孫世國(guó)，賈欣欣，肖 劍

（1．北方工業(yè)大學(xué) 土木工程學(xué)院，北京 100144；2．中冶交通集團(tuán)建設(shè)有限責(zé)任公司，河北 三河 065200）

預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)通過(guò)對(duì)錨桿施加張拉力，達(dá)到穩(wěn)固巖體的效果，其充分發(fā)揮了巖土體自身的穩(wěn)定性能，是1種對(duì)原巖擾動(dòng)小、安全可靠、經(jīng)濟(jì)高效的加固技術(shù)[1-2]。20世紀(jì)初，美國(guó)在礦山開(kāi)采中最早采用錨桿進(jìn)行巷道支護(hù)，到1934年，法國(guó)首次在阿爾及利亞采用37根承載力10 000 kN的預(yù)應(yīng)力巖石錨桿來(lái)加固大壩并取得成功，標(biāo)志著預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)的應(yīng)用真正開(kāi)始[3-4]；之后，印度、南非、英國(guó)、奧地利均采用預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)加固大壩；20世紀(jì)60年代，捷克斯洛伐克和西德采用預(yù)應(yīng)力錨桿對(duì)大型地下室進(jìn)行支護(hù)；20世紀(jì)70年代，英國(guó)采用預(yù)應(yīng)力錨桿抵抗地下水浮力、紐約世界貿(mào)易中心使用承載力3 000 kN的預(yù)應(yīng)力錨桿作為深基坑的支擋結(jié)構(gòu)物[6]；20世紀(jì)80年代，澳大利亞采用極限承載力16 500 kN的預(yù)應(yīng)力錨桿加固重力壩[7]；20世紀(jì)90年代以后，國(guó)際間對(duì)于巖土預(yù)應(yīng)力錨固的新理論、新技術(shù)、新標(biāo)準(zhǔn)等都在不斷發(fā)展、完善和創(chuàng)新。

我國(guó)巖石錨桿相對(duì)起步較晚，20世紀(jì)50年代，才僅僅用于礦山支護(hù)中。1964年，安徽梅山水庫(kù)首次使用長(zhǎng)30～47 m、承載力為2 400～3 200 kN的預(yù)應(yīng)力錨桿加固大壩，開(kāi)啟了我國(guó)預(yù)應(yīng)力錨固的時(shí)代[8]。20世紀(jì)80年代，預(yù)應(yīng)力錨桿在重力壩的建造、加固和邊坡防護(hù)中廣泛應(yīng)用，如1989年石泉大壩加固中采用承載力8 000 kN的預(yù)應(yīng)力錨桿、龍羊峽水電工程中采用承載力10 000 kN的預(yù)應(yīng)力錨桿及漫灣電站邊坡預(yù)應(yīng)力錨固工程[9]；20世紀(jì)90年代，預(yù)應(yīng)力錨桿開(kāi)始運(yùn)用于滑坡治理工程，南昆鐵路巨型滑坡治理中就采用了數(shù)百根預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)；與此同時(shí)，舉世矚目的大型三峽工程，僅永久出船閘邊坡支護(hù)就采用了超10 000根的預(yù)應(yīng)力錨索和100 000根錨桿[10]。近年來(lái)，我國(guó)巖土預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)廣泛應(yīng)用于鐵路、隧道、橋梁、水利水電、采礦冶金、民用和工業(yè)建筑等各個(gè)工程領(lǐng)域中的巷道圍巖支護(hù)、邊坡錨固、地下洞室加固、結(jié)構(gòu)抗傾覆、壩基巖體抗滑與加固、維護(hù)等方面[11]，由于其所產(chǎn)生的巨大社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益，應(yīng)用前景十分廣闊[12]。

1 預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)研究現(xiàn)狀及存在問(wèn)題

1.1 預(yù)應(yīng)力錨桿設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)及存在問(wèn)題

目前國(guó)際上相對(duì)較新、較權(quán)威的預(yù)應(yīng)力錨桿相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)[13]包括美國(guó)第5版PTI DC35.1—2014《預(yù)應(yīng)力巖層與土層錨桿的建議》[14]、歐洲第2版EN 1537—2013《特種巖土工程的實(shí)施—錨桿》[15]、日本第4版JGS 4101—2012《地錨設(shè)計(jì)、施工標(biāo)準(zhǔn)及說(shuō)明》[16]、ISO與CEN共同合作編制的ISO/DIS 22477-5《巖土工程勘察與試驗(yàn)——巖土工程結(jié)構(gòu)試驗(yàn)——第5部分：錨桿試驗(yàn)》[17]及中國(guó)的GB 50086—2015《巖土錨桿與噴射混凝土支護(hù)工程技術(shù)規(guī)范》[18]。其中美國(guó)、歐洲、日本從2種角度對(duì)錨桿結(jié)構(gòu)進(jìn)行細(xì)致劃分。美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于錨桿材料、設(shè)計(jì)使用年限、技術(shù)和管理水平要求較高，歐洲的錨桿設(shè)計(jì)采用不同于傳統(tǒng)理論的新設(shè)計(jì)理念（將傳統(tǒng)的總安全系數(shù)分為多個(gè)分項(xiàng)系數(shù)），日本注重于錨桿的應(yīng)力腐蝕與防護(hù)以及后期的維護(hù)管理[13]。中國(guó)《巖土錨桿與噴射混凝土支護(hù)工程技術(shù)規(guī)范》是在原GB 50086—2001《錨桿噴射混凝土支護(hù)工程技術(shù)規(guī)范》的基礎(chǔ)上修訂完善，主要針對(duì)預(yù)應(yīng)力錨桿的類(lèi)型、設(shè)計(jì)、施工、防腐、驗(yàn)收、實(shí)驗(yàn)等作了詳細(xì)補(bǔ)充完善。

不同地區(qū)預(yù)應(yīng)力錨桿設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)比見(jiàn)表1，不同地區(qū)預(yù)應(yīng)力錨桿防腐等級(jí)與腐蝕判斷對(duì)比見(jiàn)表2，將美國(guó)、歐洲、日本及中國(guó)的一些較典型的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)作對(duì)比。不難發(fā)現(xiàn)，國(guó)外的一些標(biāo)準(zhǔn)確實(shí)有值得借鑒的地方，如細(xì)化預(yù)應(yīng)力錨桿的設(shè)計(jì)使用年限、增加探究性錨桿試驗(yàn)（探究錨固體的蠕變特性和與地層的黏結(jié)強(qiáng)度），增加對(duì)地層環(huán)境腐蝕判斷。在防腐設(shè)計(jì)中，要綜合考慮各種因素，分析判斷腐蝕環(huán)境，針對(duì)不同的腐蝕情況做出詳細(xì)的防腐處理。

表1 不同地區(qū)預(yù)應(yīng)力錨桿設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)比Table 1 Comparison of design codes for prestressed anchors in different regions

表2 不同地區(qū)預(yù)應(yīng)力錨桿防腐等級(jí)與腐蝕判斷對(duì)比Table 2 Comparison of anti-corrosion grade and corrosion judgment of prestressed anchor rods in different regions

1.2 理論研究現(xiàn)狀與存在問(wèn)題

從20世紀(jì)中期開(kāi)始，國(guó)內(nèi)外就致力于預(yù)應(yīng)力錨桿技術(shù)理論的研究，其圍繞錨固體系和被加固的巖土體2個(gè)方面，主要研究錨固體預(yù)應(yīng)力的傳遞機(jī)理、作用機(jī)理與錨固效果[19]。

1.2.1 預(yù)應(yīng)力錨固作用機(jī)理與錨固效果

深埋預(yù)應(yīng)力錨桿錨固巖體能夠達(dá)到加固不穩(wěn)定巖體的效果，國(guó)內(nèi)外學(xué)者通過(guò)實(shí)驗(yàn)?zāi)M、數(shù)值計(jì)算、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)等方法對(duì)預(yù)應(yīng)力錨桿作用機(jī)理與加固效果展開(kāi)多方面研究，總結(jié)出預(yù)應(yīng)力在巖土錨固中的3方面作用機(jī)理[19-21]：①通過(guò)預(yù)應(yīng)力的上提作用和錨索的抗剪作用來(lái)限制邊坡的潛在滑動(dòng)和滑面上塑性區(qū)的發(fā)展，以維持邊坡的深層穩(wěn)定；②通過(guò)預(yù)應(yīng)力對(duì)坡體表面的壓縮加固作用和外錨頭的支承作用來(lái)保證邊坡的淺層穩(wěn)定；③通過(guò)施加的預(yù)應(yīng)力改善圍巖力學(xué)參數(shù)，改變巖體受力狀態(tài)以及應(yīng)力場(chǎng)分布，從而提高圍巖的承載能力。由此看出預(yù)應(yīng)力錨固使巖體錨固范圍內(nèi)的峰值強(qiáng)度、殘余強(qiáng)度、彈性模量、黏聚力、泊松比等力學(xué)性質(zhì)均發(fā)生了改變，同時(shí)不少學(xué)者也研究了錨桿長(zhǎng)度、直徑、傾角、錨固間距、預(yù)應(yīng)力大小對(duì)錨固效果的影響，通過(guò)改變上述某一變量分析其與巖體力學(xué)性能的關(guān)系，獲得了一些定性結(jié)論和經(jīng)驗(yàn)公式，但這些研究相對(duì)簡(jiǎn)單，對(duì)于巖體的節(jié)理、裂隙、構(gòu)造等未做深入的考慮，因此在研究預(yù)應(yīng)力錨固效果時(shí)有些理想和片面。

1.2.2 預(yù)應(yīng)力錨固體傳力機(jī)理

預(yù)應(yīng)力錨固傳力機(jī)理主要研究灌漿體和桿體的黏結(jié)特性、錨固體與巖土體之間的荷載傳遞問(wèn)題以及預(yù)應(yīng)力的傳遞規(guī)律[22]。由于涉及到三相介質(zhì)和2個(gè)界面的力學(xué)特性[23]，同時(shí)面臨著預(yù)應(yīng)力問(wèn)題，使其研究異常復(fù)雜，因此，預(yù)應(yīng)力錨固體傳力機(jī)理的理論研究遠(yuǎn)遠(yuǎn)滯后于實(shí)際工程應(yīng)用。盡管如此，錨桿傳力機(jī)理的研究仍然取得不少成果，指數(shù)函數(shù)模型、雙曲線函數(shù)模型、改進(jìn)的剪滯模型等多種模型的建立，使巖土體與灌漿體這種非均質(zhì)、非線性的界面條件下荷載傳遞規(guī)律愈來(lái)愈明顯。除此之外，斷裂力學(xué)和損傷力學(xué)也先后引入巖體錨固性能研究中，均取得了顯著的效果。針對(duì)不同巖性如何選取合理的錨固力學(xué)傳遞計(jì)算模型，剪應(yīng)力與預(yù)應(yīng)力的定量計(jì)算也需要更深入的研究。將彈塑性力學(xué)、黏彈性力學(xué)、斷裂力學(xué)與損傷理論等同時(shí)結(jié)合考慮的相關(guān)研究至今沒(méi)有[1]。另外，關(guān)于新型預(yù)應(yīng)力錨桿，如拉力分散型、壓力分散型、擴(kuò)體型錨桿等的傳力機(jī)制研究有待進(jìn)一步開(kāi)展研究。

1.3 應(yīng)力腐蝕與防護(hù)及存在問(wèn)題

預(yù)應(yīng)力錨桿的腐蝕因素眾多，任何外部因素（如地層中存在的雜散電流以及地層和地下水中的腐蝕介質(zhì)作用）、內(nèi)部因素（預(yù)應(yīng)力錨桿防護(hù)系統(tǒng)的失效和雙金屬作用）以及時(shí)間因素都會(huì)導(dǎo)致不同程度的腐蝕破壞[24-25]。同時(shí)預(yù)應(yīng)力狀態(tài)下的鋼材腐蝕要比普通受力狀態(tài)下的鋼材腐蝕速度快很多，且以應(yīng)力腐蝕和氫脆破壞為主，嚴(yán)重影響錨固體系的服役壽命。雖然我國(guó)在預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)方面的應(yīng)用較晚，但因應(yīng)力腐蝕和氫脆破壞導(dǎo)致錨固結(jié)構(gòu)失效的案例屢見(jiàn)不鮮，如廣州海印大橋預(yù)應(yīng)力斜拉索斷裂、安徽梅山水庫(kù)的預(yù)應(yīng)力錨索鋼絲斷裂等。宏觀來(lái)看，人們對(duì)應(yīng)力腐蝕的機(jī)理認(rèn)識(shí)達(dá)成一致，認(rèn)為預(yù)應(yīng)力錨桿受到高拉應(yīng)力作用，使鋼筋表面產(chǎn)生微裂縫，更易于腐蝕性介質(zhì)進(jìn)入從而產(chǎn)生破壞；微觀上由于眾多因素的影響使其對(duì)于應(yīng)力腐蝕的解釋不盡相同。盡管如此應(yīng)力腐蝕的理論研究日趨成熟，滑移溶解機(jī)理、沿晶界擇優(yōu)溶解機(jī)理、腐蝕產(chǎn)物的楔入理論、應(yīng)力吸附開(kāi)裂理論[26]等詳細(xì)解釋了應(yīng)力腐蝕的作用機(jī)理，但每個(gè)理論都有其適用的范圍，難以形成統(tǒng)一的理論體系。同時(shí)現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)研究也多圍繞普通錨桿的腐蝕機(jī)理、腐蝕速率及腐蝕損失率開(kāi)展，對(duì)預(yù)應(yīng)力錨索腐蝕問(wèn)題的研究重視程度還不夠，不同酸性、堿性環(huán)境條件的復(fù)雜工程中對(duì)預(yù)應(yīng)力錨桿的腐蝕規(guī)律也需要進(jìn)一步研究。另外，我國(guó)錨固規(guī)范中對(duì)錨桿長(zhǎng)期性能的要求相對(duì)國(guó)外較低，缺乏對(duì)地層腐蝕性介質(zhì)的判斷，對(duì)環(huán)境因素如地下水、土中的侵蝕性介質(zhì)影響下的耐久性要求也考慮較少。

錨固體系中金屬構(gòu)件的防腐是整個(gè)錨固工程安全的核心，不同的工程環(huán)境應(yīng)采取綜合保護(hù)措施，以提高錨固體系的防腐能力和服役壽命。建立有效的錨桿防護(hù)體系至關(guān)重要，使用防腐性能好的預(yù)應(yīng)力鋼筋，同時(shí)錨固段進(jìn)行雙層防護(hù)，并對(duì)防腐系統(tǒng)的完整性進(jìn)行試驗(yàn)；減少拉力分散型錨桿的使用，多采用壓力分散型錨桿；大噸位預(yù)應(yīng)力錨桿鎖定荷載不宜超過(guò)筋體抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的60%；時(shí)刻保證一期和二期注漿灌注密實(shí)，提高預(yù)應(yīng)力錨固質(zhì)量。

1.4 錨固材料與施工工具現(xiàn)狀與存在問(wèn)題

在錨桿筋材方面，我國(guó)預(yù)應(yīng)力鋼材正在向高強(qiáng)度、大直徑方向[27]發(fā)展，應(yīng)用較多的鋼絞線強(qiáng)度為1 860 MPa，最大直徑為17.88 mm，少數(shù)鋼絞線強(qiáng)度已達(dá)到2 000 MPa，以及環(huán)氧涂層鋼絞線的應(yīng)用改善了預(yù)應(yīng)力錨桿的耐久性能，為提高預(yù)應(yīng)力錨桿的承載力創(chuàng)造了良好條件。在錨桿黏結(jié)材料方面，各種新型復(fù)合早強(qiáng)劑如甲酸鈣-晶胚、甲基丙烯酸-晶胚[28]的出現(xiàn)，大大縮短了凝結(jié)時(shí)間，顯著提高了水泥砂漿的強(qiáng)度，使早強(qiáng)預(yù)應(yīng)力錨桿的應(yīng)用成為現(xiàn)實(shí)。在錨桿施工機(jī)具方面，錨桿鉆機(jī)正向多功能，集成化的機(jī)載式方向發(fā)展，具有液壓、氣動(dòng)、電動(dòng)三大系列[29]，澳大利亞喬伊公司的支腿式氣動(dòng)錨桿鉆機(jī)、澳大利亞POBAM型液壓鉆機(jī)、我國(guó)新型鉆機(jī)等相應(yīng)錨固機(jī)具配套設(shè)備的應(yīng)用，提高了預(yù)應(yīng)力錨桿的工作效率。需要注意的是，在預(yù)應(yīng)力錨桿和相匹配的錨具發(fā)生變形破壞時(shí)保證鋼材先斷裂，而目前往往是錨具先發(fā)生破壞，其原因可能是廠家提供的預(yù)應(yīng)力鋼材的實(shí)際抗拉強(qiáng)度過(guò)高，這就需要一定的施工工藝來(lái)減小誤差并相應(yīng)的提高錨具強(qiáng)度，完善錨固工具的配套設(shè)施。因此預(yù)應(yīng)力錨桿鋼材與錨具夾片以及施工機(jī)具之間的最優(yōu)匹配問(wèn)題值得關(guān)注，對(duì)于未來(lái)更高強(qiáng)度的鋼材來(lái)說(shuō)，生產(chǎn)出匹配性能更好的張拉錨夾具和適應(yīng)性更強(qiáng)的鉆機(jī)設(shè)備至關(guān)重要，使其能夠減少一部分預(yù)應(yīng)力損失。

1.5 預(yù)應(yīng)力損失的研究與存在問(wèn)題

預(yù)應(yīng)力損失是預(yù)應(yīng)力錨桿支護(hù)失效的關(guān)鍵因素，其大致可分為3個(gè)損失階段：錨桿張拉期間、鎖定階段和鎖定后期[10-17]。具體表現(xiàn)為在進(jìn)行錨桿張拉時(shí)實(shí)際鎖定值遠(yuǎn)小于施加的壓力值，據(jù)相關(guān)某基坑支護(hù)工程中的數(shù)據(jù)表明，最大損失率高達(dá)41.1%，遠(yuǎn)達(dá)不到設(shè)計(jì)荷載，嚴(yán)重降低了錨桿支護(hù)作用；在錨桿鎖定過(guò)程中，由于錨固體系自身收縮、施工機(jī)具以及施工工藝都會(huì)引起相應(yīng)的預(yù)應(yīng)力損失；在錨桿工作期間，自身鋼材的松弛、混凝土的徐變加上所受到得群錨效應(yīng)、巖體蠕變、周?chē)鷾囟葷穸茸兓扔绊懀沟妙A(yù)應(yīng)力再次損失，并且難以準(zhǔn)確計(jì)算錨桿具體的損失量[30-31]。針對(duì)不同階段的預(yù)應(yīng)力損失，不少學(xué)者通過(guò)實(shí)驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)等方法探究各種影響因素對(duì)預(yù)應(yīng)力損失的敏感程度，陳安敏等[32]通過(guò)實(shí)驗(yàn)?zāi)M給出錨索預(yù)應(yīng)力在張拉期隨時(shí)間損失的計(jì)算方法，張發(fā)明等[33]、陳沅江等[34]、王渭明等[35]、羅基偉等[36]、范一平[37]通過(guò)利用現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，得出工作期間預(yù)應(yīng)力損失的經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式。在不同工程中如基坑支護(hù)、擋土墻加固、煤礦巷道等也都對(duì)預(yù)應(yīng)力損失機(jī)理、補(bǔ)償措施以及預(yù)測(cè)模型都有所研究[38-41]，除使用低松弛鋼材、采取多次張拉技術(shù)和保持適宜的荷載比外，后期預(yù)應(yīng)力損失的監(jiān)測(cè)工作也是必不可少。目前，對(duì)于預(yù)應(yīng)力損失的研究已從單一因素轉(zhuǎn)變?yōu)槎嘁蛩伛詈闲?yīng)，從短期損失到研究長(zhǎng)期損失規(guī)律。吳愛(ài)祥等[42]、王清標(biāo)等[43]、王賀平[44]、王國(guó)富等[45]、李濤等[46]、馮忠居等[47]通過(guò)建立多因素耦合效應(yīng)的流變模型，從理論上分析和預(yù)測(cè)預(yù)應(yīng)力損失大??；朱晗迓等[48]、徐毅青等[49]系統(tǒng)總結(jié)了錨索預(yù)應(yīng)力長(zhǎng)期損失規(guī)律。但是錨索預(yù)應(yīng)力損失影響因素眾多，損失機(jī)理未形成統(tǒng)一，各種因素的敏感程度需要量化處理。不僅如此，對(duì)于沖擊、疲勞荷載、地震作用等特殊因素引起的預(yù)應(yīng)力損失量遠(yuǎn)大于長(zhǎng)期靜荷載作用[50-53]，但與此相關(guān)的研究很少。綜上，關(guān)于預(yù)應(yīng)力損失的機(jī)理和規(guī)律應(yīng)進(jìn)入更深層次的研究，各種影響因素之間的關(guān)系還有待商討；針對(duì)每個(gè)階段預(yù)應(yīng)力損失都應(yīng)制定有效的對(duì)策，目前對(duì)此沒(méi)有詳細(xì)的解決措施來(lái)降低各階段錨桿應(yīng)力損失；對(duì)錨桿工作期間監(jiān)測(cè)重視程度不夠，特別是對(duì)錨桿應(yīng)力損失的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)；另外，需要加強(qiáng)對(duì)突發(fā)性因素如爆破、地震等影響的預(yù)應(yīng)力損失研究，可在錨桿支護(hù)前提前進(jìn)行軟件模擬計(jì)算。

2 未來(lái)發(fā)展方向

2.1 新型灌漿材料的研究與應(yīng)用

為了更好的改善預(yù)應(yīng)力錨桿的錨固性能和力學(xué)性能，單純提高水泥和砂漿標(biāo)號(hào)已經(jīng)不能滿足實(shí)際工程要求，需要開(kāi)發(fā)研制出新型膠結(jié)體材料。灌漿料中摻入纖維能夠顯著提高錨桿的錨固能力，但纖維種類(lèi)繁多，如玄武巖纖維、鋼纖維、玻璃纖維、碳纖維及合成纖維等都具有各自的優(yōu)缺點(diǎn)?，F(xiàn)階段還沒(méi)有綜合性能很高的纖維應(yīng)用到錨桿灌漿材料上，目前關(guān)于混合纖維在改善混凝土性能方面的研究過(guò)多。研究表明，鋼-碳混合纖維所產(chǎn)生的正混合效應(yīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其單一纖維的作用，大大提高了混凝土的抗壓強(qiáng)度、抗沖擊性能以及耐久性，同時(shí)在混凝土基體中摻加鋼-玄武巖混合纖維也能顯著提高混凝土的密實(shí)度。因此可將這些混合纖維如鋼-玄武巖混合纖維、鋼-碳混合纖維等運(yùn)用到預(yù)應(yīng)力錨桿灌漿材料中，利用多種纖維之間的正混合效應(yīng)來(lái)彌補(bǔ)單一纖維的局限性，使不同纖維優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，更好改善灌漿料的性能，提高灌漿體與桿體及巖土體之間的黏結(jié)強(qiáng)度。與此同時(shí)，使用平均粒徑小于3~4μm的超細(xì)水泥和早強(qiáng)型環(huán)氧黏結(jié)劑以及復(fù)合早強(qiáng)劑來(lái)提高灌漿料的密實(shí)度，也可提高預(yù)應(yīng)力錨桿的強(qiáng)度。但這種高性能預(yù)應(yīng)力錨固體系的研究又將與傳統(tǒng)預(yù)應(yīng)力錨固體系不同，其受力效應(yīng)、作用機(jī)理、破壞機(jī)制和長(zhǎng)期性能的影響因素等都發(fā)生了改變，隨著新型灌漿材料的應(yīng)用，這些問(wèn)題都需要探討。

2.2 特殊環(huán)境條件下的預(yù)應(yīng)力錨固性能研究

現(xiàn)有錨固性能的研究多是在靜態(tài)條件下完成，很少涉及到關(guān)于爆破沖擊、凍融循環(huán)、疲勞荷載、高溫高壓、地震作用等動(dòng)載狀態(tài)下預(yù)應(yīng)力錨桿錨固性能的研究及設(shè)計(jì)方法。如礦山巷道的開(kāi)挖常采用爆破方式，錨桿在多次爆破沖擊下處于多應(yīng)力耦合狀態(tài)，此時(shí)錨桿的應(yīng)力分布、應(yīng)變規(guī)律以及巖體損傷累積效應(yīng)需進(jìn)一步研究，相應(yīng)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)也需要進(jìn)一步討論，爆破沖擊下圍巖與錨桿的關(guān)系也尚不明確；凍融循環(huán)下預(yù)應(yīng)力錨固結(jié)構(gòu)的有效黏結(jié)強(qiáng)度、損傷機(jī)理及相關(guān)影響因素，疲勞荷載下預(yù)應(yīng)力錨桿錨固段的微觀變化與破壞機(jī)理，高溫環(huán)境下預(yù)應(yīng)力錨桿的荷載傳遞機(jī)理及高溫對(duì)其力學(xué)性質(zhì)的影響，地震作用下預(yù)應(yīng)力錨桿的受力形式、作用機(jī)理及破壞機(jī)制，以及它們的耦合作用都將是該領(lǐng)域重點(diǎn)研究的內(nèi)容之一，這些研究可在靜力研究的基礎(chǔ)上進(jìn)一步深化和完善。

2.3 預(yù)應(yīng)力錨桿的群錨效應(yīng)

一般情況下不同的圍巖強(qiáng)度錨桿所設(shè)置的數(shù)量和間距有所不同，產(chǎn)生的群錨效應(yīng)也就不一樣，為了減少群錨效應(yīng)提高預(yù)應(yīng)力的利用率和效果，針對(duì)不同的地層巖性，需要探索合理的錨索間距，現(xiàn)有的規(guī)范并不能準(zhǔn)確定性地分析出群錨效應(yīng)與錨固長(zhǎng)度、錨固數(shù)量、錨桿埋深、錨桿傾角之間的具體關(guān)系，僅靠經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行預(yù)應(yīng)力群錨設(shè)計(jì)是非常不可取的；單根錨桿預(yù)應(yīng)力損失的公式是否同樣可以運(yùn)用到群錨體系中任意1根錨桿預(yù)應(yīng)力損失值的計(jì)算、群錨效應(yīng)對(duì)錨桿極限承載力損失程度的相關(guān)計(jì)算仍需要進(jìn)一步商榷，群錨效應(yīng)的理論研究仍是發(fā)展的一大趨勢(shì)；關(guān)于群錨的實(shí)驗(yàn)研究受設(shè)備、技術(shù)條件及專(zhuān)業(yè)人員等多重因素的限制，因而很難開(kāi)展試驗(yàn)，缺乏實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的支撐，未來(lái)關(guān)于群錨效應(yīng)試驗(yàn)研究可能是1個(gè)熱門(mén)方向；不同的工程地質(zhì)環(huán)境，產(chǎn)生群錨效應(yīng)會(huì)有所不同，需要具體問(wèn)題具體分析，如何將其系統(tǒng)化、規(guī)范化需要進(jìn)一步深化研究。加強(qiáng)對(duì)群錨效應(yīng)的理論認(rèn)識(shí)、實(shí)驗(yàn)研究，繼續(xù)探索群錨效應(yīng)理論、完善預(yù)應(yīng)力錨索設(shè)計(jì)、提出相應(yīng)的計(jì)算模型，對(duì)最大限度地發(fā)揮預(yù)應(yīng)力錨桿十分有意義。

2.4 提高現(xiàn)有的預(yù)應(yīng)力錨桿檢測(cè)技術(shù)水平

作為錨桿預(yù)應(yīng)力檢測(cè)最熱門(mén)最有潛力的無(wú)損檢測(cè)法，現(xiàn)在仍處于不成熟時(shí)期。還需要對(duì)預(yù)應(yīng)力錨桿錨固質(zhì)量檢測(cè)理論進(jìn)入更深的研究，雖然彈性波法、應(yīng)力波法在國(guó)內(nèi)外錨桿檢測(cè)應(yīng)用廣泛，但仍有些問(wèn)題要克服，如聲彈性系數(shù)選取、波傳播中干擾因素的分析等，總之需要對(duì)超聲應(yīng)力波的正反演理論機(jī)理不斷完善，使現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)理論研究更完備、科學(xué)、實(shí)用；進(jìn)一步深化模型試驗(yàn)研究，加強(qiáng)室內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)相結(jié)合，研究波的相關(guān)參數(shù)與錨桿質(zhì)量、荷載等之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系；利用智能檢測(cè)儀器，結(jié)合先進(jìn)的信號(hào)分析方法如小波分析、譜分析、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、傅里葉和希爾伯特-黃變換（HHT）分析等，進(jìn)行有效的數(shù)值分析和函數(shù)模擬，對(duì)預(yù)應(yīng)力錨桿的局部及整體性能進(jìn)行全面檢測(cè)分析，使檢測(cè)智能化；由于檢測(cè)數(shù)據(jù)冗雜人為處理相對(duì)困難，因此需要建立自動(dòng)化計(jì)算體系，從而達(dá)到更高的預(yù)測(cè)精度，使預(yù)應(yīng)力錨桿檢測(cè)技術(shù)進(jìn)入現(xiàn)代化先進(jìn)水，同時(shí)為保證錨桿質(zhì)量評(píng)估更準(zhǔn)確還因結(jié)合不同專(zhuān)家進(jìn)行評(píng)價(jià)，盡管各種無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的檢測(cè)方法、理論、技術(shù)、設(shè)備等都并非成熟，實(shí)際應(yīng)用效果可能差強(qiáng)人意，相信隨著檢測(cè)技術(shù)理論的完善和智能化體系的建立，這些問(wèn)題都將得到解決。

2.5 合理進(jìn)行大數(shù)據(jù)整合及信息化監(jiān)測(cè)

對(duì)預(yù)應(yīng)力錨桿的力學(xué)性能如軸力、應(yīng)力、應(yīng)變等關(guān)鍵部位同時(shí)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，借助大數(shù)據(jù)平臺(tái)，將這些數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)、快速處理整合到計(jì)算機(jī)上，通過(guò)整理的數(shù)據(jù)時(shí)刻掌握錨桿的動(dòng)態(tài)信息，觀察其受力狀態(tài)，以便在其達(dá)到極限狀態(tài)前及時(shí)補(bǔ)救，確保工程安全；對(duì)監(jiān)測(cè)范圍大的巷道圍巖，可利用三維激光掃描技術(shù)對(duì)變形進(jìn)行監(jiān)測(cè)，由掃描得到水平和豎向變形數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)上，利用計(jì)算機(jī)將不同的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)融合，同時(shí)正確處理監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)性，這種定性與定量的時(shí)測(cè)分析更好地實(shí)現(xiàn)了巷道失穩(wěn)的超前監(jiān)測(cè)預(yù)警；預(yù)應(yīng)力錨桿監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)具有復(fù)雜性、多變性、和離散性特點(diǎn)，難以對(duì)錨桿錨固質(zhì)量做出正確的評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)精度與大數(shù)據(jù)融合處理之間的問(wèn)題亟待解決，因此建立以云數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)為基礎(chǔ)的評(píng)價(jià)體系，不僅能夠提高數(shù)據(jù)處理效率而且解決了評(píng)價(jià)結(jié)果的可靠性問(wèn)題。利用大數(shù)據(jù)融合和信息化監(jiān)測(cè)技術(shù)，根據(jù)安全監(jiān)測(cè)的反饋信息，不斷優(yōu)化錨固體系設(shè)計(jì)從而保證巖土工程安全穩(wěn)定。

3 結(jié) 語(yǔ)

應(yīng)用預(yù)應(yīng)力錨桿加固巖土，不僅可以提供足夠的抗滑力，對(duì)巖土潛在滑移面的抗剪強(qiáng)度也有所提高，這是一般支檔結(jié)構(gòu)所不具備的力學(xué)作用。巖土預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)發(fā)展至今，為更好適應(yīng)現(xiàn)代化建設(shè)，仍需在以下幾個(gè)方面進(jìn)行完善和創(chuàng)新：①關(guān)于預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)的理論如錨固理論、傳力機(jī)理等和耦合模型的研究；②改善預(yù)應(yīng)力錨桿結(jié)構(gòu)類(lèi)型，開(kāi)發(fā)研制新品種和施工工藝，同時(shí)加強(qiáng)配套設(shè)備的裝配式生產(chǎn)；③加強(qiáng)錨桿的全壽命周期監(jiān)測(cè)和安全性評(píng)價(jià)，提高檢測(cè)技術(shù)；④加強(qiáng)對(duì)特殊環(huán)境下預(yù)應(yīng)力錨桿的性能研究，注重預(yù)應(yīng)力損失和群錨效應(yīng)問(wèn)題研究；⑤依托于計(jì)算機(jī)技術(shù)，加強(qiáng)大數(shù)據(jù)融合技術(shù)在實(shí)際工程的應(yīng)用與發(fā)展。