岩土锚固技术研究现状及发展趋势综述

王波

摘 要 通过岩土锚固技术的历史发展，从锚杆荷载传递机理和岩土锚固作用机理论述岩土锚固技术的理论研究现状；从标准化建设、设计、锚材和施工工艺等方面，论述了岩土锚固技术的应用现状；从理论研究和工程应用指出了目前岩土锚固技术存在的问题；最后介绍了岩土锚固技术的发展趋势。

关键词 岩土工程 锚固技术 研究现状 发展趋势

中图分类号：TU472 文献标识码：A

0引言

岩土锚固是通过埋设在地层中的锚杆（索）（以下统称锚杆），将结构物与地层紧紧地联锁在一起，依赖锚杆与周围地层的抗剪强度传递结构物的拉力或使地层自身得到加固，从而增强被加固岩土体的强度，以保持结构物和岩土体的稳定性。由于影响岩土锚固效果因素众多，为了充分发挥岩土锚固技术在工程加固方面的应用，需要深入研究锚杆的荷载传递机理及岩土锚固作用机理，掌握岩土锚固技术应用现状、存在的问题和发展趋势。

1研究现状

1.1锚杆荷载传递机理研究

随着岩土锚固技术的应用，逐渐形成了对岩土锚固技术本质的认识和研究，充分利用具有较大刚度和强度的材料来加强软弱破碎的岩土体，同时发挥岩土体的自稳能力，达到稳定工程结构物的目的。当锚杆和浆体发生一定的相对位移后，两者界面部位发生破坏，这时锚索和灌浆体之间的摩擦阻力发挥主要作用，且摩擦阻力随灌浆体的剪胀而增加，增大锚杆表面的粗糙度则能够提高摩擦阻力。

1.2岩土锚固作用机理研究

从概念上讲，岩土锚固作用机理研究经历了三个阶段：

（1）建立在结构工程概念之上的岩土锚固作用机理，基于“荷载-结构”模式，把岩土体中可能破坏部分的重量及其他外力作为荷载由支护承担，包括锚杆支护的悬吊理论、组合梁理论、承载拱理论等；

（2）建立在岩土工程概念之上的岩土锚固作用机理，强调充分发挥围岩土体的自身强度及自稳能力，使锚杆支护由支撑概念转变为加固概念，由被动承载改变为主动加固；

（3）建立在地质工程概念之上的岩土锚固作用机理，不仅充分考虑了岩土体自稳能力，还考虑环境因素与工程的相互作用。

2应用现状

2.1标准化建设

为使岩土锚固技术的设计、施工等符合经济合理、技术先进、安全可靠的原则，我国相继颁发了《土层锚杆设计施工规范》（CECS22：90）、《锚杆喷射混凝土支护技术规范》（GB50086-2001）、《岩土锚杆（索）技术规程》（CECS22：2005）等，反映了我国锚固领域的新成果与新水平。

2.2设计方法

针对不同的工程类型，岩土锚固技术的设计分析理论和方法也存在较大差异。

（1）地下工程的锚固设计方法主要有三种：①分析法，包括弹塑性分析和极限分析两种类型；②经验法，包括基于工程类比的经验设计法和基于专家经验的锚固设计法；③新奥法，以工程经验为基础，以现场监测为反馈信息进行隧道支护和施工指导。

（2）岩土边坡的锚固设计方法主要包括三个步骤：①确定潜在滑移体的位置、大小，进行滑动力的识别与计算；②对加固滑移体的锚固力进行计算；③对锚固参数与施工工艺进行优化设计。

（3）基坑工程锚固设计程序涉及到四个环节：①非支护条件下边壁稳定性计算；②确定相应的喷、锚、网支护参数；③支护条件下边壁稳定性校核。

2.3施工工艺

锚固工程的施工主要包括锚孔钻造、锚盘制安、锚孔灌浆、钢筋制安、混凝土浇灌、锚筋张拉锁定和封锚等关键工作流程。

3存在问题

（1）岩土锚固理论研究主要存在问题：①理论研究滞后于工程应用；②设计中缺乏对锚固段受力机理的微观分析，以及对整体加固安全度、荷载安全度、材料强度安全度等的分项系数表达；③锚杆加固机理尚缺乏行之有效的计算方法；

（2）岩土锚固技术工程应用主要存在问题：①锚固体存在预应力损失及受力不均匀问题；②锚固体系的耐久性、安全性检测及评价方法亟待完善；③专门性的锚固体系防腐研究工作开展较少；④地下水问题有待于进一步解决。

4发展趋势

4.1技术理论

岩土锚固技术的理论研究：

（1）锚杆荷载传递机理的研究应考虑粘结应力非均匀分布的事实，提出切合实际的单锚承载力的计算方法；

（2）根据半理论半经验的设计原则，提出虑及群锚效应的系统锚杆支护的实用计算方法；提出虑及群锚效应的系统锚杆支护计算方法；

（3）进一步加强锚固机理研究，包括锚杆预应力对岩土体应力重分布及岩土体力学性能的影响，锚固体对岩土体物理力学性质的影响和锚杆与岩土体之间的相互作用；

4.2工程应用

岩土锚固技术的工程应用研究：

（1）高承载力锚杆的研发、生产及应用；

（2）应用于复杂地层的轻型、高效、快速及多功能钻机及测试设备的研发；

（3）开发锚杆新品种和新工艺，加强锚杆及其配套设备的工厂化生产。

5结语

岩土锚固技术自上世纪以来，取得了长足进步。在科技创新的今天，其技术还不能满足工程实践的要求。因此，应在国内外已有成果的基础上，大力推进理论研究和工程应用的发展和创新。

参考文献

[1] 程良奎.岩土锚固[M].北京：中国建筑工业出版社，2003.

[2] 徐祯祥.岩土锚固工程技术发展的回顾[A].岩土锚固技术与西部开发[C].北京：人民交通出版社，2002：1-18.

[3] 张乐文，汪稔.岩土锚固理论研究之现状[J].岩土力学，2002（23）：627-631.