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當(dāng)前,巖土錨固已經(jīng)成為巖土工程領(lǐng)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(shù),不僅能充分提高巖土體自穩(wěn)能力和巖土體的自身強度,降低結(jié)構(gòu)物自重,減小結(jié)構(gòu)物體積,節(jié)省工程材料,節(jié)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(shè)中得到廣泛應(yīng)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(jié)構(gòu)等。
1 巖士錨固現(xiàn)狀分析
1.1巖土錨固的標(biāo)準(zhǔn)逐步完善
巖土錨固在我國工程中的設(shè)計與施工原則要符合技術(shù)先進、經(jīng)濟合理、保證安全。為此,國家在1986年頒布了第一個國家標(biāo)準(zhǔn),即《錨桿噴射混凝土支護技術(shù)規(guī)范》,相繼在1990年頒布了《土層錨桿設(shè)計施工規(guī)范》。為了使《錨桿噴射混凝土支護技術(shù)規(guī)范》更加符合實際,國家從1995年開始,組織有關(guān)單位對此進行了全面修訂。在這些規(guī)范中明確規(guī)定了巖土錨固中錨桿的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)、材料要求、施工要求、防腐材料、試驗細(xì)則和監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn),同時,也對錨桿驗收的合格標(biāo)準(zhǔn)做了明確的規(guī)定。在這些規(guī)范中的試驗部分,明確規(guī)定了試驗的數(shù)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(yīng)的巖土錨桿行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。巖土錨固的應(yīng)用隨著巖土錨固的標(biāo)準(zhǔn)日漸完善發(fā)揮著越來越重要的作用。
1.2巖土錨固的應(yīng)用領(lǐng)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(yīng)用了2-5m的低預(yù)應(yīng)力或非預(yù)應(yīng)力的噴射混凝土和巖石錨桿技術(shù),工程建設(shè)得以飛速發(fā)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(xiàn)了端頭錨固的樹脂錨桿,全長粘結(jié)的砂漿錨桿,低預(yù)應(yīng)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(jié)構(gòu)錯綜復(fù)雜的巖土地質(zhì)條件和變化無常的工程條件,在工程建設(shè)中均發(fā)揮了積極作用。
在80年代,我國巖土錨固的應(yīng)用隨著電力、交通、水利和城市建設(shè)的迅速發(fā)展進入了技術(shù)應(yīng)用的旺盛時期。在這個時期,我國的工程中灌漿技術(shù)和高強鋼絞線生產(chǎn)技術(shù)也得到了迅速的發(fā)展,高和較高預(yù)應(yīng)力的錨桿長度達(dá)到了15m以上,這標(biāo)志著我國巖土預(yù)應(yīng)力錨固的設(shè)計方法、材料選擇和施工技術(shù)達(dá)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(yīng)用,如地下洞室加固工程,邊坡穩(wěn)定工程,壩基加固工程,深基坑支護工程和抗浮結(jié)構(gòu)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(yè)或巖土工程公司研制生產(chǎn)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(gòu)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(shè)施是柳州建筑機械總廠研制生產(chǎn)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(fā)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(dá)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(fā)展單孔復(fù)合錨固型錨桿提供了保證。不同規(guī)格的、具有標(biāo)準(zhǔn)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(tǒng)的巖土錨固方法,存在嚴(yán)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(yīng)力會集中產(chǎn)生。因為應(yīng)力分布不均,在錨桿的荷載逐漸增大時,錨桿的最遠(yuǎn)端桿體會與灌漿體因粘結(jié)應(yīng)力下降而脫開。
為消除這種傳統(tǒng)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(fù)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(yù)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(tǒng)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(jié)應(yīng)力峰值,由于單元錨桿的固定長度不大,粘結(jié)效應(yīng)不會降低,在固定長度上均勻的分布了粘結(jié)應(yīng)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(xì)粒土組成,其特點是質(zhì)地松軟、孔隙比較大、含水率較高、強壓縮性、低強度。分布區(qū)域主要是在沿海一帶。80年代以來,這一區(qū)域基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)力度不斷加強,高樓大廈平地而起,與之相適應(yīng)的是必須建造數(shù)量多的深基坑工程,這為軟土錨固的發(fā)展提供了良好的機會。我國軟土錨固技術(shù)成果主要表現(xiàn)在:使用了可重復(fù)灌漿技術(shù),軟土中錨桿的承載力得以提高;掌握了軟土中預(yù)應(yīng)力值變化和錨桿蠕變變形的規(guī)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(yīng)用的有效支撐,且理論計算方法不權(quán)威;設(shè)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(shù)表達(dá);沒有權(quán)威的計算方法來說明錨桿加固機理;理論和數(shù)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(yīng)用中存在的問題
受力不均勻和預(yù)應(yīng)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(fā)展趨勢
3.1技術(shù)理論發(fā)展趨勢
為適應(yīng)我國對交通、水利、電力、城市基礎(chǔ)設(shè)施等工程建設(shè)的需要,進一步推動巖土錨固這一學(xué)科的發(fā)展,應(yīng)加強下列課題的理論研究,推進技術(shù)創(chuàng)新。
以粘結(jié)應(yīng)力分布的不均勻性為事實依據(jù),完善單錨承載力的計算方法,分析影響錨固效應(yīng)的主要原因;以理論和實踐為依據(jù),完善全錨效應(yīng)的系統(tǒng)錨桿支護計算方法;推進錨固機理研究,如錨桿預(yù)應(yīng)力與巖土體力學(xué)、與巖土體應(yīng)力重之間的關(guān)系等;建立錨桿作用計算模型,不同受力型錨固體力學(xué)規(guī)律;探究復(fù)合土釘墻的工作原理,完善其設(shè)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(shè)計體系。
3.2工程應(yīng)用發(fā)展趨勢
在工程應(yīng)用的發(fā)展趨勢方面,主要著重以下方面的研究。研發(fā)生產(chǎn)高承載力錨桿,并廣泛推廣應(yīng)用;研發(fā)生產(chǎn)具有高效、輕便、快速等功能的鉆機及檢測設(shè)備,加強對工程施工質(zhì)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(yù)應(yīng)力防腐技術(shù)體系;建立噴錨支護設(shè)計理論體系;完善錨桿回收應(yīng)用體系。
4小結(jié)
從上世紀(jì)60年代以來,隨著科技發(fā)展的日新月異和工程設(shè)施的全面建設(shè),巖土錨固的研究與應(yīng)用取得了飛速發(fā)展,但是,巖土錨固還存在一定的不足。所以,還應(yīng)在現(xiàn)有的成果基礎(chǔ)之上,加強巖土錨固的理論研究,使之廣泛應(yīng)用于工程建設(shè)。
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