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锚杆支护及其应用分析（二）

锚杆支护的现状

锚杆加固技术在工程中的应用十分广泛。目前，它已经在地下工

程、边坡工程、结构抗浮工程、深基坑工程、重力坝加固工程、桥梁

工程以及抗倾覆、抗震工程的地层锚固应用中得到了发展。近年，我

国正在进行的高速铁路、跨海大桥、海底隧道、地铁等在内的大规模

基础设施建设中所遇到地基处理、边坡加固、地下空间结构加固、水

下空间结构坚固等各方面的问题中，将锚杆加固方式得到了很大的扩

展。

1锚杆的支护基本理论

随着锚杆支护工程实践的不断丰富，锚杆支护的作用机理研究也

在不断得到发展和完善。传统的锚杆支护理论有悬吊作用、组合梁作

用、减跨作用、组合拱(压缩拱)理论等。这几种观点都是以围岩状态

和利用锚杆杆体受拉(力)为前提来解释锚杆支护作用机理的，因此，

围岩状态及锚杆受拉力这两个前提的客观性是判定上述理论正确性的

标准。同时也涌现出许多新的锚杆支护作用理论，如锚固力中性点理

论、最大水平应力理论、松动圈支护理论、锚固体强度强化理论、锚

注理论等等。

锚杆的悬吊作用

LouisA.Panek于1952一1962年间，经过理论分析及实验室和

现场测试提出，在坚硬围岩中，锚杆的作用是将松动围岩直接悬吊到

上部坚硬岩层上;在软弱围岩中，锚杆的作用是将破碎岩石悬吊在其上

部的自然平衡拱上，平衡拱的高度可采用普氏压力拱理论估算。锚杆

所受的拉力来自被悬吊的岩层重量，据此便可设计锚杆支护参数。

悬吊理论能较好地解释坚硬岩层中锚杆的支护作用。但对于跨度

较大的软岩隧道中，普氏拱高往往超过锚杆长度，悬吊作用难以解释

锚杆支护获得成功的原因。大量的工程实践证明，即使隧道上部没有

稳固的岩层，锚杆也能发挥其作用，这从一个侧面说明了悬吊理论在

应用中的局限性。

锚杆的组合梁作用

为了解决悬吊理论局限性，1952年德国Jacobio等在层状地层

中提出了组合梁理论。该理论认为在没有稳固岩层提供悬吊支点的簿

层状岩层中，可利用锚杆的拉力将层状地层组合起来形成组合梁结构

进行支护，这就是所谓的锚杆组合梁作用。

组合梁作用的本质在于通过锚杆的预拉应力将原视为叠合梁(板)

的岩层挤紧，增大岩层间的摩擦力;同时，锚杆本身也提供一定的抗剪

能力，阻止其层间错动。锚杆把数层薄的岩层组合成类似铆钉加固的

组合梁，这时被锚固的岩层便可看成组合梁，全部锚固层能保持同步

变形，顶板岩层抗弯刚度得以大大提高。决定组合梁稳定性的主要因

素是锚杆的预拉应力及杆体强度和岩层的性质。

锚杆的减垮作用

如果把拱顶不稳定的岩层看成是支撑在边墙的叠合梁(板)，由于

可视悬吊在稳定围岩上的锚杆为支点，安设了锚杆就相当于增加了支

点而减少了支护的跨度，从而降低支护的弯曲应力和挠度，维持了支

护与岩石的稳定性，使岩石不易变形和破坏。这就是锚杆的“减跨”

作用，它实际上来源于锚杆的悬吊作用。但是，它也未能提供用于锚

杆支护参数设计的方法和参数。

锚杆的组合拱(压缩拱)理论

T.L.VRabeewicz于1955年提出安装锚杆后使隧道围岩中形成连

续的压缩带，锚杆的作用是使围岩中产生一定厚度的压缩带承受围岩

压力的观点。美国T.A.Lang和Pender于70年代提出锚杆的拱形压

缩带作用原理，T.A.Lang通过二次元光弹性试验证实了拱形压缩带的

存在。与拱形压缩带理论相似的还有组合拱理论。

组合拱理论认为:在拱形隧道围岩的破裂区中安装预应力锚杆时，

在杆体两端形成圆锥形分布的压应力，如果沿隧道周边布置锚杆群，

只要锚杆间距足够小，各个锚杆形成的压应力圆锥体相互交错，就能

在岩体中形成一个均匀的压缩带，即承压拱(也称组合拱或压缩拱)，

这个承压拱可以承受其上部破碎岩石施加的径向荷载。在承压拱内的

岩石径向及切向均受压，处于三向应力状态，其围岩强度得到提高，

支撑能力也相应加大。

组合拱理论在一定程度上揭示了锚杆支护的作用机理，但分析过

程中没有深入考虑围岩一支护的相互作用，只是将各支护结构的最大

支护力简单相加，从而得到复合支护结构总的最大支护力，缺乏对被

加固岩体本身力学行为的进一步分析探讨，计算也与实际情况存在一

定差距，一般不能作为准确的定量设计，但可以作