岩土锚固工程中存在的问题分析及解决措施

邢姣秀

摘 要：我国经济正处于蓬勃发展的辉煌时期，城市化进程在不断加快，随之而来的基础设施建设未曾停息过。由于西部大开发战略的有效实施，我国的铁路、公路逐渐从平原地带向山区延伸，但是由此产生的难度呈指数提高，如高边坡工程、采矿工程、隧道工程等。而这些都是岩土工程领域一直的难题。近年来岩土锚固技术以其特有的效用和经济的成本在工程领域的研究和应用越来越广泛。

关键词：预应力锚固技术；锚固类杆体临界长度；岩土锚固工程的设计

预应力锚固技术通俗讲是先将锚杆埋在岩体中或土中，以此牢牢锁定地层和结构物，靠中间的剪应力来充分传导结构物的拉力，最终结果加固了地层结构。这一理论在近年来建筑工程中如新建工程的施工、建筑用途的改变、建筑翻新应用越来越广泛。实际算下来预应力锚固技术在我国的应用已经将近50年，作为一种高应力结构，大多应用于一些安全性的加固工程中。所以对其作为理论研究的意愿尤为迫切。

1 岩土锚固工程概述

1.1 岩土锚固技术起源及发展

岩土锚固技术在工程史上存在了100多年，最早出现于1890的威尔士，当时的煤矿工人已经想到在岩层中加固钢筋。到了1912年，美国的弗拉登（Frienden）煤矿第一次使用锚杆来支持顶板。而后到了1934年的法国Cheurfas大坝中首次应用了37根预应力锚索最终获得成功。这之后英国和奥地利等国争相效仿。顾名思义，锚固的主要作用是指依靠预应力较高的钢材来加固岩层从而保证结构的自身稳定。但是直到二十世纪八十年代，该项技术在理论研究上才逐步受到重视。

1.2 岩土锚固技术的相关理论

岩土锚固是岩土工程领域重要的分支，其中锚杆锚固段侧阻力的研究是当前研究的重点，其中锚杆锚固段侧阻力的大小由锚固段长度确定，也是锚固设计的重点，其预应力锚杆锚固段侧阻力的计算公式为：

其中σ为锚固段法向应力，Eb为钢绞线的杨氏模量；Er为岩体的杨氏模量，Eg为灌浆材料的杨氏弹性模量，υr为岩体的泊松比，υg为灌浆材料的泊松比，dg为钻孔直徑，d0为岩体影响直径。

2 岩土锚固工程存在的问题及措施

2.1 锚固类杆体临界锚固长度问题

锚固段长度的研究也是当前研究的重点之一，其中锚固段长度在一定的条件下，锚固体超过一定的长度，极限抗拔力增加较少。在一定岩土中，锚固力有时其自身长度不随着锚杆长度延长而延长。由于我国在岩土锚固类理论研究明显晚于西方，虽然借鉴了不少已经成型的成功经验，但在系统性上仍然远远落后于西方国家，所以在理论问题上进展十分艰难。国际预应力混凝土协会使用规范中明确规定锚固段长度应在10m以下，若此长度不能满足工程要求，则应改善锚固段结构。现场实验和检测是研究杆体临界锚固长度的主要手段之一，但是在数据的准确性和可靠性上存在不小的困难。

段建立研究出一种自钻式土钉和深层搅拌机相结合的复合式土钉支护技术。技术主要通过对深层水平位移的测试和分析，来研究符合土钉支护在受力情况下的工作性能。而这些工作为研究临界锚固长度积累了大量的宝贵资料。

另一种有效方式为模型试验法，很好地补充了现场试验和检测的方法。李国维研究了全长粘结玻璃增强型聚合物的锚杆破坏喇叭模型。研究中发现，在浆体强度过高时，锚杆可能发生破坏，也可能发生浆体剪切破坏。模型属于典型的剪应力峰值和零值同时向深部转移。但是转移前后峰值和零值之间的距离是一个恒定的常数，通过证明得出这个常数就是临界锚固长度。此后在研究锚固类结果杆体领域最为常用的研究方法是理论分析法，包括数值模拟、解析、办理论半经验分析等，且目前来看产出结论最多。总而言之，国内对于锚固类结构杆体临界问题从认识到研究探索，期间提出了无数理论不断反复验证，到今天为止也只能算取得部分成果，仍然有许多问题需要解决，所有在探索的道路上仍需要后人持续努力。

2.2 岩土锚固工程的设计问题

锚索在地下挖掘，坝基工程等预应力锚固类工程中应用越发广泛，到今年为止每年用量超过上百万米，而锚索的使用直接关系到锚固工程中预应力设计的相关问题。在我国岩土锚固工程中经常使用到的结构有锚索抗滑桩、锚索地梁及锚索墩等，其中锚索墩应用最为广泛。在岩土锚固工作的设计环节中质量把控非常重要，每个环节的些许失误都会破坏整个工程的进度。所以在设计过程中应充分考虑各种不利因素，使整个工程尽可能顺利。

在锚索的防腐问题上同样值得警惕。锚索的防腐分为体外防腐和体内防腐。在体外防腐中可以用锚索张拉索切去多余钢线，然后对着锚索空口补浆后，可以用砼封口。而在体内防腐中，设计环节必须实地了解地层性质，主要是为了防止有害物质对锚索的防腐材料的腐蚀。

3 结语

总之设计施工的基本准则是为了保证预应力锚固体能够长期平稳地工作，在操作过程中应该避免锚固力的无端损失，同时设计人员应该对被加固岩体进行细致的研究，尽量选择合理有效的防护手段，来保证锚固工作的顺利开展。

参考文献

[1] 叶根飞.岩土锚固荷载传递规律与锚固特性试验研究[D].西安科技大学，2012.

[2] 曾宪明，林大路，李世民，左魁，徐孝华，杜宁波.锚固类结构杆体临界锚固长度问题综合研究[J].岩石力学与工程学报，2009，S2：3609-3625.

[3] 刘涛.复杂条件下岩土预应力锚固技术研究[D].重庆交通大学，2010.

[4] 张思峰.预应力内锚固段作用机理及其耐久性研究[D].同济大学， 2007.