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国内锚杆技术的发展与应用

395 2021-09-29 13:51:53

相对于国外锚杆技术发展而言,我国的锚杆支护技术发展相对较晚。锚杆支护技术在 20 世纪 60 年代才得以使用。当时河北龙烟铁矿、京西矿务局以及其他地区的矿山巷道的支护使用的是楔缝式锚杆。锚杆在我国矿山应用成功后,锚固技术便得到了飞速的发展。 20世纪 60年代以后,锚杆技术除了应用在矿山巷道以外,边坡工程、铁道隧道工程、水库坝体工程及地下工程中都得到了应用并获得了成功,应用范围由坚硬稳定岩石发展到松软破碎岩石,由小巷道发展到大跨度硐室,由静荷载条件发展到动荷载条件,由基建工程发展到工程抢险和结构补强,并且锚固技术在设计承载力和锚杆长度方面都有了很大的提高。

七八十年代,我国开始在深基坑开挖支护工程中应用预应力锚杆。当时北京的王府井饭店、北京国际信托大厦、上海的太平洋饭店等大型基坑工程都采用了锚杆支护技术。 1989 年,我国首台6000kN级预应力锚杆及张拉设备研制成功,并应用于丰满大坝加固工程,8000kN级预应力锚杆在石泉大坝加固工程应用成功,到 90 年代,10000kN级预应力锚杆在龙羊峡水电工程中试验成功,并在多个工程中获得应用。这标志着我国锚固技术和工艺已到达世界先进水平。据估计,在 1993~1999 年期间,我国在深基坑工程和边坡工程中,锚杆年使用量就达到了3000~3500km,而在煤矿和金属矿山巷道中锚杆的年使用量也超过了2600km。进入21世纪以后,由于国家经济发展所需,我国的大型水利水电工程相继建成或破土动工,锚固工程量大大增加,锚固技术也得到了更广泛的应用和发展。已建成的三峡工程,其设计锚固工程量就非常大,采用 4000 根 25~61m 的 3000kN(部分1000kN)的预应力锚杆和近 100000 根 8~14m 的高强锚杆作系统加固和局部加固,它对阻止不稳定块体的塌滑,改善边坡的应力状态,抑制塑性区的扩展,提高边坡的整体稳定性发挥了重要作用。

从锚杆支护形式的发展过程来看,我国最早运用的主要是钢丝绳砂浆锚杆和机械锚固型锚杆两大类。1945~1950年机械式锚杆在我国开始研究与应用;1950~1960 年我国广泛运用机械式锚杆,并开始对锚杆支护进行系统研究;1974 年开始研制和试验一种新型锚杆—树脂锚杆;1970~1980 年我国发明并应用了管缝式锚杆、胀管式锚杆等,同时研发了廉价的快硬水泥锚杆,长锚索也在这一时期产生;1980~1990 年,混合锚头锚杆、桁架锚杆、特种锚杆等得到应用,树脂锚固材料得到改进;1990~2000 年,以螺纹钢锚杆为代表的锚杆及长锚索得到了广泛的应用。1996 年我国从澳大利亚引进高强度树脂锚固锚杆,并针对我国煤矿条件进行了二次开发和完善提高。可以说,国外使用过的锚杆支护形式国内基本上都用过。进入 21世纪后,将锚索与肋柱(梁)、挡土墙、抗滑桩等其他结构联合使用的复合型支护结构已成为目前治理滑坡的常用有效手段。而框架预应力锚杆支护结构是近十年来随着支护结构的发展而被提出的一种新型支护结构,属于轻型柔性支护结构,其在深基坑开挖支护、边坡和桥台加固等工程中已经得到了广泛使用。

目前,锚固技术已经广泛应用于岩土工程的各个领域。我国科研工作人员从广泛的工程实践经验中,经过大量总结归纳,于 1986 年颁布了我国首部国家标准《锚杆喷射混凝土支护技术规范》GBJ 86—85,2001年颁发了其修订版 GB 50086—2001。1990 年颁发了《土层锚杆设计施工规范》CECS 22;90,2002 年开始对 CECS 22;90 进行修订。1997年颁发的《建筑基坑工程技术规程》JGJ 120—99,1994年颁发的《水工预应力锚固施工规范》SL,46—1994 和 1998 年颁发的《水工预应力锚固设计规范》SL. 212—1998 都对预应力锚杆的适用范围、设计、材料、施工、防腐、试验和监测做了明确的规定。此外,水利电力、建筑、军工等部门还相应制定有关岩土锚杆的行业标准。岩土锚固标准化建设的逐步完善,对我国岩土锚固应用的健康发展发挥了重要作用。

尽管锚杆加固技术取得了不少成果,但是仍然存在一些问题,主要是受以下这些因素制约∶(1)锚杆锚固作用对土体物理力学性质的影响,以及锚杆与土体之间的相互作用模式还没有公认考虑方法;(2)还没有通用的力学模型和分析方法;(3)影响锚杆作用的各种因素,如地震、冲击荷载、变异荷载、施工爆破等因素,关于这些因素的合理的考虑方法;(4)锚杆加固的时间效应也难以合理考虑。