【摘要】作為巖土工程中的錨桿錨固技術(shù)已成為工程施工中的一個(gè)重要的技術(shù)環(huán)節(jié)，并被廣泛應(yīng)用于基坑工程、鐵路工程、水利水電工程、邊坡工程、地下室工程、抗浮工程、隧道工程以及礦山巷道工程中。二十一世紀(jì)以來，可回收式錨桿的出現(xiàn)以及研究發(fā)展已成為國內(nèi)外一個(gè)重要研究創(chuàng)新發(fā)展方向。本文對國內(nèi)外可回收式錨桿技術(shù)的應(yīng)用與研究現(xiàn)狀進(jìn)行了一個(gè)初步的總結(jié)歸納并對其創(chuàng)新發(fā)展提出了一些展望。
引言
進(jìn)入二十一世紀(jì)以來，世界經(jīng)濟(jì)進(jìn)入高速發(fā)展階段，特別是中國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展的速度更是處于領(lǐng)跑狀態(tài)，我國在基礎(chǔ)建設(shè)上的大力投資以及發(fā)展前所未有。作為巖土工程一個(gè)重要分支的錨桿錨固技術(shù)也得到了跨越式的發(fā)展，廣泛應(yīng)用于基坑工程、鐵路工程、水利水電工程、邊坡工程、地下室工程、抗浮工程、隧道工程以及礦山巷道工程等工程施工領(lǐng)域。作為近代巖土工程領(lǐng)域中的一個(gè)重要分支，使用巖土錨固，可以充分調(diào)用和提高巖土體的自身強(qiáng)度和自穩(wěn)能力，改善巖土體的應(yīng)力狀態(tài)，大大縮小結(jié)構(gòu)物體積和減輕結(jié)構(gòu)物的自重，顯著地節(jié)省了工程材料，提高施工過程的安全性，巖土錨固技術(shù)已經(jīng)成為提高巖土工程穩(wěn)定性和解決復(fù)雜巖土工程穩(wěn)定問題經(jīng)濟(jì)、有效的方法之一。
錨桿支護(hù)技術(shù)，無論是用于臨時(shí)支護(hù)還是永久支護(hù)，作為施工后留在巖體土層中的錨桿，一般將永久埋于地下及土層中，造成地下空間的污染，同時(shí)錨桿施工后，其錨固段和一部分自由段將超出暴露在該建筑物的征地紅線范圍外，這樣在該建筑物周圍開發(fā)其他建設(shè)項(xiàng)目時(shí)，必將造成基礎(chǔ)施工的麻煩。
為了解決這個(gè)問題，國內(nèi)外提出了可回收式錨桿技術(shù)這個(gè)創(chuàng)新觀點(diǎn)。此觀點(diǎn)的提出，正好解決錨桿技術(shù)在工程實(shí)踐中的一些問題困難，同時(shí)可以帶來一定的經(jīng)濟(jì)效益以及節(jié)約大量的社會資源。
1.國內(nèi)外可回收式錨桿技術(shù)的現(xiàn)狀
錨桿加固技術(shù)特別是在邊坡護(hù)理工程、地下結(jié)構(gòu)工程、基坑工程、礦山巷道支護(hù)工程、抗浮工程、抗震工作等領(lǐng)域中更是發(fā)揮了其舉足輕重的地位和取得了一定得工程成果。
同時(shí)據(jù)統(tǒng)計(jì)，國內(nèi)外各類錨桿已達(dá)700余種，每年在各類工程的中的使用量超過數(shù)億根。因此，研究開發(fā)可回收式錨桿，對使用錨桿加固技術(shù)更好地服務(wù)于工程建設(shè)并有效解決其在工程使用中存在的資源浪費(fèi)問題具有重要意義。目前在國內(nèi)外，對于錨桿回收式技術(shù)的研究開發(fā)還比較少，這項(xiàng)新的技術(shù)的研究開發(fā)還處于起步階段。
目前研制出的可回收式錨桿主要可分為以下幾類：
1.1力學(xué)式可回收式錨桿
力學(xué)式可回收式錨桿，即使用夾具滑落拆除錨桿法，采用預(yù)應(yīng)力鋼絞線作為拉桿，靠前在前端的夾具，將荷載傳遞給錨固體。設(shè)計(jì)時(shí)，保證在外力A作用下，夾具絕對不會脫落。拆除時(shí)，可施加遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于A的外力B，使夾具脫落，從而拔出拉桿。目前所研究出的此類錨桿主要有德國的DYWIDAG回收式錨索、英國AnthonyD.Barley等研制開發(fā)SBMA回收式錨索、日本國土防災(zāi)株式會社開發(fā)的JCE錨索。
1.2自旋式可回收式錨桿
為了克服砂土層砂漿錨桿和普通錨桿技術(shù)的缺陷，嘗試以擠壓密實(shí)摩擦錨固為主導(dǎo)的自攻旋進(jìn)形式作為錨桿的設(shè)計(jì)方案?？苫厥帐阶孕翆渝^桿是一種新型螺旋形式的受拉桿件，它不強(qiáng)調(diào)錨葉的作用，而是以錨固段通過強(qiáng)力旋扭作用使錨固段對錨固體周圍土體擠壓形成較高的錨固力。以承受結(jié)構(gòu)物的上托力、拉拔力、傾側(cè)力或者擋土墻的土壓力、水壓力。它的錨固作用能改變地層力學(xué)特性以提高土層結(jié)構(gòu)體的自身穩(wěn)定性。這種土層自旋錨桿無需打孔，利用機(jī)械鉆具直接將自旋錨桿強(qiáng)力旋進(jìn)土體中。扭進(jìn)過程中桿體所占空間的土體被強(qiáng)行擠壓向周邊分布，使得錨桿體近周圍土體形成不均勻擠壓區(qū)，強(qiáng)化了錨桿的錨固力。
1.3機(jī)械式可回收式錨桿
機(jī)械式可回收錨桿是將錨桿體與機(jī)械的聯(lián)結(jié)器聯(lián)結(jié)起來，回收時(shí)施加與錨固方向相反的力矩，使桿體與機(jī)械聯(lián)結(jié)器脫離后取出。許多巖土工作者基于機(jī)械式回收原理，開發(fā)設(shè)計(jì)出了一系列機(jī)械式可回收式錨桿，主要有壓力型可回收式錨桿、端錨可回式收樹脂錨桿、可回收式楔式錨桿、可回收式塑料脹套式錨桿等。
1.4可回收式充氣錨桿
充氣錨桿的提出源于海洋工程，為在海底施工作業(yè)和機(jī)器（機(jī)器人）提供抗浮錨固力，國外研究剛剛起步。充氣錨桿是一種全新概念的新型錨桿，是針對軟土在壓力作用下可產(chǎn)生擠壓變形的特性而研發(fā)的。充氣錨桿具有較大的承載潛能，但因研究尚處于初步階段，仍有待于進(jìn)一步的試驗(yàn)與理論研究，如進(jìn)行充氣壓力與體積變形的研究、承載特性與失效機(jī)制的研究以及現(xiàn)場試驗(yàn)研究。
1.5擴(kuò)大頭（囊式）錨桿
擴(kuò)大頭（囊式）錨桿技術(shù)（也稱擴(kuò)體錨桿技術(shù)）是用一種特制的鉆孔機(jī)械，按設(shè)計(jì)要求鉆孔（可垂直、水平、傾斜），鉆孔到設(shè)計(jì)深度后，按設(shè)計(jì)要求擴(kuò)孔（可用旋噴方式、機(jī)械方式）；成孔和擴(kuò)孔時(shí)用泥漿護(hù)孔壁；向中安放已制做好的錨桿；根據(jù)計(jì)算漿量向錨桿囊體中注特制的水泥漿；然后拔注漿管，再向注漿管中注漿，使鉆孔中充滿水泥漿，拔出注漿管，達(dá)一定強(qiáng)度后進(jìn)行預(yù)應(yīng)力張拉，錨固到底板上即完成。在高層建筑、軌道交通、橋隧工程、城市地下交通樞紐、港口碼頭、水庫高壩、邊坡工程、礦山建設(shè)、國防工程等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。目前在一些工程中取得了不錯的經(jīng)濟(jì)和社會效益。
1.6化學(xué)式可回收式錨桿
化學(xué)式可回收式錨桿即用高熱燃燒劑將拉桿熔化切斷法，在錨桿的錨固段與自由段的連接處先設(shè)置有高熱燃燒劑的容器，拆除時(shí)，通過引燃導(dǎo)線點(diǎn)火，將錨桿在該處熔化切割拔出，用高熱燃燒劑將拉桿的一部分熔化，也有采用燃燒劑將拉桿全長去除。此類錨桿的回收往往比較快速，通過化學(xué)手段完成錨桿的回收。與此同時(shí)，此類錨桿的施工工藝往往比較復(fù)雜，而且對化學(xué)藥劑的制作保存有相當(dāng)嚴(yán)格的要求，在實(shí)際工程應(yīng)用中很少會使用到。
2.可回收式錨桿應(yīng)用與研究所面臨的問題
國內(nèi)外，通過上述的一些新式可回收錨桿的開發(fā)與創(chuàng)新，可以看出可回收式錨桿在工程上展示出了其優(yōu)越性，在能完成臨時(shí)錨固要求的同時(shí)，可回收技術(shù)的研制和開發(fā)可以大大節(jié)省材料，從而實(shí)現(xiàn)在工程上的回收利用。雖然通過一些物理模型試驗(yàn)、數(shù)值仿真試驗(yàn)、工程現(xiàn)場觀測等方法，對一部分可回收式錨桿的加固機(jī)理進(jìn)行了探討，可回收式錨桿的研究工作取得了一定的進(jìn)展，但是仍然存在不少問題：
?。?）對于可回收式錨桿來說學(xué)術(shù)界并沒有形成統(tǒng)一的可回收式錨桿的加固機(jī)理；
?。?）對于可回收式錨桿的研究，在數(shù)值模擬、理論分析與實(shí)際情況往往出入較大；
?。?）對于可回收式錨桿的理論研究明顯滯后于工程實(shí)踐的應(yīng)用研究；
?。?）對于可回收式錨桿的研究在對錨固體力的傳遞只有定性描述；
（5）對于已開發(fā)出的可回收式錨桿來說，往往很少在實(shí)際的工程項(xiàng)目中的得到應(yīng)用。
3.可回收式錨桿的研究發(fā)展方向
通過對國內(nèi)外可回收式錨桿的分析及初步探討，可回收式錨桿技術(shù)的研究發(fā)展應(yīng)從以下幾個(gè)方面進(jìn)行展開：
1）對已創(chuàng)新出的可回收式錨桿的錨固機(jī)理進(jìn)行研究；
2）對可回收式錨桿進(jìn)行理論方面的計(jì)算；
3）對可回收式錨桿進(jìn)行數(shù)值模擬研究；
4）可回收式錨桿進(jìn)行群錨效應(yīng)的研究；
5）對可回收式錨桿回收部分進(jìn)行二次回收利用研究；
6）復(fù)合可回收式錨桿與土釘墻工作機(jī)理及設(shè)計(jì)方法的研究；
7）相關(guān)研究成果的共享及數(shù)據(jù)庫的建立；
8）各種特殊條件下可回收式錨桿的性能及設(shè)計(jì)方法；
9）對可回收是錨桿進(jìn)行大量的實(shí)驗(yàn)以及實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可行性分析研究
4.結(jié)論
創(chuàng)新、創(chuàng)新、再創(chuàng)新！科技發(fā)展的生命就是創(chuàng)新，國內(nèi)外可回收式錨桿還處于起步摸索階段，截至目前，國內(nèi)外在可回收式錨桿方面的研究已作出一定的成績，但是在實(shí)際工程中并未得到大范圍的推廣，主要是由于相關(guān)理論的不完善和試驗(yàn)方法、設(shè)備的不健全，對可回收式錨桿的創(chuàng)新研究仍然存在許多不足。實(shí)施創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略，特別是土木工程領(lǐng)域，隨著更多的學(xué)者及工程人員的參與，以及對錨桿與土層作用機(jī)理、工程規(guī)范、試驗(yàn)儀器、數(shù)值模擬及觀測手段的不斷發(fā)展完善。人類合理開發(fā)和節(jié)約自然資源、能源的要求不斷提高，可回收式錨桿的理論計(jì)算、錨固機(jī)理、群錨效應(yīng)、計(jì)算模型、各種特殊條件下的性能及錨桿的二次回收利用等方面的定量研究將是今后研究的重點(diǎn)方向，這些都將為可回收式錨桿的創(chuàng)新研究提供指導(dǎo)方向，其相關(guān)成果將完善可回收式錨桿的基礎(chǔ)理論，推動可回收式錨固技術(shù)的發(fā)展。
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