新型锚杆研究进展及适用性

新型锚杆研究进展及适用性

张文挺

广东博意建筑设计院有限公司，广东佛山， 528318

摘要：本文通过查阅现有文献和资料，从结构、材料等方面对新型锚杆研究进展进行深入分析，并对比传统锚杆，阐述新型锚杆的锚固特点，以及在不同工程地质条件下的适用性，希望能够为专业人员进一步研究提供参考和借鉴。

关键词：新型锚杆；研究进展；适用性；功能梯度材料

引言：

将锚杆设置在岩土体中，能够有效改善岩土体力学性能和应力状态，有利于提高岩土体整体稳定性，降低其变形程度。近年来，随着科学技术不断进步，越来越多新型锚杆应运而生，并且理论研究和实际应用也取得了一定进步。现如今，锚杆已经被广泛应用到隧洞，基坑，边坡加固等复杂岩土工程施工中，其便捷性和低廉性受到行业人员高度青睐。由此可见，对新型锚杆研究进展进行分析，同时探索其适用性，无论对提高我国岩土工程建设水平，还是扩大锚杆技术推广范围而言，都有一定现实意义。

1. 新型复合锚杆研究进展

（一）新型复合锚杆结构

中国建筑科学研究院在2015年成功研发了新型复合锚杆，之所以将其称为“复合锚杆”，是因为这种锚杆的钢绞线外面不但有混凝土层，还有一根钢管套在钢绞线外面。结合这种锚杆由外到内的构造进行分析，依次为混凝土杆身，钢管骨架、注浆体以及钢绞线杆筋。相对于传统锚杆而言，新型复合锚杆中的钢管既是锚杆施工的骨架，又是杆筋的防腐保护套，钢管内为水泥注浆体和钢绞线。当前，新型复合锚杆被广泛应用到各类工程中^[1]，例如，北京大学教学科研楼就引用了新型复合锚杆锚杆，锚杆长度为13m，抗拔承载力特征值为380KN。

2. 新型复合锚杆锚固方式

复合锚杆按照钢绞线在杆体内不同位置的锚固分为三种：

1.全杆长自由段复合锚杆

这种锚杆需要将承压板设置在受力筋体的末端，杆身与其他位置不产生任何摩擦力。另外，杆身全段受压应力，不会产生裂缝。所以这种复合锚杆特别适合于防腐蚀要求较高的工程中。

2.半杆长自由段复合锚杆

这种锚杆的钢绞线只在下半段与杆身接触，而上半段的钢绞线外包润滑油脂层和塑料保护套，下半段混凝土杆身存在拉应力，上半段杆身为压应力。^[2]

3. 全杆长粘结复合锚杆

这种锚杆的钢绞线裸露，直接与注浆体粘结在一起，其受力与普通拉力型抗拔锚杆相类似，全杆长混凝土受拉。

（三）新型复合锚杆的材料

新时期背景下，为了进一步扩大锚杆在不同地质条件下的适用范围，同时降低成本支出，市场中涌现出了多种材料的新型杆体，这也使得锚杆材料不再局限于以往的钢筋、铸铁、竹木等材料，而是在此基础上广泛应用了功能梯度材料、高弹性材料等新型材料。例如：南竹加筋复合锚杆。这种锚杆当前被广泛应用到土遗址保护加固工程中。锚杆结构从内到外依次为钢绞线、内粘结剂、南竹、铁丝箍、玻璃丝。在制作过程中。需要在竹子的内腔设置相应尺寸的钢筋，并将内粘结剂填充到竹子和钢筋之间，而后在南竹外绑扎一圈铁丝，并将玻璃丝包裹在最外层。锚固方法主要采用全长注浆方式，与传统锚杆相比，南竹加筋复合锚杆协调能力更强，承载能力更高，并且可以有效扩大锚固直径，提高抗腐蚀能力，这也充分满足了土遗址保护加固工程需求^[3]。再如：功能梯度材料MFRP锚杆。众所周知，传统岩土工程中使用的金属锚杆具有抗腐蚀能力差、强度较低等弊端。因此，在研究新型复合锚杆过程中，相关人员从提高化学性能、增强稳定性等方面入手，研发出了多种新型非金属材料，切实解决了锚杆锈蚀问题。有相关专家曾对纤维增强塑料进行研究，研究结果表明，由于这种材料主要由玻璃纤维、钢纤维以及碳纤维组成，所以结构在应力表现方面突出了伪延性，简单来说，就是这种材料延展性相对较差。为了切实解决这一问题，我国相关专家提出了一种新型锚杆，即MFRP锚杆。这种锚杆的杆体使用了高延展性金属材料，内部填充了功能梯度材料和抗腐蚀性较高的纤维增强塑料，有效克服了影响金属锚杆与纤维增强塑料使用中存在的不足之处^[4]。

2. 新型锚杆的适应性研究

新形势下，我国城市化发展进程不断深入，地下空间开发程度随之提升，同时海洋工程也进入蓬勃发展模式，这也使得岩土锚固面临的地质环境越来越复杂。研究新型锚杆主要目的是更好的适应各种复杂地质条件。众所周知，不同类型的锚杆材料、性能，以及锚固机理不尽相同，适用的地质条件也存在差异。具体可以从以下方面分析：

1. 从锚固机理方面分析适用性

将高弹性材料柔性注压锚杆应用到岩土工程中，需要由杆体向四周岩土施加径向压力，从而产生摩擦力，达到锚固效果。结合研究经验总结来看，在确保杆体材料达到一定强度的基础上，岩土体的抗剪强度会对锚固效果产生较大影响，所以这种锚杆可以被广泛应用到土体密实、岩体坚韧的岩土工程中。在实际应用中，可以利用橡胶材料代替钢筋，如此可以最大程度降低施工成本。考虑到锚杆使用寿命，需要控制好锚固力，通常在90KN左右。现阶段，高弹性材料柔性注压锚杆，被广泛应用到掩体硬度适中的矿山井巷工程中或土体密实的隧道工程中。

传统锚杆在结构加固完毕后，如果受到较大的冲击作用，会导致锚杆出现质量问题，例如受爆炸、地震等强烈冲击，容易产生断裂等现象。而新型复合锚杆能够通过设置在锚固段的让压装置实现卸压目标。这也可以有效提高锚固效果。当前，让压锚杆被广泛应用到存在一定程度变形的岩土工程中，或者有明显流变特征的矿山巷道工程中。但在隧道工程中的应用相对较少，需要相关专家和学者进一步研究并改进。

2. 从材料性能方面分析适用性

当前我国土遗址保护加固工程越来越多，这种工程队锚杆的强度要求相对较大，需要锚杆强度略大于土的强度，但是不能超过太多，否则会造成新的破坏，另外。锚杆变形程度要小，同时要具备较高的防腐性能，很显然，刚性材料并不满足以上要求。而使用南竹加筋复合锚杆可以很好的解决以上问题，达到良好的防腐蚀效果。另外，新型复合锚杆应变协调能力较高，可以在一定程度上扩大锚固直径，并且节能环保、耐久性较好，可以广泛应用交河故城、居延遗址等岩土工程中^[5]。但是不适合应用到岩体加固中，需要进一步优化材料，拓展其应用范围。

（三）从可回收特征方面分析适用性

在我国全面贯彻落实可持续发展战略背景下，锚杆研究也逐渐向可回收趋势发展。新型复合锚杆在经过张拉后，可以通过夹片锁住杆体，完成支护作业后，通过低压通电方式能够融化锚具材料，从而解除夹片对锚杆产生的束缚作用，实现了锚杆回收利用目标。对于回收利用的锚杆，可以将其广泛应用于建设红线，有规划要求的岩土工程中，可以有效缩短施工工期，降低施工成本。

结束语：

综上所述，新型锚杆相对于传统锚杆而言，在结构、材料、性能、锚固方式等方面均有所不同，能够适应更加复杂的岩土地质条件，可以为我国各种类型的岩土工程建设奠定良好基础。因此，对新型锚杆研究进展和适用性进行分析，成为岩土工程建设的必要需求。要相关专家和学者加大研究力度，不断改进锚杆缺陷，为岩土工程建设奠定基础。

参考文献：

[1]胡钰睿,陈鲁川,商淑杰.岩土加固工程中的新型锚杆研究进展[J].江西建材,2020(09):12+14.

[2]陈慈航.岩土工程中的新型岩土锚杆术研究[J].城市建设理论研究(电子版),2019(10):72.

[3]张佩,李太全,涂雅蒙,叶辉,周超.一种新型锚杆锚固质量检测仪[J].无线电工程,2018,48(03):249-252.

[4]高军.郑万高铁隧道新型锚杆施工工艺性试验研究[J].铁道技术监督,2018,46(01):34-37.

[5]任非凡,李状.新型锚杆研究进展及适用性分析[J].工程勘察,2016,44(09):1-5+16.