巖土錨固技術的發展與存在的問題

臧金龍

【摘要】巖土錨固是巖土工程中的一個重要構成部分。筆者試從目前國內外錨固技術的發展情況和其應用方向，敘述錨固技術發展過程中面臨中的種種問題，為巖土錨固技術未來的發展提供相關意見。

【關鍵詞】錨固技術；錨桿；研究；問題

1 引言

錨固技術是巖土工程建設中極其重要的一個技術，近年來隨著社會經濟高的發展，科學技術的進步，該技術也有了進一步的發展，其運用前景十分可觀。錨固技術能夠迅速發展的原因就在于它可以全面地實現巖土材料本身的功效，盡可能地發揮巖土介質的硬度，同時有效強化巖土體的承重和穩定作用，將結構物與巖土體二者牢牢地固定在一塊，從而保證了巖土工程的質量和施工者安全。自上世紀20年代第一次使用鋼筋加固巖層以后，該技術就呈現快速發展之態勢，尤其是上世紀802年代以來，在計算機誕生以后，運用計算機進行模擬計算，有效地促進了巖體錨桿加固機理的相關探究。不過因為巖土介質自身額特點，其復雜多樣性造成目前研究還面臨種種不足，其設計理論、計算方法還有待改進。所以實際上其理論研究已經更不上工程實踐的腳步了。

2 巖土錨固技術的研究現狀及其應用方向

2.1 國外錨固技術的發展情況

從18世紀90年代，在北威爾士的煤礦中，率先使用了鋼筋來加固巖層開始，到上世紀80年代為止，隨著技術的革新，使得錨桿的承載力最大達到了16500KN，再到近些年來，國外的巖土錨固技術各方面都有了長遠的進步。

當前學界和工程業中對于巖土錨固技術理論相關研究可分成兩個部分：一是將錨固體當成研究對象，探討錨固體和巖土體的力的相互作用；其次是將巖土體當作研究對象，探討錨固體對加固體所起的的力學效果。國外學者長期以來都專注于對錨桿試驗的探究，概述如下：

魯特鄒和賈居里在1967年時進行了關于鋼筋在混凝土中的滑移性質的相關探討[1]。

法瑪爾在他的1975年論文中著重研究了臘八荷載作用下錨桿的粘結力，他通過相關試驗的探究得出結論，認為粘結力從荷載作用點到錨桿里端是按照指數形式不斷減少的，從而為近代的錨桿的受力特性研究確立了學術技術。

司邦等人在1990年發表的論文中，展示了他根據相關試驗結果，得出額結果是，錨桿傾角與其所加固節理面的抗剪強度有關。

籍里柯等人在2002年發表的論文中對全長粘結式錨桿的錨固力受錨桿長度、直徑等其他因素的影響關系實施了相關試驗，得到的結論是改變以上相關因素的數值的確會加大錨固力，但存在一個峰值，也就是不能大于錨桿材料自身的抗拉強度[2]。

2.2 我國巖土錨固技術的情況

因為民國政府的腐敗，我國直到1949年新中國成立后才開始運用巖石錨桿技術，那是主要應用的方向是礦山支護。到了60年代開始，才進一步發展該項技術，開始使用普通砂漿錨桿和噴射混凝土支護。同一時期，在梅山水庫中的加固工程里還使用了預應力錨索。到了70年代開始，技術的進步已經使施工隊能夠在深基坑的支護工程里使用土層錨桿，作用是維護基坑工程的穩定性。隨著社會經濟的發展以及科學水平的提高，到了1996年時，在全國大中小煤礦中，錨桿支護的使用率占到總體的百分之30左右。進入新世紀以來，國內的巖土錨固工程規模擴大的很快，相應額技術發展也得到了提高，預應力錨索的荷載力足夠達到3000KN，從而實現工程的系統加固以及局部加固。

2.3 巖土錨固技術的應用方向

巖土錨固在幾十年來的發展以后，該項技術已經能夠熟練地應用于巖土工程的各個方向，主要表現在下列主要工程：

一是邊坡穩定工程。像是高山巖石或者是巖土加固、擋土墻加固、斜邊穩定等工程。

二是隧道以及地下的支護工程。像是鐵路、公路、地下管道以及隧道加固等工程。

三是深基坑的支護工程。像是基坑開挖時的護壁工程、地下室的護壁工程等。

四是阻止傾覆的結構工程。像是避免高塔以及高架橋的倒塌等工程。

此外錨固技術還運用在像是加壓裝置、沖擊區的抵抗浮力和防護等工程[3]。

3 錨固技術當前研究中面臨的問題

根據前人學者的研究我們可以得知：首先對錨固結構的荷載力其作用的方面有錨桿形態、錨桿直徑、錨桿長度以及錨桿桿體強度以及巖石強度等。其次錨桿的剪應力是從隨著錨桿的長度不均勻的分布在上面，該力是垂直縱向數值先加大后變小，最后直到零單峰形式。第三錨桿對于含有裂縫的巖體加固作用明顯，在錨固角數值變大后，其彈性模量與抗拉強度先上升接著下降[4]。

從錨固技術的誕生直到現在，國內外關于這項技術已經有了許多的相關著作和論文研究，不過其中大多數的研究都是從錨固結構的靜力分析這個角度出發，目前來看，還沒有研究對邊坡錨固結構的地震動力作用機制進行探討。不過還是有些許學者注意到了錨桿在爆破方面的相關應用，并做了論文研究，例如單仁亮在2011年發表的論文中，通過實驗表明，爆炸會造成錨桿大約五秒的震動，之后錨桿存在變形，這是關于錨桿在短時間、單項作用方面的相關探討。筆者在對各大數據庫進行搜索后，暫時沒有找到有相關文章對錨固結構在地震動力相互作用機制進行研究，所以可以推斷目前關于這個問題，還屬于理論研究的學術空白部分。

4 關于目前錨固技術發展的意見

我國屬于山區地震頻發的國家，因為地緣廣闊，地形多變，所以許多的道路、水利工程都得被迫建立在山區，將出現許多關于高烈度地區的高坡邊坡的工程，因此為了確保這些工程的順利完工，提高工程質量，保證施工人員的安全，學界對于錨固結構在地震等動力方面的研究應該投入更多的精力，從而為中國甚至是世界上的高陡邊坡加固工程提供相關的設計理論和技術革新，從而促進當地經濟的發展，降低地震對于人類的危害。

【參考文獻】

[1]周健茹；陳亞楠；李林子；郭方方.巖土錨固工程技術的發展和存在的問題[J].現代裝飾（電子版），2011（08）：47.

[2] 馮小平；陳蘭萍；潘建紅.現階段巖土錨固工程技術的發展與常見問題探討[J].經營管理者，2011：142.

[3] 張海珠；崔雪；趙媛.我國巖土預應力錨索加固技術的發展與存在的問題[J].江西建材（電子版），2013（19）：256.

[4] 李愛華，黃迎.加錨結構面剪切特性及錨固巖體綜合力學模型研究[J].科技信息，2011（27）：332.