可回收锚索应用技术及其原理研究

张浩宁，刘朋，王屾宇

（沈阳工业大学建筑与土木工程学院，辽宁 沈阳110870）

1 引言

我国高层建筑和地下交通的建设日益增多，基坑变的越来越深，工程交换也越来越大，锚索中施加预应力成为岩土体加固手段的主要方法，在支护基坑工作中应用非常广泛[1]。锚索中不施加预应力的应用受到一定的限制，无任何工艺锚索的卯头和钢制索体遗留于地下从而阻碍将来的地下空间应用和发展，与此同时也相当容易引起就近地下业主的纷争。将锚索制成可回收型的应用很好的解决了上述大多数甚至全部问题。

时至今日，国内国外有很多国家已经开展了大量相关可回收锚索的研究和工作，也做了大量的试验与研究。本篇文章分别对U型可回收锚索、热熔式可回收锚索、机械式可回收锚索的原理、应用、优缺点等方面进行了论述和探究，这是我们重点研究的课题，也是我们对未来锚索研究的展望。

2 可回收锚索类型及工作原理

2.1 U型可回收锚索

U型可回收锚索主要是由锚头，锚索固定段和锚索自由端组成（如图1）[2]。其原理是在工序中先使用无粘结预应力钢绞线对主要部分进行折弯，在折弯的位置放置U型承载体，使其构成锚具缆，锚索各部分会按距离受力位置的远近依次受力（钢绞线至承载体至锚索支撑基础部分）。该锚索可以通过链接U型承载体来增大承受压力，且该种锚索回收效率比较快，但回收的时间比较长，钢绞线几乎不能再次使用，这也是需要不断改进的地方，它是最早的可回收锚索形式，具有很强的创新性。

U型锚索在工程中有巨大应用，其可以通过一根钢绞线依次穿过工程实体的上下端，形成两根钢绞线，再同时张拉两根钢绞线，可把拉力传给土层，这样会加大拉应力，将施工的难度系数和工程量降低，更容易取出锚索，相应的锚索也会受力（如图2）。

图1 U型可回收锚索

图2 U型可回收锚索受力模型

2.2 热熔可回收锚索

热熔式可回收锚索归属为压力分散型锚索。它的构造与普通锚索大体相同，包括自由段、张拉段和锚固段。钢绞线以每索两条的规格布置于承载板上，还需要依据锚固段处的土层以及锚索设计规格去计算所需要的承载板的个数[3]。热熔式可回收锚索特性如下：

①锚索工作时，锚杆杆体插入到金属夹片中心的螺纹通孔内，衬套压迫金属夹片形成楔形结构，金属夹片与衬套形成契合结构时，整个结构产生的压力就更大，从而达到满足预应力筋与夹片之间的良好锚固性能的要求；

②金属锚环的外壁镶嵌有电加热环，这个电加热装置是整个结构的点睛之笔，通过此装置金属锚环传热后可以将衬套液化，以此来顺利的完成将金属夹片里面的的预应力钢绞线抽出回收；

③锚孔的内壁制作时应设计环槽，且保证让衬套填满环槽，在衬套被加热液化时使金属夹片有相当大的空间实现抽出脱离工序，进而确保从金属夹片中顺利抽出的预应力钢绞线可以实现回收以及重复利用。

中国苏州能工基础责任有限公司研发的热熔可回收锚索对热熔技术进行了一定程度上的改良，这种可回收锚索热熔锚杆的基本工作原理：锚具包括金属锚环和附属夹片，在金属夹片的中部制作出贯通的螺纹孔洞用来导入预应力钢绞线。插入孔洞的预应力钢绞线一端被金属夹片牢牢地夹紧，孔洞的内表面与金属夹片的外表面成为契合结构。金属锚环的外壁裹安装有加热环（通电加热方式），加热环上连接有通往施加电压的导线。预应力钢绞线通入螺纹通孔内部使得其被金属夹片夹紧，需要时通过专用装置给导线通电（安全电压），电加热环产生热量使衬套从固态转变成固液融合态或纯液态，从而给钢绞线“松绑”，钢绞线得以回收（见图3）。

图3 热熔可回收锚索改进措施

2.3 机械可回收锚索

日本JCE锚索是一种机械可回收锚索。它的主要构件包括承载体、外锚头、固定台座、钢绞线、波纹PVC套管组成。由于锚索在一定的长度范围内有套管的保护，从而使得内部接触不到水泥砂浆。钢绞线将所受到的作用力通过锚索内部的承载体以摩擦力或者机械力传送给周围构件，再以压应力的形式传递给锚固段，在其后通过锚固段浆体以剪应力的形式将力传递土层或岩层（见图4）。

这类锚索的缺点主要体现在：当锚索受到作用力的情况下，在锚索的端部处固定一个锚具，即需要在钢绞线外部处套上一根直径更大的套管。当施工全部完成后，才可以将钢绞线回收。倘若锚孔过长，其内部钢绞线柔度稍大，外拉回收粗体钢绞线容易与施加预应力的工作钢绞线相互缠绕，导致不能完全回收，未能完全解决回收率低的问题。

JCE式可回收锚索技术现已应用于深圳大部分地铁站中，现通过众多工程实例归纳出JCE锚索具有特性如下：

其一，效果优良，施工简易，JCE式锚索使用时需要用专用千斤顶回收预应力钢绞线，减低了工人劳动量，方便回收，回收率相比普通锚索显著提高；

其二，JCE回收式锚索承载体重量远大于其他部分，为达到最佳使用效果，需要在施工倾角过大或有套管参与的情况下，才能将锚杆放入预先设置好的孔洞内，且应注意孔洞清理问题。

图4 机械式可回收锚索

3 结语

可回收锚索的工程应用虽然基本解决了由锚索引起的地下残留物阻碍地下空间未来开发应用的问题，但多数可回收锚索仍存在回收不完全，承载体锚头不可回收，金属锚头留置于地下等问题，依旧未能完全解决地下环境污染问题，还需要人们进一步通过科研和试验研究出性能更全面的锚索。