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當前,巖土錨固已經成為巖土工程領域中的重要部分。在巖土工程施工過程中使用巖土錨固技術,不僅能充分提高巖土體自穩能力和巖土體的自身強度,降低結構物自重,減小結構物體積,節省工程材料,節約工程成本,同時還能保證施工的安全。巖土錨固已在我國很多工程建設中得到廣泛應用,如:邊坡、礦井、基坑、隧洞等地下工程,還有壩體、水庫、航道、機場及抗浮、抗傾結構等。
1 巖士錨固現狀分析
1.1巖土錨固的標準逐步完善
巖土錨固在我國工程中的設計與施工原則要符合技術先進、經濟合理、保證安全。為此,國家在1986年頒布了第一個國家標準,即《錨桿噴射混凝土支護技術規范》,相繼在1990年頒布了《土層錨桿設計施工規范》。為了使《錨桿噴射混凝土支護技術規范》更加符合實際,國家從1995年開始,組織有關單位對此進行了全面修訂。在這些規范中明確規定了巖土錨固中錨桿的設計標準、材料要求、施工要求、防腐材料、試驗細則和監測標準,同時,也對錨桿驗收的合格標準做了明確的規定。在這些規范中的試驗部分,明確規定了試驗的數量,試驗的最大荷載和試驗的加荷方式。
另外,我國的軍工、電力、水利、建筑等部門也制定了相應的巖土錨桿行業標準。巖土錨固的應用隨著巖土錨固的標準日漸完善發揮著越來越重要的作用。
1.2巖土錨固的應用領域日漸拓寬
我國的交通隧洞工程和礦山巷道工程自60年代以來廣泛應用了2-5m的低預應力或非預應力的噴射混凝土和巖石錨桿技術,工程建設得以飛速發展。因為工程不同,各自的要求也存在多樣性,巖土錨桿的品種逐漸增多,相繼出現了端頭錨固的樹脂錨桿,全長粘結的砂漿錨桿,低預應力的縫管錨桿,快硬水泥卷錨桿,水脹式錨桿和自鉆式錨桿等,這些錨桿針對結構錯綜復雜的巖土地質條件和變化無常的工程條件,在工程建設中均發揮了積極作用。
在80年代,我國巖土錨固的應用隨著電力、交通、水利和城市建設的迅速發展進入了技術應用的旺盛時期。在這個時期,我國的工程中灌漿技術和高強鋼絞線生產技術也得到了迅速的發展,高和較高預應力的錨桿長度達到了15m以上,這標志著我國巖土預應力錨固的設計方法、材料選擇和施工技術達到了一個新的水平。這種錨桿在很多工程中得到了廣泛的應用,如地下洞室加固工程,邊坡穩定工程,壩基加固工程,深基坑支護工程和抗浮結構工程等。
1.3巖土錨固的施工機具和材料日新月異
我國的巖土工程中使用的巖土錨固施工機具,一部分是從國外引進比較先進的鉆孔機具,另外一部分是我國工程機械企業或巖土工程公司研制生產的鉆孔直徑在65mm-165mm之間的巖錨鉆機,還有一部分是研究機構研制的錨鉆機,這些施工機具都有很好的工作性能。我國巖土錨固工程中使用最為廣泛的的錨固設施是柳州建筑機械總廠研制生產的錨具,它具有可靠的自錨性能,使用效果非常不錯。
隨著各種高效早強劑和硫鋁酸鹽水泥的不斷發展,我國巖土錨固工程中錨桿使用了早強水泥卷錨桿,這種錨桿安裝2h后,抗拔力達到了150kN,明顯提高了錨桿起初限制圍巖變形的能力。錨桿使用了高強度、低松弛的鋼絞線筋材,大大提高了錨桿的承載力,同時也為發展單孔復合錨固型錨桿提供了保證。不同規格的、具有標準連接螺紋的中空筋材為自鉆式錨桿提供了保證。
1.4完善錨桿的傳力機制
拉力型錨固方法是傳統的巖土錨固方法,存在嚴重的弊端。這種類型的錨桿在受力時,不能在固定長度上均勻的分布荷載,應力會集中產生。因為應力分布不均,在錨桿的荷載逐漸增大時,錨桿的最遠端桿體會與灌漿體因粘結應力下降而脫開。
為消除這種傳統的巖土錨固方法的弊端,我國的科研單位成功研究出單孔復合錨固方法。這種方法是在同一個鉆孔中安裝幾個獨立桿體的、具有固定長度和自由長度的單元錨桿,通過各自的張拉千斤頂施加荷載,并預先補償張力,使所有單元錨桿承受相同的荷載。
這種不同于傳統的錨固方法,把集中荷載分解成相對較小的荷載,然后在固定段的不同部分起作用,降低了粘結應力峰值,由于單元錨桿的固定長度不大,粘結效應不會降低,在固定長度上均勻的分布了粘結應力,提高了錨桿承載力。
1.5 軟土錨固成績明顯
巖土工程中的軟土是由細粒土組成,其特點是質地松軟、孔隙比較大、含水率較高、強壓縮性、低強度。分布區域主要是在沿海一帶。80年代以來,這一區域基礎設施建設力度不斷加強,高樓大廈平地而起,與之相適應的是必須建造數量多的深基坑工程,這為軟土錨固的發展提供了良好的機會。我國軟土錨固技術成果主要表現在:使用了可重復灌漿技術,軟土中錨桿的承載力得以提高;掌握了軟土中預應力值變化和錨桿蠕變變形的規律;找到了控制軟土基坑周圍位移的許多種行之有效的方法。
2巖土錨固存在的問題
2.1巖土錨固在理論研究中存在的問題
理論研究不能作為工程應用的有效支撐,且理論計算方法不權威;設計中沒有對錨固段的受力機理進行微觀分析,沒有明確對荷載安全度、整體加固安全度、材料強度和安全度等的各個系數表達;沒有權威的計算方法來說明錨桿加固機理;理論和數值的分析與實際情況存在不一致的情況。
2.2巖土錨固在工程應用中存在的問題
受力不均勻和預應力損失是錨固體存在的主要問題;需要不斷完善錨固體系的耐久性檢測和安全性檢測;專門針對錨固體系防腐的科研工作需要增多;需要進一步解決地下水問題。
3巖土錨固的發展趨勢
3.1技術理論發展趨勢
為適應我國對交通、水利、電力、城市基礎設施等工程建設的需要,進一步推動巖土錨固這一學科的發展,應加強下列課題的理論研究,推進技術創新。
以粘結應力分布的不均勻性為事實依據,完善單錨承載力的計算方法,分析影響錨固效應的主要原因;以理論和實踐為依據,完善全錨效應的系統錨桿支護計算方法;推進錨固機理研究,如錨桿預應力與巖土體力學、與巖土體應力重之間的關系等;建立錨桿作用計算模型,不同受力型錨固體力學規律;探究復合土釘墻的工作原理,完善其設計方法;建立在特殊工程條件下如地震、交變荷載、沖擊、高溫、冰凍,錨桿的設計體系。
3.2工程應用發展趨勢
在工程應用的發展趨勢方面,主要著重以下方面的研究。研發生產高承載力錨桿,并廣泛推廣應用;研發生產具有高效、輕便、快速等功能的鉆機及檢測設備,加強對工程施工質量的控制和檢測,加強對錨桿和錨固工程的安全性評價;完善錨桿預應力防腐技術體系;建立噴錨支護設計理論體系;完善錨桿回收應用體系。
4小結
從上世紀60年代以來,隨著科技發展的日新月異和工程設施的全面建設,巖土錨固的研究與應用取得了飛速發展,但是,巖土錨固還存在一定的不足。所以,還應在現有的成果基礎之上,加強巖土錨固的理論研究,使之廣泛應用于工程建設。
參考文獻:
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