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1、当下岩土锚杆(索)发展现在状况综述,岩土工程论文自 1872 年首批锚杆在英国北威尔士 N.Wales 的一家板岩采石厂投入使用以来，以锚杆锚索为代表的岩土锚固技术，在 100 多年的岩土工程实践中已解决了难以计数的岩土工程问题，产生了无法估量的社会、经济效益，与此同时，岩土锚固技术本身也得到了持续发展和不断完善，保持着旺盛的生命力。 近 10 多年来，国际岩土锚固技术的发展更是方兴未艾，在锚固理论、设计计算方式方法、施工工艺、锚固检监测、标准化建设、新构造材料锚杆索等方面都获得了很多可喜的成就。华而不实，锚杆索的创新发展尤为突出，最能直接反映锚固技术获得的重大进步。国内外锚固工程界致力于对锚
2、杆索的开发，经过大量的科学研究和工程实践，已研制出了多种新型锚杆索。本文通过大量的文献研究和广泛的工程调研，从地下工程支护、城市基坑加固、腐蚀地质工程加固、软土地层工程加固、地下洞室抗爆及特殊地质灾祸治理方面对新型锚杆索的发展现在状况作综合阐述。在这里基础上，分析了当下岩土锚杆索发展中仍存在的一些主要问题，指出了今后需进一步开展的重点研究工作。 1 用于地下工程支护的新型锚杆索 我们国家着名防护工程专家钱七虎院士曾指出3: 21 世纪是地下空间的世纪。 当下，随着世界各国地下设施建设不断加强和采矿业的迅速发展，在地下工程建造中已越来越多地需要应对各种形式的危害如岩爆、大变形等，传统的全长黏结型
3、锚杆已难以适应复杂的荷载环境。为此，国内外工程技术人员对用于地下工程支护的锚杆索进行了改造和发展。 D 锚杆是挪威科技大学于 2018 年研制的一种用于地下工程支护的新型吸能锚杆1-3,可有效治理地下工程中的围岩挤胀变形、塌方、岩爆等灾祸见图 1。这种锚杆由光滑杆体及杆体上突出的锚定件组成，锚杆全长注浆。锚定件包括桨叶型和波纹型两种。当围岩变形时，锚定件固定在注浆体中，锚定件间的光滑杆体可自由变形，穿过围岩开裂面的杆体受荷均匀，显着低于全长黏结螺纹钢锚杆遭到的集中荷载。加拿大 JENNMAR 公司于2008年研制出用于地下工程支护的 Yield-Lok 锚杆4见图 2。这种锚杆主要利用镦粗的锚
4、头在聚合物包壳内的滑动进而产生委屈服从位移。 除上述 2 种典型锚杆外，国外用于地下工程支护的新型锚杆索还有澳大利亚科廷科技大学于2008 年研制的 Garford 锚杆5,奥地利 Atlas 公司于2007 年研制的 Roofex 锚杆6,瑞典皇家理工学院于2005 年研制的新型吸能锚杆7-8,南非 SRK 矿业咨询公司于2005 年研制的 Duracable 锚索9等。这些锚杆索大都构造和材料新颖，承载力高，可变形量大，具有良好的抗静动载性能。 近年来，国内也开发了几种新型锚杆索，比拟典型的有中国矿业大学于 2018 年开发的恒阻大变形锚杆，山东大学于 2018 年开发的高强预应力让压锚杆
5、以及煤炭科学研究总院于 2018 年开发的新型笼形锚索。恒阻大变形锚杆是专门针对大变形巷道和高应力巷道而研制的，是能够保持恒定阻力并靠机械滑动装置延伸的锚杆。高强预应力让压锚杆是通过位于垫板和螺母之间的金属让压套管压缩变形实现让压的锚杆，有效地避免了锚杆螺母处的应力集中见图 3。新型笼形锚索是对传统单束矿用锚索的改良。这种锚索在锚固段使钢绞线展开，构成了中空的 鸟笼 .鸟笼可保证锚索在孔中对中，并增加锚固面积，进而获得较大抗拔力。 2 用于城市基坑加固的新型锚杆索 近年来，随着土地市场化的发展，人们对地下空间的产权意识日益加强，锚杆索施工时超越 红线 的现象越来越遭到限制。另外，锚杆索在基坑加
6、固中的大量使用，也导致对城市地下环境造成的污染越来越严重。为此，国内外诸多科研院所和施工单位针对这种情况开展了多种可回收锚索的研制工作，并收到了良好的经济和社会效益。 国外对锚索施工超越 红线 问题关注比拟早，20 世纪 90 年代中期就已开发出了多种可回收式锚索10-12,比拟典型的有德国 DYWIDAG-Systems 公司研制开发的 DYWIDAG 回 收 式 锚 索，英 国 学 者Anthony D. Barley 等开发研制的 SBMA 回收式锚索，日本国土防灾株式会社开发的 JCE 回收式锚索以及日本 KTB 协会开发的 KTB 荷载分散型回收式锚索等。这些可回收式锚索从施工工艺上
7、大致可分为机械式回收、力学式回收和化学式回收 3 种。 在发达国家中，日本对可回收锚索的研究尤为重视，近年来一直在不断改良。日本飞岛建设公司于 2007 年开发出了 IH 可回收式锚索13-14见图4，是一种可设置成压力分散型的可回收式锚索。 这种锚索利用锚固段内设置的电磁线圈加热熔断锚索，进而实现对锚索的回收，其回收效率较高，只需对电磁线圈通电 80s 便可熔断钢绞线见图 5，回收时，只需人力便可将钢绞线拔出。与日本的很多传统可回收锚索相比，IH 可回收锚索具有设计灵敏钢绞线既可双数使用可以单数使用、成本低、易回收、钢绞线可重复使用等优点。 日本日特建设公司于 2008 年开发出了一种自行切
8、断式可回收锚索15见图 6，也是一种压力型锚索。这种锚索回收时，借助千斤顶的拉拔作用，利用内锚头的超硬切割装置，自行将锚索切断，进而实现对锚索的回收见图 7。这种锚索承载力比传统可回收锚索高约 20%;自行切断能力强，回收时需要施加的荷载较低；对于 25m 以上长度的锚索，其与日本很多传统回收锚索相比回收速度可提高 4 倍以上。 与国外一些发达国家相比，国内开展回收式锚杆索的研究起步相对晚些，但发展很快，已有多家科研院所和施工单位开展了有关可回收锚杆索的研制工作，并获得了多项研究成果23-27.总参工程兵科研三所曾于 2003 年研制出一种压力分散型的 U 形回收式锚索。北京力川地基工程公司于
9、 2007 年研制出直列无级调压式回收锚索见图8。深圳钜联锚杆技术有限公司于 2006 年开发出JL 可回收锚索见图 9，是一种后弹开扩大头回转型可回收锚索，克制了普通等直径 U 形锚索的一些缺点。广州泰基工程公司于 2018 年研制出 LTRA可回收锚索，是一种主副索式的可回收锚索。上海房睿建筑科技有限公司于 2020 年开发出一种新型的置入式可回收土钉。 3 用于腐蚀地质环境的新型锚杆索 在使用钢材作为拉杆的永久性锚固工程中，一个重要问题是钢拉杆的防腐。钢材本身的物理化学性质、地下水和地层的水化和电学性质以及地层的化学成分都对锚杆索腐蚀的构成和发展具有重要影响。当前，对处于腐蚀地质环境的永
10、久性锚固工程，要么使用轻质高强、耐腐蚀、低松弛的非金属锚杆索代替钢锚杆索，要么就是对钢锚杆索进行繁琐的防护处理。 在欧洲、北美、日本等发达国家与地区，20 世纪90 年代就开场试图用非金属锚杆 索 取代钢锚杆索，力求从根本上解决由钢筋或钢绞线腐蚀所引起的工程耐久性问题。这类非金属锚杆索大多为采用玻璃glass 纤维、芳纶aramid 纤维、碳carbon纤维以及一些特殊纤维材料加强的塑料筋杆索体16-21.意大利 SIREG. SPA 公司于 20 世纪 90 年代初研制出系列化的玻璃纤维锚索。美国Hughes Brothers 公司于 20 世纪 90 年代中期制作出玻璃纤维筋锚杆。日本 H
11、ighway Public 公司和Sumitomo Construction 公司于 20 世纪 90 年代中期开发出采用芳纶纤维加强的 Technora 筋锚杆。20世纪 90 年代中期，意大利 SIREG. SPA 公司研制出采用碳纤维加强的 CARBOPREE 筋锚杆见图 10。 日本的 Zenitaka-Gumi,Kajima 等公司于 20 世纪 90年代中期开发出 CFCC碳纤维绞线和 Leadline棒形碳纤维筋锚杆。英国学者 M J Turner 于20 世纪90 年代末研制出一种名为 Paraweb 聚酯织带的锚杆，这种锚杆由 1 根或多根 Paraweb 聚酯织带绕过钻孔底部而构成受拉杆件见图 11。 相对于国外来讲，国内对非金属锚杆索的研究起步较晚，研究机构主要集中在一些高等院校等部门。当前，国内也有一部分公司拥有自个的非金属锚杆产品，如深圳海川实业有限公司于 2006 年开发的路威 2006FRP 锚杆等。 国内为有效提高锚固工程的使用寿命，除开发非金属锚杆索外，还努力寻求开发具有防腐性能的金属锚杆索。四川准达岩土工程公司于 2006年研制了自由式单孔多锚头防腐型预应力锚索见图 12。这种锚索具有有效防腐、克制锚固段应力集中、有效减小孔径、全孔一次注浆、可进行二次补偿张拉等特点。