邱海玢　侯繼祥

【摘 要】本文詳細地介紹了地錨荷載傳遞機理以及錨固支護作用，論述了我國巖土錨固技術的新進展，指出了存在的問題和發(fā)展方向。

【關鍵詞】巖土錨固；理論研究；a錨固機理

0.引言

巖土錨固是巖土工程領域的重要分支，其本質是充分利用較大剛度和強度材料的力學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，最終使工程結構物達到穩(wěn)定[1]。由于錨固技術可以有效地提高巖土體自身的強度及自穩(wěn)能力，節(jié)省工程費用并有利于施工安全，因此巖土錨固在水利、交通、能源以及城市基礎建設中獲得了廣泛的應用[1～3]。

1.巖土錨固理論研究現狀

1.1荷載傳遞機理研究

巖土錨固技術在工程中已經得到了廣泛的應用。然而由于巖土錨固工程的復雜性，巖土錨固機理的研究和設計理論遠遠落后于工程實踐。目前分析錨桿承載能力時通常認為錨固破壞主要包括以下3種方式：①錨桿筋體的抗拉破壞；②注漿體與筋體間剪切破壞；③地層與注漿體間剪切破壞。一般情況下，筋體自身的抗拉能力能得到保證。在荷載傳遞機理方面，國內外理論研究相應地主要圍繞以下兩個方面展開：

a、注漿體與筋體間力的傳遞機理和應力分布狀態(tài)。

b、注漿體與圍巖土體間粘結力的傳遞機理和應力分布狀態(tài)。

注漿體和錨桿間的粘結力包括三個因素：粘著力、機械聯結力和摩擦力。大量試驗表明，隨著對錨桿施加荷載的增加，桿體和注漿體間的應力峰值會發(fā)生轉移，而且在整個錨固段上應力分布很不均勻。

錨桿和注漿體以及注漿體和巖土體組成了兩個雙材料模型，雙材料之間的性質互相牽制、互相影響都是通過材料的界面來完成，因此界面及界面端部的應力狀況會變得非常復雜。從雙材料平面問題分析界面應力傳遞的方法有很多，剪滯應力分析法依據較為精確的彈性力學理論，可以給出界面精確的應力分布規(guī)律，但不能得到界面端部正確的應力分布狀況；奇異積分方程以及特征值法可以將界面端部應力集中的特征反映出來，但對于全場分析顯得力不從心；近年發(fā)展起來的數值方法可以直接得到應力場的數值分析結果，但對于分布規(guī)律的解釋沒有解析法有效[4]?？偟膩碚f，界面端部應力場具有奇異性，在界面端部使用通常意義上的最大剪應力強度破壞準則不能達到理想的效果，斷裂力學中表征奇異應力場強度的的應力強度因子才是非常有效的工具。

隨著巖土錨固工程實踐的進展，許多研究人員通過室內試驗、數值仿真模擬、現場試驗等手段對錨固作用機理進行了深入的研究。下面介紹一些比較有代表性的成果。

何思明、張小剛[5]將損傷理論的基本原理引入常規(guī)剪切滯模型，并進行修正推導了基于損傷理論的修正剪切滯模型。張宏博[6]結合實際工程根據現場監(jiān)測資料，對影響錨索預應力變化的各種因素進行了詳細的分析，并針對不同影響因素的特性規(guī)律，提出了針對性的施工建議。

2.巖土錨固技術的新進展

近年來，我國巖土錨固的新進展突出地表現在以下幾個方面：

2.1錨固支護作用

已經得到普遍接受的錨固支護理論包括：

2.1.1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，防止破碎巖塊脫落。該理論要求錨桿長度穿越塌落拱高度，以便把坍塌的巖石懸吊起來。

2.1.2組合梁理論

把單層的巖體看成簡支梁，當受外力作用時，簡支梁容易發(fā)生彎曲變形。用錨釘將多個簡支梁（多個單層的巖體）固定在一起，這樣由于各單層巖體間摩擦力的作用，增加了巖體的穩(wěn)定性，即組合梁。

2.1.3組合拱理論（支撐理論）

拱形洞室因圍巖強度低或受動壓作用，開挖后必然引起從周邊開始的變形破壞，逐步形成圖1所示的圍巖破壞區(qū)域，根據圍巖變形破壞特點將圍巖分成4個區(qū)：①完全破壞區(qū)、②裂隙發(fā)育區(qū)、③彈塑性變形區(qū)、④原巖應力區(qū)。

圖1 圍巖破壞示意圖

在拱形洞室圍巖的破裂區(qū)安裝預應力錨桿時，錨固力的作用在于對①區(qū)和②區(qū)圍巖施加圍壓，使已破裂的圍巖具有一定的殘余強度，在錨桿的作用下，在圍巖中形成一個均勻的壓縮帶，即組合拱。

2.2單孔復合錨固技術

單孔復合錨固體系主要有壓力分散型、拉力分散型和拉壓分散型三種。

在國家“948”項目支持下，中國水利水電科學研究院于2003年9月引進了韓國三友（SAM WOO）公司的分散壓縮型無粘結預應力錨索生產線[7]。目前， 這種新型的分散壓縮型預應力錨索體系在韓國、日本等國家已得到廣泛應用。針對我國目前水利水電工程建設中使用的預應力錨索噸位大、類型多的特點，中國水利水電科學研究院對引進的錨索技術進行吸收、消化、改造，研制開發(fā)出300噸（孔徑174mm）、200噸、150噸、120噸、100噸（孔徑140mm）等不同噸位，不同長度的分散壓縮型無粘結預應力錨索系列產品，部分研究成果現已申請了國家專利。

2.3可重復高壓灌漿錨固

能否有效地提高軟土中錨桿的承載力是錨固技術能否進入軟土工程的一個突出難題。可重復高壓灌漿錨桿是在錨桿錨固段注入漿體，等漿體達到一定強度后，再施加多次高壓劈裂灌漿，這樣當水泥漿在土中硬化后，形成水泥土結構，其抗剪強度（C值）遠大于原狀土。

2.4土釘支護

20世紀70年代在法國、德國等歐洲國家開始應用的土釘支護于90年代在我國基坑和邊坡工程中得到了迅速的發(fā)展。針對我國東南地區(qū)主要是海相沉積的軟土巖層和地下水位高的特點，并經過在上海、福州等城市以淤泥質土為主的地層中的基坑工程實踐，人們研究提出了一種稱為復合土釘墻的施工技術，大大拓寬了土釘支護的應用領域。

3.錨固研究存在的問題及發(fā)展方向

我國巖土錨固工程技術近十年來在工程建設大發(fā)展的環(huán)境下得到了長足的進步，錨固理論研究工作取得了一定的進展，但也存在不少問題：

（1）理論研究明顯滯后于工程應用研究。

（2）對錨固力的傳遞機理和應力分布狀態(tài)局限于定性的解釋，不能有效地服務于工程實踐。

（3）錨固技術的研究仍滯留在以錨桿為主體的研究水平上，尚沒有達到把錨固技術看作一個系統(tǒng)來作整體研究的水平。

（4）錨固支護理論也沒有形成統(tǒng)一有效的認識，缺乏合理的計算方法。

（5）對錨桿預應力損失不能作出準確的評估。

（6）錨桿耐久性研究與當前國際水平相差較大。

因此，巖土錨固的理論研究應從以下幾個方面展開：（下轉第84頁）

（上接第81頁）（1）研究錨固體的荷載傳遞機理，提出切合實際的應力傳遞公式。

（2）加強錨固機理研究，以深入探究錨桿與圍巖的互相作用機理、影響因素以及可能發(fā)生的失穩(wěn)模式。

（3）進一步加強對錨桿預應力變化的實質和規(guī)律的研究，以提出合理的預測模型，尤其是要從力學分析和機理角度去研究預應力的長期穩(wěn)定性。

（4）研究和了解環(huán)境因素（如工程周圍水、土中有害化學介質侵蝕等）對錨桿預應力和壽命的影響。 [科]

【參考文獻】

[1]閆莫明，徐禎祥，蘇自約.巖土錨固技術手冊[M].北京：人們交通出版社，2004.

[2]梁炯鋆.錨固與注漿技術手冊[M].北京：中國電力出版社，1999.

[3]程良奎，范景倫，韓軍等.巖土錨固[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2002.

[4]楊春林，鄭百林，賀鵬飛等.巖錨界面及其端部附近應力場奇異行為的彈性力學分析[J].巖石力學與工程學報，2004，23（6）：946～951.

[5]何思明，張小剛，王成華.基于修正剪切滯模型的預應力錨索作用機理研究[J].巖石力學與工程學報，2004，23（15）：2562～1267.

[6]張宏博，黃松，宋廣等.預應力錨索在滑坡體加固中的影響因素分析[J].巖土力學，2004，25（2）：324～326.

[7]陳祖煜，楊健.巖土預應力錨固技術的進展[J].貴州水力發(fā)電，2004，18（5）：5～10.