合,產(chǎn)生主動制約機制,形成一種類似重力式擋墻的復(fù)合加強體,從而使開挖面穩(wěn)定。土釘墻以其獨特的受力性能和良好的技術(shù)經(jīng)濟效果在北京、深圳、廣州等地的深基坑開挖工程中得到了較廣泛的應(yīng)用,特別是在一些土質(zhì)軟弱且深度大的開挖工程中得到了成功的應(yīng)用,如廣州安信大廈基坑深16m,地層為粉質(zhì)粘土,局部為淤泥質(zhì)土,緊臨多層建筑物,采用土釘、配筋噴射混凝土和預(yù)應(yīng)力錨桿相結(jié)合的支護型式滿足了基坑工程的穩(wěn)定要求?？梢韵嘈?在我國的深基坑開挖工程中,土釘墻將成為穩(wěn)定開挖面的一種主要型式,具有廣闊的發(fā)展前景。3.6土錨固技術(shù)的成果軟土主要由細粒土組成,一般具有松軟、含水率高、孔隙比大、壓縮性高和強度低的特點,主要分布在沿海一帶。改革開放以來,沿海地區(qū)高層建筑蓬勃興起,并要求快速經(jīng)濟地建造一大批深基坑工程,這為軟土錨固的發(fā)展提供了契機。應(yīng)當說我國軟土錨固技術(shù)與世界先進水平相比是毫不遜色的。其主要成果如下:(1)采用可重復(fù)灌漿技術(shù),大幅度提高了軟土中錨桿的承載力。該技術(shù)是借助于密封袋、注漿套管、注漿槍等特殊的結(jié)構(gòu)構(gòu)造,能在1次灌漿體強度達5MPa后,實現(xiàn)2次或多次重復(fù)高壓(3.5?4.0MPa)劈裂灌漿,使水泥漿能較均勻地沿錨固段全長向周圍土體滲透、擠壓和擴散,以顯著提高灌漿加固土層的抗剪強度,從而使灌漿體與土層界面上的粘結(jié)強度及錨桿承載力提高0.6?1.0倍?？芍貜?fù)灌漿型錨桿已在天津、上海、深圳、廈門等地的軟土基坑工程中得到廣