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1、山东科技大学研究生课程论文题目：岩土锚固研究与新进展学院：土木建筑学院学号：2012020601 姓名：陈万昊班级：硕研 12-6 班山东科技大学研究生课程论文岩土锚固研究与新进展1 引言岩土锚固是岩土工程领域的重要分支。在岩土工程中采用锚固技术，能较充分地发挥和提高岩土体的自身强度和自稳能力，显著缩小结构物体积和减轻结构的自重，有效控制岩土工程的变形。 岩土锚固方法已经成为提高岩土工程稳定性和解决复杂岩土工程问题最经济有效的方法之一。近 20 年来，国内外岩土锚固的研究异常活跃，工程应用迅猛发展。可以明显地看出，自 20 世纪 80 年代以来，国外岩土锚固的研究重点和发展趋势主要集中在以下几
2、个方面: （1）在锚杆粘结应力分布特征研究与改善锚杆荷载传递机制创新方面，采用现场锚固试验与数值模型等方法对锚杆的粘结应力分布特征进行较系统深入的研究，证实了锚杆锚固段粘结应力分布的严重不均匀性，平均粘结应力随着锚固段长度的增加而减小。在长期研究中得到了伦敦粘土及冰积粘土中随锚杆锚固段的增长，其有效调用土层抗剪强度的效率急剧降低的关系曲线，并成功研究了单孔复合锚固法(荷载分散型锚固体系)，大大提高了土层锚杆的极限抗拔力。采用这种单孔复合锚固技术，在英国的软土中可使锚杆承载力达到1337 kN。日本的 KTB锚固工法是典型的单孔复合锚固体系，从20 世纪 90 年代初就在日本边坡工程中广泛应用，
3、近年来获得了更大的发展。（2）在防腐技术方面.1986 年国际预应力协会(FIP) 地锚工作小组对收到的35 例锚杆腐蚀破坏实例分析研究后指出:锚头以及锚头与自由段或自由段与锚固段的交界处最易遭受腐蚀。鉴于锚头特别容易遭受腐蚀，应加强对锚头的早期防护。锚杆的短期破坏几星期后 )是由于应力腐蚀和氢脆作用所致。淬火与回火的低碳钢及高强合金钢比其他种类的钢更易遭受氢的脆化作用，因而在具有侵蚀性的环境下使用上述钢材应格外小心。为了检验锚杆防腐系统的完善性，瑞士开发应用了锚杆的电隔离(电阻法 )测定技术。该法已列入瑞士和全欧洲的锚杆标准。(3)在高承载力锚固体系的开发应用方面，由于高强度钢绞线生产和深大
4、钻孔技术的发展，在重力坝加固及桥梁工程中，实际应用的单根锚杆(索)的承载力有很大提高。如德国采用 104 根长 75m、单锚设计承载力为4 500 KN 的预应力锚杆加固了高47 m 的 Eder 混凝土重力坝。澳大利亚从19921995 年先后对Nepean, Captains Flat, Burrinjuck, Lyell 等 4 座混凝土重力坝采用高预应力锚杆进行加固，其中Burrinjuck 坝高 79 m，采用由65 根直径为15.2 mm 的钢铰线组成的预应力锚杆加固，描杆钻孔直径为315 mm，单锚极限承载力达16250 山东科技大学研究生课程论文KN。澳大利亚悉尼通往Glebe
5、 岛的钢索斜拉桥，同样采用高承载力的预应力锚杆将基础与下卧的砂岩锚固起来，以承受较大的上举力。每根锚杆长4046 m,锚孔直径为310 mm，单锚极限承载力为16700kN,共用了 22 根预应力锚杆。(4)在研究与揭示锚杆的长期工作性能方面，近年来，国外给予了极大的关注，1997 年在英国召开的“地层锚杆与锚固结构”学术讨论会上，就有英国、德国、南非、澳大利亚、瑞士等国的11 篇论文讨论锚杆的长期性能。如德国的 Eder 坝采用 114根单锚设计承载力为4500 KN的锚杆加固时 ,曾对 10 根锚杆安设了测力计，还安设了玻璃纤维测量装置研究拉力沿锚固段长度的分布，锚杆安装后2a 测力计的显
6、示表明，锚杆荷载变化只与水温有关，而与水位变化无关。此外，还对全部锚杆进行了拉力抗拔试验。试验表明，使用26 个月后，平均锚杆力的损失为 63kN，约为锚杆锁定力的1.4%。所有这些锚杆长期性能的检测与监测资料，为评价锚杆的安全状态提供了有效的基础数据。英国普利茅斯德文波特皇家造船厂为修理核潜艇，需专门修建一个综合码头。稳定计算表明， 原有船坞墙的所有断面均需加固后才能排水。总共需安装331 根描杆 （包括干船坞墙体已安装的220 根锚杆）。为此对在海水环境工作22 a 的原干船坞锚杆的工作性能进行了测试。测试内容包括:(1)对 30%左右锚杆的锚头上下部进行腐蚀状况检查，并进行金相分析和环境
7、腐蚀性态的测定；(2)确定钢绞线剩余荷载的拉动试验(试验量占锚杆总量的30%)；（3）确定自由段长度的循环加载试验(试验数量占锚杆总量的3%)。根据对锚杆现存的承载力和腐蚀情况的测试结果，对锚杆的安全使用年限进行了科学评估。近十几年来， 我国岩土锚固新理论、新技术、 新方法不断涌现，已在边坡、 基坑、 隧道、地下洞室、 矿山、 坝体、 航道、 水库、 机场、 码头及抗倾、 杭浮结构等工程建设中广泛应用，成效显著。 随着我国大力兴建基础设施，特别是对水利、 交通、 能源及城市基础设施建设力度的加大，岩土锚固将展示出广阔的发展前景。2 岩土锚固研究与新进展2.1 应用领域与规模岩土锚固应用领域的迅
8、速拓展与应用规模的不断扩大，标志着我国岩土锚固的设计、施工水平已有了很大的提升。（1）在交通、 水利、水电及城市岩土边坡工程中，开挖高度大于30 米的高边坡的防护，采用预应力锚杆 （索） 和全长粘结型锚杆相结合的加固方式是最为普遍的。如三峡永久船闸边坡长1607m，高170m，处于风化程度不等的闪云斜长花岗岩中，共采用4000 余根长山东科技大学研究生课程论文2561m 的 3000KN（部分为 1000KN）的预应力锚杆（索）和100000 余根长 814m 的高强锚杆作系统加固与局部加固，保持了边坡的稳定，当船闸开挖至底部，高70 余米的直立边坡顶端位移为2043mm。(2)在隧道和地下洞
9、室工程中，锚喷支护已经成为保持围岩稳定的最常用最有效的方法。如小浪底、龙滩、彭水等水电站的大型洞室工程中，采用预应力锚杆(索 )、系统砂桨锚杆和配筋啧射混凝土(或钢纤维喷射混凝土)等相结合的围岩加固形式，保持了洞室的稳定。广西龙滩水电站主厂房最大开挖跨度为31.7 m，开挖高度为74.8m，厂区围岩由厚层砂岩、粉砂岩和泥板岩互层夹少量凝灰岩、硅泥质砂岩组成。顶拱采用长6.0 与 9.5 m 交错布置的张拉锚杆，侧墙采用 2000kN 的预应力锚索与长6.0, 8.0m 交错布置的锚杆， 洞室壁面用20 cm厚塑料纤维喷射混凝土或配筋喷射混凝土支护;洞室建成后，顶拱最大下沉量小于10mm ，侧壁
10、的位移小于40 mm。(3)在煤矿建设中，每年使用锚杆或锚杆与喷射混凝土支护的巷道约5000km。主要的锚杆型式为钻孔直径28mm 的以树脂或块硬水泥卷为锚回剂的钢筋锚杆。此外，单根钢绞线作杆体的预应力锚杆及缝管锚杆也占有一定比例。(4)在城市基坑工程中，预应力锚杆背拉桩墙的支护结构应用十分普遍。仅北京就有几百座深度在1S m以上的基坑采用桩墙)锚支护，如中国银行总行地下室面积为16000 ，深为 2225 m，采用 34 排极限抗拔力为1200 kN 的预应力锚杆背拉厚800mm 的地下连续墙(连续墙即地下室外墙)支护，保持了基坑的稳定，坑边的最大位移小于30mm。基坑东侧日后要修建地下商场
11、，不容许锚杆残留在地层内，还在国内首次成功地采用了可拆芯式锚杆技术。(5)在坝体工程中，将坝体与基岩紧固起来的预应力长锚杆(索 )。可在不中断工作条件下加固或加高坝体，因而经济效益十分突出。至今已有梅山、双牌、石泉、丰满、潘家口等十几座混凝土重力坝采用设计拉力值为2400 8000 kN 的预应力锚杆加固。其中石泉大坝为消除千年一遇的洪水在非溢流坝段坝踵出现的0.0290.413MPa 的拉应力，共采用长度为4275 m 的锚杆 30 根，其中 29 根设计拉力值为6 000 kN , 1 根为 8 000kN。1 a 后测得锚杆拉力损失小于3.5%，表明锚杆工作状态良好。(6)在地下室抗浮工
12、程中，北京、 大连、 厦门、 上海等地采用锚杆抗浮的实例日益增多。抗浮锚杆的型式多种多样。北京新保利大厦、 首都机场及第五广场等地下室先后采用压力分散型抗浮锚杆， 效果良好。这类锚杆的突出优点是能提高土层强度的利用率和锚杆的耐久性。处于饱和软土中的上海龙华污水处理厂沉淀池，共用1 028 根粘结型锚杆抗浮，经过十几年山东科技大学研究生课程论文的运营考验，水池结构稳定，满水位时沉降5 mm,放水时上升2 mm,该工程采用土锚抗浮与混凝土压载抗浮相比，节约造价50%,经济效益 +分显著。2.2 岩土锚固的力学效应研究岩土锚固的力学效应主要表现在两方面:一是加固岩土体自身；二是利用岩土体的抗剪强度传
13、递与承受结构物的拉力。对于加固岩土的力学效应，国内进行了多方面研究，取得了明显成效 : (1)在岩土锚固的模型试验方面，文中进行了锚杆加固模型试件的抗压、抗拉和循环加载试验，论证了锚杆加固对提高岩石强度和抑止扩容的显著作用。(2)在岩土锚固的数值计算方面，朱维申、李术才、盛谦、李宁及何满潮等采用不同的计算分析方法，揭示了锚杆(索 )对改善围岩应力状态，减少围岩塑性区、拉应力区以及控制围岩变形的明显效果。(3)在岩石承载拱效应试验方面，完成了锚杆加固拱的试验。该试验用34 块不规则的混凝土块模拟碎裂结构的岩石拱，模拟拱的断面尺寸为250 mm300 mm(长宽 )，净跨为2 000 mm， 矢高
14、为 500 mm， 它借助拱端的约束作用，具有较低的承载力,但当用 10 根直径 8 mm的灌桨锚杆加固后，块石拱的承载力提高了6.0 倍， 50 kN 荷载作用时，拱中挠度仅为未用锚杆加固的13.3%锚杆加固拱破坏前，首先在两根锚杆间裂隙面张开而出现掉落，随后，掉落处上方的混凝土块被逐步压碎，导致整体破坏。 破坏时没有发生锚杆被拔出或拉断、剪断现象， 而且锚杆仍与周围的混凝土块牢固连接。这些现象表明， 隧道锚杆与被它穿过的岩块锚固在一起， 提高了岩石的杭剪强度和整体性，并保持了锚杆间岩块的镶嵌和咬台效应，从而限制了岩块的松动与坠落，大大提高了岩石锚固后的承载拱效应。(4)在岩石锚固改善岩体性
15、态的研究工作方面，中冶集团建筑研究总院与长江科学院合作，结合三峡永久船闸高边坡预应力描固工程，采用多点位移计、声波、钻孔弹性模量等综合测试方法，研究了高承载力(3 000 kN)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。2.3 重复灌浆处理技术面对软土锚杆抗拔力低、蠕变变形大无法满足工程使用要求的突出难题，开发了软土锚杆的重复高压灌浆技术。该技术的关键是采用把锚杆的自由段与锚固段分离开来的密封袋和带环圈的注浆导管，在适当时机对锚杆锚固段第一次灌浆体实施高压劈裂灌浆。无纺布密封袋长1.52.0m，紧固在锚杆锚固段上端。在首次以低压向锚杆注浆时，同时也向密封袋内注浆，当灰浆挤压钻山东科
16、技大学研究生课程论文孔壁达一定强度后就把锚固段分开。注浆导管是一种直径较大的PVC管， 在其侧壁每隔1.0m就开有若干小孔，这些孔的外部用橡胶圈盖住，从而高压能使灰浆流入管外的钻孔内，但不能反向流动。注桨钢管上有两个密封圈能限定浆液穿越范围二注浆钢管通入注浆导管后，按需要依次向一个个开孔处注浆。可重复高压灌浆一般用3.5 4.0MPa 的压力破坏原来变硬的水泥浆体(适宜的水泥桨劈开强度约为5 Mpa)，使浆液向锚固段周边的土体渗透、挤压和扩散，从而可使软土锚杆 (索)的粘结强度与杭拔力提高1.0 倍左右。处于淤泥质土中的上海太平洋饭店基坑工程，钻孔直径 168 mm 的土层锚杆采用重复灌浆技术后，其极限抗拔力达8001000KN。根据上述原理，天津、武汉、厦门、上海等地的许多软土锚固工程，采用钻孔内预埋二次注浆管， 该管伸入锚固段的一端揩油若干小孔，并用胶布覆盖。 待第一次注浆体的强度达5Mpa 时即向预埋的注浆管进行高压灌浆，也获得较好效果，锚杆承载力约可提高0.6 倍以上。2.4 土钉与复合土钉加固土钉是当土体自上而下进行开挖时，及时系统地设置于
