预应力单孔复合压力分散型锚杆的明显优势

摘要 在单一钻孔中设置多根有独立锚固段、自由段且施加了预应力的压力分散型锚杆，它们彼此独立、共同作用，能避免应力集中，改善了杆体应力状态，提高了锚杆承载力。

关键词 预应力；单孔复合；压力分散；锚杆

中图分类号TU473 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2011）41-0056-02

0 引言

通过在地层中埋设锚杆，使其与地层紧密结合在一起，依赖杆体与周围地层的抗剪强度传递杆体的拉力或使地层自身得到加固，就是岩土锚固技术[1]。

1934年至20世纪70年代是岩土锚固技术快速发展的时期，在这一时期出现了预应力锚杆，使锚杆的作用发挥的淋漓尽致，涉及到了工程领域的各个方面，除了在传统的边坡工程、深基坑支护、地下工程领域以外锚固技术已经深入到结构抗浮工程、重力坝加固工程、桥梁工程及抗倾覆、抗震工程中。

通过将早期张拉的锚杆固定在结构物或刚性面板上对锚杆施加预应力，这就是预应力锚杆。预应力锚杆较非预应力锚杆有很大的优势：安装后能及时提供支护抗力，使岩土体处于三轴应力状态；控制地层与结构物变形的能力强；按一定密度布置锚杆，施加了预应力后能在地层内形成压缩区；施加预应力后能明显提高潜在滑动面和软弱结构面的抗剪强度；张拉工序能检验锚杆承载力，质量易保证。

1 单孔复合锚固体系

到了20世纪80年代单孔复合锚固技术，首先在英国、日本等发达国家得到应用[2]。有关专家通过对硬粘土中锚杆的实验得出了坚硬粘土中锚杆固定长度与结合有效因子fc的关系曲线，该曲线表明，当使用短的（2.5m~3.5m）固定长度时，综合有效因子为0.95~1.0几乎能完全发挥粘土的抗剪强度，随着固定长度的增加，有效因子fc快速降低，当固定长度增加到25m时，有效因子降至0.25,可见并不是锚固长度越大越好。

图1单根锚杆与复合粘结应力峰值对比

传统的岩土锚固方法不能将荷载均匀分布于固定长度上，会产生严重的应力集中现象。由于粘结应力分布的不均匀性，随着锚杆上荷载的增大，在荷载传至固定长度最远端之前，杆体与灌浆体或灌浆体与土层界面上就会发生粘结效应逐步弱化或脱开的现象。为了从根本上改变集中拉力型锚固方法的弊端，英国、日本等国家已先后开始研究单孔复合锚固方法DD在同一个钻孔中安装几个单元锚杆，而每个锚杆都有自己的杆体，自由长度和锚固长度，而且承受的荷载也是通过各自的张拉千斤顶施加的，并通过预先的位移补偿张拉（补充各单元锚杆在同等荷载作用下因自由段长度不等而引起的位移差），而使所有单元锚杆始终承受相同的荷载。

这种新型锚固体系，可将集中荷载分散为几个较小的荷载，作用于固定段的不同部位，使粘结应力峰值大大降低，因单元锚杆的固定长度很小，不会发生粘结效应逐步弱化，能使粘结应力均匀分布于整个固定长度上，最大限度地调用整个锚杆固定长度范围内的地层强度，锚杆长度可随固定长度的增长而成比例提高（见图1）。

在高港新机场建设中，采用单孔复合锚固创造了土锚承载力的新记录，位于砂和完全崩解的花岗岩地层中，锚杆钻孔内设置7个单元锚杆，单元锚杆的固定长度分别为3m和5m，总固定长度长30m，在3 000kN荷载作用下，未见异常变化。

2 拉力型锚杆与压力型锚杆[3]

拉力型与压力型锚杆的主要区别是在锚杆受荷载后其固定段内的灌浆体分别处于受拉或受压状态。拉力型锚杆的强度是依靠杆体与灌浆体之间的粘结应力产生的，由固定段与自由段交界处向底端传递，易产生应力集中，当此应力大于杆体与浆体间的握裹力时就会出现张拉裂缝，甚至是整体破坏，且杆体直接与浆体接触，防腐性能也比较差。压力型锚杆借助无粘性钢绞线或带套管钢筋使之与灌浆体隔开和特制的承载体将荷载直接传至底部的承载体由底端向固定段的顶端传递。这种锚杆受拉力时通过承载体传到浆体上的是压应力，所以浆体不易开裂，适用于永久性工程。

国外有研究资料表明：施加相同的荷载，拉力型锚杆固定段上的应变值要比压力型锚杆大。压力型锚杆由于受到灌浆体自身强度的限制，单个锚杆也不能提供很高的承载力。为了解决这个问题，出现了压力分散型锚杆―即在一个钻孔中设置多根杆体，它们有自己独立的锚固段、自由段，独立发挥作用，又不失为一个整体。由图3可见拉力型锚杆的轴力峰值远大于压力分散型锚杆，而在拉力型锚杆上更易出现应力集中现象。需要指出的是压力分散型锚杆施工工艺复杂且成本较高对于工程实际应用需要还需综合考虑。

3 结论

由以上的分析可见，预应力单孔复合压力分散型锚杆有以下优点：

1）可以提供较大承载力；澳大利亚已经出现了由65根直径15.2mm，的钢绞线组成单孔复合锚固体系，单孔极限承载力已经达到16 500kN；

2）由于施加了预应力，它可以变被动为主动，在岩土体还未发生位移之前就提前给其提供了一个主动的压力，发挥了岩土体自身的强度，有效控制了岩土体变形；

3）压力分散型锚杆有各自独立的锚固段、自由段，能将轴力均匀地分布在每个杆体上，不会出现某一个点应力特别集中的情况，能有效防止杆体与浆体之间由于剪应力大于握裹力而产生的裂缝和破坏；

4）由于有套管的保护，杆体不直接与浆体接触，防止了浆体对杆体的腐蚀，增长了锚杆的寿命，对于永久性工程更加实用。

参考文献

[1]程良奎，范景伦，韩军，许建平.岩土锚固[M].北京：中国建筑工业出版社，2003.

[2]中国岩土锚固工程协会.岩土锚固新技术[M].北京：人民交通出版社，1997.

[3]龚晓南,高有潮.深基坑工程设计施工手册[M].北京：中国建筑工业出版社，2004.