压力分散型锚索锚固机理及工程应用研究综述

压力分散型锚索锚固机理及工程应用研究综述

张炜熠

山东建筑大学山东济南250101

摘要：压力分散型锚索在岩土工程加固中可以充分地发挥岩土自承潜力，减轻支护结构的荷载，节约工程投资，对于承载力低的土体永久性加固具有不可替代的作用。本文在已有研究工作的基础上，对压力分散型锚索的锚固性能，受力机理以及在工程中的应用进行了分析和总结。

关键词：压力分散型锚索；应力分布；锚固机理

引言

压力分散型锚索是在一个钻孔中安装若干个锚索单元，每个单元都有自己的杆体和锚固段，在张拉时分别承受相同的工作荷载：锚索总的锚固力由分散布置于钻孔不同深度处的这些单元锚索的锚固段来共同承担，并利用各单元的承载体将无粘结锚索的拉力转化为对锚固段注浆体的压力，从而将锚索总的锚固力以压力形式分散作用于不同深度的岩土体上[1，2]。压力分散型锚索自研究开发成功以来，己经逐渐被应用于水利、交通等各个领域中，对软岩和承载力较低的土体的永久性加固起到了巨大的作用。但其理论研究还落后于工程实践，设计计算方法还不成熟，因此深入研究其作用机理和合理的设计方法来指导锚索的合理化施工，对提高我国岩土工程的预应力锚固理论及实际应用技术有十分重要的意义。

我国学者对于压力分散型锚索做了大量研究：在理论研究方面：吴学兵，靖洪文[3]运用弹性理论分析方法，求解出压力分散型锚索锚固段剪应力沿轴向分布曲线，并与压力型锚索对比，得出压力分散型锚索应力分布特点。在试验研究方面：许有飞[4]目结合实际工程现场试验和数值模拟，分别研究了压力型和压力分散型锚索地面位移与应力、锚固段注浆体应力与应变，以及锚固段注浆体与围岩之间接触面的剪应力分布规律。

1压力分散型锚索的结构特点与作用机理

1.1压力分散型锚索的结构特点

压力分散型锚索采用无粘结钢绞线，钢绞线固定在承载体上。由于钢绞线是无粘结的，预应力张拉时拉力通过钢绞线内端的承载钢质圆盘把拉力转变成压力作用在水泥芯柱上，依靠水泥芯柱与锚索孔壁的粘结力实现对边坡体外部松动岩土体的锚固。为了充分利用孔壁的粘结力，采用几个圆盘来分散锚索张拉力。

压力分散型锚索是一种新型锚索，一般来说，压力分散型锚索主要由锚头、无粘结预应力钢绞线、承载体和锚固段注浆体等组成，根据需加固岩土体的实际条件，在锚固段内按一定间距安装数个承载体，其中各承载体连同与之相对应的钢绞线和锚固段注浆体组成一个相对独立的锚索单元，不同的锚索单元有着各自的索体、锚固段和自由段。

1.2压力分散型锚索的作用机理分析

压力分散型锚索由几个不同长度的无粘结钢绞线组成的若干锚固单元组成，在其锚固段内分散设置多个承压板，每个承压板上用P型锚索对称固定2至4根无粘结钢绞线，锚索一次全孔注浆。由于钢绞线是无粘结的，外锚头在受力张拉时，借助按一定间距分布的承压板，将较大的总拉力通过P型锚转化为几个作用于承压板上的压应力，从而使注浆体受压变形，最终使孔壁周围的岩体受剪。压力分散型锚索的内锚固段被承压板割分成几个锚固单元，分散了整个内锚固段的承载力，使注浆体与围岩孔壁间剪应力均匀的分散到各锚固单元内，与拉力型锚索比较，较大的避免了孔壁间剪应力的应力集中现象，因此，在具有相同有效锚固长度的条件下，压力分散型比普通拉力型锚索可提供更大锚固力。

2压力分散型锚索工程应用

2.1压力分散型锚索的设计步骤

在实际工程中，锚索的设计需遵循安全、适用、经济、合理的原则，普通预应力锚索的设计一般包括计算外荷载、确定锚索的布置和安设角度、确定锚索锚固体尺寸、自由段长度及钢绞线截面积、稳定性验算以及锚头设计等主要步骤。

压力分散型锚索杆体设计的具体步骤有：

（1）按工程需要确定设计安全系数；

（2）确定锚索孔径；

（3）由各道锚索设计承载力确定其锚固段总长度；

（4）计算各道锚索所需钢绞线总截面积；

（5）结合孔径及所需钢绞线根数设计承载体；

（6）计算锚固段注浆体局部承压能力；

（7）由注浆体局部承压能力确定承载体的数目；

（8）由锚固段长度及承载体数目确定承载体的间距。

2.2压力分散型锚索的设计要点

（1）锚固体直径：根据国内钻机的配备情况，锚固体直径可选133mm，154mm和168mm等[5]；

（2）注浆体强度：注浆体强度对锚索承载能力影响较大，应尽量提高注浆体的强度等级，不宜低于M30；

（3）单元锚索极限承载力：取锚固段注浆体局部承压能力和锚固体与孔壁岩土体界面粘结强度两者之间的较小值，一般先由锚固段注浆体局部承压能力确定，粘结强度由合理的承载体间距保证；

（4）单根锚索承载体的数目：按设计要求的锚索极限承载力与单个承载体所能提供的极限承载力之比确定承载体的个数，对于土层锚索单根锚索承载体一般不超过4个；

（5）承载体的间距：承载体的间距应使各承载体受力均等且所受的拉力与其锚固段孔壁岩土体界面粘结应力相平衡，理想的间距应使各承载区段都有粘结应力，在整个锚固段长度上粘结应力分布较均匀。

3结语

本文主要对压力分散型锚索的锚固性能和受力机理进行了分析和总结，提出了压力型岩锚的优化设计方法。压力分散型锚索具有较传统拉力型锚索更为合理的锚固机理，可以实现在复杂软弱底层中锚索的高承载力及耐久性要求，在边坡支护工程中的应用前景将是十分广阔的，而现阶段的理论研究还远远满足不了工程实践的迫切需求，为了实现安全可靠，经济合理的工程目标，急需对其展开更加广泛和深入的研究。

参考文献

[1]盛宏光.压力分散型锚索锚固性能与设计方法研究[D].成都理工大学硕士学位论文，2003.

[2]程良奎.岩土锚固的现状与发展[J].土木工程学报，2001，34（3）：7.

[3]吴学兵，靖洪文.压力分散型锚索剪应力分布规律的研究[J].山西建筑，2006，32（6）：82-83.

[4]许有飞.压力（分散）型锚索锚固机理及工程应用研究田[D].四川大学硕士学位论文，2005.

[5]薛亚东，黄宏伟.锚索锚固力影响因素的试验分析研究[J].岩土力学，2006，27（9）1523-1526.