錨桿支護的現狀與發(fā)展趨勢

     錨桿支護是一種安全、經濟的支護方式，它是以錨桿為主體的支護結構的總稱，包括錨桿、錨噴、錨噴網等支護形式。其技術就是在土層中斜向成孔，埋入錨桿后灌注水泥（或水泥砂漿），依賴錨固體與土之間的摩擦力，拉桿與錨固體的握裹力以及拉桿強度共同作用來承受作用于支護結構上的荷載。自1872年英國在北威爾士露天頁巖礦中首次使用錨桿支護，到現在為止，錨桿技術的使用已有一百多年的歷史。我國于20世紀50年代開始試用錨桿支護技術，至70年代前期還處于探索階段，直至1978年才開始重點推廣，至80年代向英國學習錨桿支護技術后推廣到煤巷支護，90年代又向澳大利亞學習和引進成套先進的錨桿支護技術，目前已得到較廣泛的推廣和應用。在一些礦區(qū)的錨桿支護巷道比例達到90%以上，有些礦井甚至達到了100%，取得了較好的技術與經濟效益。錨桿支護以其結構簡單，施工方便、成本低和對工程適應性強等特點，在建筑工程（包括采礦工程）中得到了廣泛應用。
　　1錨桿支護的現狀
　　1.1應用領域和規(guī)模不斷擴大
　　錨桿支護技術除在地下工程、邊坡工程、結構抗浮工程、深基坑工程中繼續(xù)保持著良好的發(fā)展態(tài)勢外，在重力壩加固工程、橋梁工程以及抗傾覆、抗地震工程中也有了長足的進展。我國錨桿的發(fā)展速度也是特別引人注目的。自1993年至1999年，據初步統(tǒng)計，僅邊坡工程與深基坑工程，錨桿的年用量約為3000~3500km。
　　1.2高承載力錨桿的應用穩(wěn)步增長
　　近十年來，用于加固重力壩的錨桿的極限承載力、長度和錨固力的集中度均有穩(wěn)步增長的趨勢。國內石泉、李家峽等電站的混凝土重力壩相繼采用承載力設計值為6000～10000kN的預應力錨桿加固。石泉電站混凝土壩高65m，全長353m，建于1973年，為提高壩體的安全度，于1989年采用29根6000kN和1根8000kN的預應力錨桿。其中，設計承載力為8000kN的預應力錨桿長68.5m，預應力筋由43根直徑15.2的鋼絞線組成，鉆孔直徑300mm。李家峽電站在大壩加固中應用了承載力設計值為10000kN的預應力錨桿。我國高承載力錨固體系的設計和施工開始進入世界先進行列。
　　近十多年來國外混凝土重力壩采用高承載力預應力錨桿加固技術發(fā)展最快的國家是澳大利亞。在澳大利亞，自1980年以來采用極限承載力超過9000kN的錨桿加固、加高的大壩就有8座。有史以來最長、錨固力最集中的錨桿是澳大利亞堪培拉附近的巴林賈克壩安裝的錨桿。巴林賈克壩壩高75m，在1991～1994年間共安裝了209根，大壩主墻加高了13m，采用161根錨桿加固，所有錨桿的極限承載力均為16250kN，最大長度130m。
　　1.3各具特色的新型錨桿競相出現
　　為了改善錨桿在軟弱的塑性變形明顯的巖土體中的適應性，包括我國在內的許多國家都先后開發(fā)了能全長摩擦錨固的鋼管錨桿。這類錨桿安裝迅速，能及時向圍巖作用三向支護抗力，當圍巖產生剪切位移，承受爆破沖擊作用時，錨桿將折曲，從而能進一步錨固巖層，因而特別適用于礦山軟巖工程。
　　為了解決在松軟破碎底層中成孔困難、鉆桿拔出隨即塌孔、無法安裝錨桿的難題，近年來，自鉆式錨桿在我國有很大發(fā)展。這種錨桿是由中空的鋼質管材構成桿體，桿體全長為國際標準波形螺紋，借助連接器可將錨桿加長到設計長度。這種錨桿的最大特點是錨桿桿體與鉆進的鉆桿及注漿時的注漿管合為一體，能有效地保證質量。
　　在城市基坑錨固工程中，我國冶金部建筑研究總院程良奎、周彥清、王憲章等還成功地研究開發(fā)了可拆芯式錨固技術，即當錨桿使用功能完成后可以拆除，根除了對周邊地層開發(fā)的障礙。
　　為了提高土中錨桿的承載力，瑞士和日本開發(fā)了帶端頭膨脹體的端頭錨桿。據稱這種錨桿膨脹體的直徑可達0.8m，它改變了摩擦作用的傳力機制，大大縮短了固定段長度，具有多方面的優(yōu)點。
　　1.4軟土錨固取得重大突破
　　軟土主要由細粒土組成，一般具有松軟、含水率高、孔隙比大、壓縮性高和強度低的特點，主要分布在我國沿海一帶。自上世紀90年代以來，沿海地區(qū)高層建筑蓬勃興起，并要求快速、經濟地建造一大批深基坑工程，它為軟土錨固的發(fā)展提供了機遇。
　　我國的軟土錨固技術與世界先進水平相比是毫不遜色的。其主要成果表現在：
　　（1）采用可重復灌漿技術，大幅度提高了軟土中錨桿的承載力。
　　（2）基本上掌握了軟土中錨桿的蠕變變形和預應力值變化的規(guī)律。
　?。?）在實踐中，找到了控制軟土基坑周邊位移的若干有效方法。
　　1.5單孔復合錨固改善了錨桿的傳力機制
　　傳統(tǒng)的錨固方法，即拉力型錨桿在其受荷時，不能將荷載均勻地分布于固定長度上，會產生嚴重的應力集中現象。為了從根本上改變拉力型錨固方法的弊端，英國、日本、中國等國家已先后研究應用了單孔復合錨固方法。該方法是在同一個鉆孔中安裝幾個單元錨桿，而每個單元錨桿有自己的桿體、自由長度和固定長度，而且承受的荷載也是通過各自的張拉千斤頂施加的，并通過預先的位移補償張拉，而使所有單元錨桿始終承受相同的荷載。
　　我國冶金部建筑研究總院于1997年研究開發(fā)的單孔復合錨固體系是一種壓力分散型錨桿。迄今為止，這種新型錨桿已在北京、廣州、深圳等地的巖土邊坡、建筑基坑和地下室抗浮等各類工程中獲得日益廣泛的應用。
　　1.6標準化建設日趨完善
　　20世紀70年代以后，由于錨桿的迅速發(fā)展和廣泛應用，前德國、奧地利、瑞士、英國、美國、中國香港、國際預應力混凝土協(xié)會、澳大利亞、日本等許多國家、地區(qū)或機構先后制定了錨桿規(guī)范與推薦性標準，從而使錨桿的應用沿著經濟合理、技術先進、安全可靠的軌道發(fā)展。中國于1986年頒發(fā)了國家標準《錨桿噴射混凝土支護技術規(guī)范》（GBJ86-85），1990年頒發(fā)了《土層錨桿設計施工規(guī)范》（CECS22:90），2001年，修訂后的《錨桿噴射混凝土支護技術規(guī)范》（GB50086-2001）已經出臺。此外，水利、電力、建筑、軍工等部門還相應制定了巖土錨桿的行業(yè)標準，如《水工預應力錨固設計規(guī)范》（SL212-98）、《國防工程噴錨支護技術暫行規(guī)定》（CJB317-87）。錨桿支護標準化建設的逐步完善，對我國錨桿應用的健康發(fā)展發(fā)揮了重要作用。