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单孔复合锚固及实验曲线

在岩土体中埋设锚杆,由于围绕杆体的灌浆体与岩土体的弹性特征同杆体的

弹性特征难以协调一致,因此岩土锚杆受荷时,不能将荷载均匀分布于固定长度

上,会出现严重的应力集中现象。

在多数情况下,随着锚杆上荷载的增大,在荷载传至固定长度最远端之前,在

杆体与灌浆体或灌浆体与地层界面上就会发生粘结效应逐步弱化或脱开的现象。

这是与固定长度上粘结应力分布的不均匀性紧密相关的。锚杆固定段粘结效应逐

步弱化或“脱开”,会大大降低地层强度的利用率。

如图1a所示,当处于固定长度深部的地层强度被利用的条件下,固定段前端

的地层已超出其极限强度值,该处锚杆与岩土体界面上只具有某些残余强度。然

而能有这样一种锚固方法,它可将荷载分散地传递到钻孔内几个较短的固定长度

上,而不会发生粘结效应逐步弱化或“脱开”,因而可以有效地调用天然地层强度,

同时能显著地提高锚杆承载力(图1b),这就是本文要论述的单孔复合锚固体系

(SBMA法)。

一单孔复合锚固法的基本概念

单孔复合锚固系统是在同一个钻孔中安装几个单元锚杆,而每个单元锚杆有

自己的杆体、自由长度和固定长度,而且承受的荷载也是通过各自的张拉千斤顶

施加的,并通过预先的补偿张拉(补偿各单元锚杆在同等荷载下因自由段长度不

等而引起的位移差)而使所有单元锚杆始终承受相同的荷载。

当单元锚杆的固定长度很小,而不会发生粘结效应逐步弱化或“脱开”的情

况下,能最大限度地调用锚杆整个固定长度范围内的地层强度。此外,使用这种锚

固系统的整个固定长度理论上是没有限制的,锚杆承载能力可随固定长度的增长

而提高。而对普通集中拉力型锚杆而言,当固定长度大于8～10m时,其承载能力

增量很小或无任何增加。

当锚杆的固定段位于非均质地层中时,可以合理调整单元锚杆的固定长度,

即比较软弱的地层中单元锚杆的固定长度应大于比较坚硬的地层中的单元锚杆

的固定长度。而这样就能使不同的地层强度都得到充分的利用。如果需要,单孔

复合型锚杆可采用全长涂塑的无粘结钢绞线,并绕承载体弯曲呈“U”型的单元锚

杆复合而成。这种锚杆完全处于多层防腐的环境中,既可用作高耐久性的永久性

锚杆;也可用作可拆除芯体(钢绞线)的临时性锚杆。

二单孔复合锚固的构造

压力分散型锚杆是单孔复合锚固体系(SBMA法)中最具实用价值的一种岩土

锚固形式,在处理地质病害、维护边坡稳定中能够起到非常重要的作用,现正在

被日益广泛地应用到实际工程当中，本文重点介绍一下压力分散型锚杆的特性。

压力分散型锚杆由无粘结钢绞线(预应力筋)、承载体、灌浆体及锚头组成。绕

过承载体弯曲成“U”型的无粘结钢绞线构成一个独立的单元锚杆。在同一钻孔

中,可安放多个单元锚杆(图2)。

目前，冶金部建筑研究总院等单位开发的压力分散型锚杆的结构构造主要有

两种。一种是无粘结钢绞线绕承载体弯曲成“U”型，构成单元锚杆，再由若干

个单元锚杆组成总体锚杆（图2）。承载体是聚酯与纤维的复合体，具有高强高

韧性的特点（见下表）。这种结构构造适用于承载力设计值不大于1000kN的压力

分散型锚杆。

另一种结构构造的主要区别在于承载体由钢板制成，钢板上开有若干个直径

为20mm的圆孔，与承载板相固定的无粘结钢绞线穿过圆孔借助挤压簧与挤压套相

压接（图3）。这种结构构造可用于承载力设计值大于1000kN的压力分散型锚杆。

表：承载体材料的主要技术性能

图3钢板承载体与钢绞线连接图(单位：mm)

(a)钢板承载体(b)钢绞线挤压头连接构造

(一)压力分散型锚杆的试验曲线

冶金部建筑研究总院与长江科学院曾测得了压力分散型锚杆固定段灌浆体

的轴向与径向应变，试验锚杆在砂性土中。图4为试验141号锚杆的第2个单元锚

杆在不同张拉荷载时灌浆体轴向应变分布曲线。该图表明，随着荷载的增大，轴

向应力峰值逐渐向固定段下端转移，但在222kN荷载时，轴向应力仅分布在2.0m

长的固定段上，荷载传递长度是很有限的。

图4141号锚杆第2个单元锚杆不同张拉荷载时灌浆体轴向应变分布曲线

图5141号锚杆整体加荷(620kN)后轴向应变分布曲线

图5为141号锚杆各单元锚杆的灌浆体的轴向应变分布曲线。从该图上可看

到，在62