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锚杆支护技术及发展史讲解

358 2021-09-14 14:02:54

锚杆加固技术是近代岩土工程领域中一种重要的加固形式。它是一种结构简单的主动支护,它能最大限度地保持围岩的完整性、稳定性,能有效地控制围岩变形、位移和裂缝的发展,充分发挥围岩自身的支撑作用,把围岩从荷载变为承载体,变被动支护为主动支护,其具有施工进度快、施工效率高、施工成本低、支护效果好等优点。锚杆这项技术首先在井下巷道使用,以后在煤矿、金属矿山、水利、隧道以及其他地下工程中迅速得到了发展。

5.1. 1 国外锚固技术的发展与应用

自19 世纪起,锚固技术首先在国外应用发展起来。从1872 年英国北威尔士的一家露天板岩采石场首次应用锚杆加固起,锚杆技术便逐渐被推广。美国于 1911 年开始采用岩石锚杆支护矿山巷道。1912 年,德国谢列兹矿最先采用锚杆对井下巷道进行支护。1924年,锚喷支护在苏联顿巴斯矿上开始应用。1934 年在阿尔及利亚切尔伐斯坝的加高工程中,首先采用承载力为 10000kN的预应力岩石锚杆来保持加高后坝体的稳定。这是世界上第一次使用锚杆来加固坝体并获得成功,随后预应力锚杆在坝体加固上得到了广泛应用。

从 20 世纪 50年代到 70 年代是锚固技术应用领域迅速扩展的时期。1958 年西德的 Bauer 公司在慕尼黑巴伐利亚广播公司深基坑中使用了土层锚杆,60 年代时,捷克斯洛伐克的Lipno 电站主厂房等大型地下铜室采用了高预应力长锚索和低预应力短锚杆相结合的围岩加固方式。从此,锚固技术不仅限于硬岩,而且也用于土层、风化岩、软岩等。1969年在墨西哥召开的第七届国际土力学和基础工程会议上,曾把土层锚杆技术作为一个专门的问题来讨论。1974年,纽约世界贸易中心深开挖工程采用锚固技术,950m 长,0.9m厚的地下连续墙,穿过有机质粉土、砂和硬土层直达基岩,开挖从地面以下到 2lm 深,由6排锚杆背拉,锚杆倾角为 45°,工作荷载为 3000kN。随后瑞士、捷克、英国、美国、巴西、澳大利亚、日本等国广泛采用锚杆支护的方式来维护边坡的稳定。80 年代,日本英国等成功研究出了单孔复合锚固技术并应用于实际工程,此项技术大大改善了锚杆的传力机制,提高了锚杆的耐久性和承载力。1989年澳大利亚采用由 65 根15.2mm 的钢绞线所组成的锚杆对 Warragamba重力坝进行加固,承载力达 16500kN。同一时期,国际预应力协会和中国也制定了地层锚杆的技术规范。80 年代中期,英国煤炭工业在面临严重的危机的情况下,英国果断地把采用锚杆支护取代传统的型钢支护作为提高其煤炭工业竞争力的三大策略之一。

20 世纪 90年代后,岩土锚固的理论研究、技术创新与工程应用等方面更进一步得到发展和提升。理论研究的主要内容包括杆体与注浆体、注浆体与地层间的粘结应力及其分布状态,以及锚杆的荷载传递机理三个方面。其中,澳大利亚、英国、加拿大等国家的岩土工程者们提出了"单孔复合锚固的理论与实践"、"注浆锚杆侧向刚度、注浆体的长度以及膨胀水泥含量对杆体与注浆体界面特性的影响"、"侧限状态时注浆锚杆的工程性质"、"锚杆注浆体与岩石界面的现场特性"、"粘结应力分布规律对地层锚杆设计计算的影响"等理论研究成果,对改进锚杆的设计和发展能充分利用地层强度的锚杆体系具有重要作用。

这段时期国际关于锚杆的学术讨论与交流非常活跃。1995、1996、1997 这三年分别在奥地利、中国与英国举行了以地层锚固及锚固结构为主题的国际学术研讨会,深入探讨了锚杆荷载传递与其界面上的粘结特性、岩土锚固的设计、材料性能、施工工艺、防腐研究、长期强度等理论实验技术,其中最重要的成果是根据南非、美国以及科威特的现场调查,获得了有关锚杆杆体腐蚀的与实际情况最接近的关键研究资料。

不容置疑,21世纪的当今国际上岩土锚固的理论和实践已提高到一个新水平,锚固技术作为一种优越的岩土体加固技术手段,越来越广泛地应用于各种工程领域,且适用范围和使用规模仍在不断扩大。当前,世界范围内对锚杆支护技术研究最为活跃的应属澳大利亚,而美国和澳大利亚锚杆技术发展最为迅速,两国煤矿锚杆支护比例已接近 100%,其锚固技术水平居于世界前列。