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1、锚固技术发展史目前，国内外对于岩土锚固理论的研究主要是从以下两个方面展开的:. 对于地锚荷载传递机理的研究对于地锚荷载传递机理的研究，英国、美国、法国、加拿大、澳大利亚等国处于国际领先地位。该研究的主要内容是荷载从锚杆(索)转移到灌浆体的力学机理研究以及灌浆体与钻孔孔壁之间的力学机理研究。其中，Hanson(1969). Fuller及Cox 141等岩土工程专家通过模型试验着重研究了荷载由锚杆(索)向锚固段砂浆体传递的力学行为，取得了许多有代表性的成果。如Philps (1970)提出，对于拉力型锚杆，其锚杆杆体表面与砂浆体之间的剪应力沿锚固段长度方向的分布可近似简化为指数函数关系，表达式如
2、下41式中，x为距离锚固顶端x处的剪应力;:0为锚固段顶端处的剪应力;d为锚杆的直径;A为锚杆中剪应力与主应力相关的常数。由此可见，锚杆(索)同锚固段砂浆体之间的粘结剪应力不是沿杆长均匀分布的。如北京冶金部建筑设计院的程良奎等对上海太平洋饭店和北京京城大厦两个深基坑工程的拉力型锚杆锚固段粘结应力的分布形态进行了现场测定z1，并由试验及相关的分析指出，对于拉力型锚杆，其锚固段的粘结应力分布很不均匀，存在严重的应力集中现象，锚杆在土层中的有效锚固段长度只有约8-10 m，即拉力型锚杆并不能实现锚固力随锚固段长度的增加而成比例地增大。. 对于岩土锚固作用机理的研究对于地锚中荷载传递机理的研究，主要任
3、务是分析锚杆中应力的分布规律及诸多因素对于锚固力的影响，研究的目的是如何取得最大的锚固力。但从工程意义上考虑，获得最大的锚固力并非我们的最终目的。工程上研究锚固技术的最终目的应该是在确保工程安全的同时，如何经济、快速、有效、合理地利用锚固力，对于岩土锚固机理的研究是与岩土工程本身的发展紧密相连的，大致经历了结构工程概念、岩土工程概念和地质工程概念三个阶段，并由此形成了一些工程界认可的锚固理论，如悬吊理论、支撑理论、组合梁理论111等，这里不再详述。在理论研究的同时，国内外的岩土工作者们还进行了大量的室内或现场试验，对锚杆在不同地层中的加固效果、工作机理、销钉作用181 蠕变性质等进行了深入细致
4、的研究，取得了不少令人满意的成果。由于岩土工程自身的复杂性，当前对于岩土锚固技术的研究也存在着不少问题，主要有:. 理论研究仍然滞后于工程应用的需要;. 对于工程中普遍采用的拉力型锚杆，由于其自身难以克服的缺点，使得其无法满足在承载力、耐久性及抗变形性等方面有较高要求的工程的需要;. 对于锚固体力的传递及应力的分布规律只有定性的描述，在实际应用中大都只能采用粘结应力均匀分布的理想形式进行工程设计;. 对锚杆(索)加固机理没有统一的认识，缺乏行之有效的合理计算方法。针对于此，今后岩土锚固技术的研究工作应着重从以下几个方面进行，以满足现阶段工程建设的需要:. 从改善荷载的传递途径入手，继续开发具有
5、良好受力性能和耐久性能的新型锚杆，并对己出现的压力型、压力分散型、拉压分散型等多种新型锚杆的荷载传递机理及其工作性能与特点进行全面而深入的分析，以争取尽快形成一定的相关理论，为其今后的工程应用奠定基础;. 围绕普通锚杆锚固段粘结应力并非均匀分布的事实，研究适合实际情况的单锚承载力估算公式;. 进一步加强锚固机理的研究，包括锚杆(索)预应力对于岩土体应力重分布及岩土体力学性能的影响、群锚效应及相关的实用设计方法等;. 进行在地震、冲击荷载、交变荷载、高温或冰冻环境等特殊条件下锚杆工作性能及相关设计方法的研究。进入80年代后，工程界开始研究单孔复合锚固体系(SBMA法)在岩土锚固工程中的应用。在S
6、BMA体系中，最有价值的就是压力分散型锚杆技术。压力分散型锚杆技术最早由英国人研究成功，近10年来，其在日本得到了很大的发展，被命名为K7B工法，主要应用于永久性的边坡支护工程中。在欧洲和美国等工程技术发达国家，压力分散型锚杆的应用也日趋广泛。如冶金部建筑设计研究院的程良奎等结合中银大厦基坑支护工程，采用设置应变砖的试验手段，对4根压力分散型锚杆锚固段内沿轴向的应变分布情况进行了测定71，试验结果如图1.5所示。此外，在同一工程中，他们还进行了压力分散型锚杆与拉力型锚杆的对比性抗拔试验，并由试验结果发现，在砂性土介质中，压力分散型锚杆的承载力比设计参数基本相同的拉力型锚杆增大了12%一58%。
7、同时，还测得在222 kN张拉力的作用下，压力分散型的试验锚杆的锚固段内的径向应变为61yE，若按锚固段砂浆体的弹性模量E=2.8x104Np计算，此时砂浆体对孔壁的径向压力将达到1.7 MP,，由此表明压力分散型锚杆的锚固段砂浆体处于三维压应力状态，这无疑对提高孔壁间的摩阻力是十分有利的。岩土锚固效应与荷载传递方式的研究进展（摘自岩土锚固。程良奎等著，中国建筑工业出版社2003年1月版）一、中科院岩土所朱维申等人曾进行了不同锚固方案的模型试验。模型材料选用了四种不同粒径的建筑砂，胶结剂采用白乳胶，锚杆用竹签制得。实验中分别制作了圆柱形、矩柱形试件，进行了单轴、双轴及三轴压缩试验以及循环载荷试
8、验和巴西劈裂法试验等，获得了以下实验结果。1、加锚比不加锚情况单轴压缩时材料峰值提高约17，残余强度提高了一倍，变形能力显著增加，抗拉强度亦提高了一倍。对双轴受力，其峰值强度对不同情况可以提高50100或更多，当锚固密度相当大时，可提高3倍强度而无扩容现象。无锚和有锚条件下材料的劈裂抗拉试验及循环荷载实验结果见下图。2、平面应变条件下试件强度除与锚固密度相关外，还受锚固角、锚固型式、锚杆材料的抗剪强度及侧向刚度的强烈影响。3、倾斜交叉布置锚杆对提高峰值强度及控制岩体扩容作用显著，倾角以与壁面成65左右效果最好，但此种锚固类型要求锚杆有较大的侧向刚度。4、全长胶结锚与端锚相比，虽对峰值强度影响不
9、大，但是体变曲线不同，前者扩容开始得晚，对抑制扩容较有效，且峰值后软化现象不明显。而端锚类型则有软化现象，后期强度较低。二、国内许多单位进行了岩石锚固效应的非线性有限元分析。朱维申等人对圆形岩洞进行了平面应变问题分析。三、在岩石锚固效应的室内大比例实验方面，程良奎、庄秉文在1979年完成了不规则混凝土块模拟碎裂结构的岩石拱加固试验。四、冶金部建筑研究总院与长江科学院结合三峡永久船闸高边坡预应力锚固工程，采用多点位移计、声波、钻孔弹模等综合测试方法，研究了高承载力（3000KN）预应力锚索对中微风化花岗岩边坡的开挖损伤区的锚固效应。测试表明：1、高承载力锚索作用后能在锚固作用点周围形成一个半径2
10、.0m、深8.0m的压应力区，当锚索以群体工作时，锚索的压应力区互相叠合，能组合成受压的承载岩石墙，使边坡的稳定性得到明显改善。2、3000KN锚固力作用后，在离坡面4.0m范围内岩体的波速一般提高10以上，岩体波速最大提高率为48.34%，约提高2000m/s，振幅也有明显提高，这表明坡体一定范围内的岩体完整性有明显提高。3、3000KN锚索张拉锁定后，离坡面4m范围内的岩体弹模平均上升4GPa左右，约提高20。灌浆后岩体弹模进一步提高，约为无锚固时的1.3倍。五、在锚杆的荷载传递及分布性态方面，英国的R.B.Weerasighe、G.S.Litlejohn、R.I.Woods，国内的程良奎
11、、胡建林，顾金才、明治清等人先后采用实验和现场试验等方法，论证了在张拉荷载作用下，锚杆锚固段长度内的轴力及杆体与孔壁间的粘结应力分布是极不均匀的。其中某些试验还发现锚杆的粘结应力峰值逐步向锚杆底端转移的规律。据此，英国的A.D.Barley和程良奎等人先后提出在锚杆承载力计算公式修正为：式中：P锚杆极限承载力；D锚杆锚固体直径；L锚杆锚固体长度；锚杆锚固长度有效因子；qs杆体与灌浆体或者灌浆体与孔壁间的粘结强度。传统的岩土锚固方法，即集中拉力型锚杆在受荷时，由于粘结力分布的不均匀性，随着锚杆上荷载的增大，在荷载传至固定长度最远端之前，在杆体与灌浆体或者灌浆体与地层界面上就会发生粘结效应逐步弱化
12、或脱开的现象。英国、日本、中国已经先后研究应用了单孔复合锚固（SBMA）方法，通过每个单元锚杆的张拉千斤顶预先施加的位移补偿张拉，而使所有单元锚杆始终承受相同的载荷，将集中荷载分散为几个较小的荷载作用于锚固段不同部位，粘结力峰值大大降低，均匀的分布于整个锚固段长度上，最大限度地调用整个锚杆固定长度范围内的地层强度，锚杆长度可随固定段长度的增长而成比例的提高。英国的A.D.Barley通过对硬粘土中的61个单元锚杆的试验，综合考虑了粘结系数以及有效固定长度随固定长度增加而降低的影响，得出了伦敦坚硬粘土中锚杆固定长度与综合有效因子（fc）的关系曲线。坚硬粘土中锚杆的锚固长度与综合因子的关系曲线固定
13、长度m357101315172024有效因子1.00.620.500.420.350.320.300.290.28注：本表摘自A D Barley .The single bore multiple anchor system.proc.of int.confr.on ground anchorages and anchored structures.London ,1997.65-75.英国某工程4个单元锚杆，其固定段长度分别为7.4m、5.2m、4.6m、3.6m。香港新机场的砂和完全崩解的花岗岩地层中，锚杆孔内设置7个单元锚杆，固定段长度分别为3m和5m，总固定段长度30m，在3000K
14、N荷载作用下，未见异常。日本KTB工法的压力分散型锚杆，其单根锚杆的设计承载力常为600900KN。瑞士和日本开发了带端头膨胀体的端头锚杆（注：是否就是胀扩式锚杆），锚杆膨胀体的直径可达到0.8m。台湾在砂土中应用了底端扩成圆锥体的锚杆，借助于旋转的叶片形成底端直径0.6m的锥体，当固定长度为610m时，锚杆极限承载力达9601400KN，比12钢筋锚杆承载力提高23倍。台湾大地工程公司还采用扩孔器开发了多段扩体式锚杆，扩体为圆锥形。锥高4050cm，锥底最大直径3035cm，每个圆锥体有200200KN的承载力。软土的锚固主要成果表现在：1、可重复灌浆，大幅度提高软土中锚杆的承载力。采用重复
15、高压（3.5-4.0mpa）劈裂灌浆，使灌浆体与土层界面上的粘结强度及锚杆承载力提高0.6-1.0倍。2、对塑性指数大于17的软土（不包括淤泥）在锚杆荷载作用下的蠕变变形及锚杆荷载随时间的变化特性是：采用较小的应力水平，即当锚杆锁定荷载与极限承载力的比值小于0.53，能使锚杆的蠕变变形控制在容许范围内。当与锚杆相联系的桩墙支挡结构出现较大位移时，锚杆荷载（预应力值）会急剧增大，故对容许有一定位移的临时性支挡工程，锚杆锁定荷载值取设计值的0.7-0.85为宜。当锚杆的预应力损失大于10时，可通过重复张拉加以补偿。土钉支护结构轻型，柔性大，施工方便速度快，有利于信息化施工，比排桩、地下连续墙等支挡
16、形式节约投资30以上。近年来土钉支护与其他止水设施或支护结构相结合使用所形成的复合土钉支护，拓宽了土钉支护的应用领域：土钉与搅拌桩、旋喷桩相结合构成的止水型土钉支护；土钉与预应力锚杆相结合构成的加强型土钉支护；土钉与微型桩、超前注浆、超前竖向土钉相结合的超前加固型土钉支护。复合土钉支护用于深度达18m、坑边有建筑物，或者深度小于6.0m的淤泥质土的基坑工程。锚固机理与力学作用若采用非预应力锚杆，则在岩土体中主要起简单的加筋作用，而且只有当岩土体表层松动变位时才会发挥其作用。这种锚固方式的效果远不及预应力锚杆。效果最好的与应用最广的锚固技术是通过锚固力能使结构与岩层连锁在一起的方法。只要根据静力分析
