研究岩土锚固工程的力学概念问题分析
【摘要】基于目前岩土锚固工程建设人员对力学概念存在的不甚清晰问题，文章分析了不同类型岩土锚杆性能与应用条件，并提出了岩土锚杆设计与承载力控制要点，其目的是为相关
建设人员提供一些理论依据。

【关键词】岩土锚固工程；锚杆性能及应用条件；岩土锚杆设计
【中图分类号】TU43【文献标识码】A【文章编号】1002-8544（2017）06-0243-02
引言
岩土锚固是保证工程建设使用安全稳定性的重要组成部分。

随着工程建设规模以及涉及地质
环境的复杂性越来越大，相关建设人员应在明确岩土锚固工程力学概念的基础上，从而不断
完善结构作用的科学合理性。

然而，在研发岩土锚固科学技术过程中，存在力学概念理解不
到位问题，这就在一定程度上阻碍了岩土工程的快速发展进程。

为此，研究人员应从不同类
型的岩土锚杆性能与应用条件入手，用以提高岩土锚固工程设计与承载力控制的有效性。

这
是实现地区进行现代化经济开发建设可持续性目标的关键，相关人员应将其作用于实践。

1.研究岩土锚固工程力学概念问题的重要性
科学技术的不断发展，岩土锚固与锚杆结构的市场环境呈现出多元化的发展趋势。

然而，现
阶段，某些岩土锚固工程施工建设人员仍对其力学概念不甚清晰，这就使得实际应用过程存
在设计不合理、施工方法不当问题，从而造成了锚杆失效以及工程失稳问题的出现，严重的
甚至会导致工程出现坍塌破坏等事故。

针对这一问题，相关人员应加大岩土锚固工程力学概
念问题的研究力度，从而完善工程建设使用的安全稳定性。

这是缓解工程建设在经济快速发
展背景下设计应用稳定性压力的重要课题，研究人员应将其重视起来[1]。

2.不同类型岩土锚杆性能与应用条件
据统计，岩土锚杆主要有两种类型，即预应力锚杆以及非预应力锚杆。

其中预应力锚杆，如
是由钢丝与钢绞线组成，也可被称为预应力锚索，其具有控制岩土锚固工程出现位移或变形
的能力，如图1所示。

（a）中所示长度L，是在A固定下的锚杆。

当千斤顶系统给承载板施
加一个力P，锚杆的弹性伸长经过地基承载板收押后，就会产生局部压缩。

此状态下，卸去
液压千斤顶，预应力荷载就会被锁具锁定在锚杆结构中。

这种情况下，锚杆只有在受到大于
预应力外荷载P的情况下，才会产生位移。

由此可判断，预应力锚杆锚固结构与地层发生位
移问题的情况是非常少的[2]。

（a）（b）（c）
图1 预应力锚杆
而非预应力锚杆主要作用于加固岩土结构，即只有在所处地层出现位移现象后，才能通过反
作用力，来承受外力。

因此，这类锚杆难以作用位移或变形较大的岩土锚固工程。

此外，非
预应力锚杆不能将工程稳定所须足够的拉力或是锚固力传递到锚杆底部的稳定地层上，即使
是能够传递，其岩土体也存在潜在滑裂面或是破坏面抗力较小问题。

针对上述问题影响，相关建设人员应根据岩土锚固工程的实际情况来进行锚杆类型选择。

例如，锚固力抵抗结构具有倾覆性、剪切面滑移以及可能出现大面积失稳或塌落现象的岩土工程，应采用预应力锚杆进行设计建设。

上述问题的存在大多集中在岩土边坡、混凝土坝、桥
梁受拉结构以及基坑挡土墙结构，因此，岩土工程建设人员在遇到上述施工条件时，均要引
起注意，从而提高锚杆结构设计的适用性。

而非预应力锚杆因其力学性能特点，仅作用于跨
度小于10m或处在 II、III级的围岩环境中，从而发挥出控制边坡锚杆工程预应力锚杆间的土
体变形、小块岩石滑动以及加固开挖深度较小基坑边坡的作用效果[3]。

3.岩土锚杆设计与承载力控制要点
3.1 筋体截面设计
预应力筋体的设计控制要点主要集中在满足张拉预应力要求。

预应力锚杆是由锚头、杆体锚
固段以及杆体自由段组成，如图2所示。

设计人员应按照国家相关管理部门制定的规范标准
来进行筋体截面设计。

图2 预应力锚杆结构示意图
此过程，要求设计人员充分结合锚杆材料来采用具有针对性的张拉方式。

例如，当筋体材料
为多股钢绞线，且预应力锚杆埋设于地层，这就意味着其处在作用条件恶劣的环境，即钢丝
易在地下水或是潮湿介质的环境中出现腐蚀问题。

为此，设计人员应严格按照抗力要求，将
预应力锚固筋体的张拉应力水平控制在钢筋极限抗拉强度标准值的60%。

这是避免预应力锚
杆出现腐蚀问题影响到的有效设计方法[4]。

3.2 自由段设计
自由段设计要点是通过控制其长度来实现的。

以预应力锚杆为例，其自由段指的是，锚杆锚
头与锚固段之间的长度，其实现拉力传递给给锚固体及其周边地层有效性的关键。

在国际上，锚杆自由段的长度设计应控制在4.5～5.0m之间。

然而，在我国的基坑岩土工程中，土锚自
由段的长度设置普遍较小，当锚杆的拉力接近筋体的屈服强度时，就会面临杆体破损问题的
危险。

这是由于自由段长度设计不够，使得难以作用于锚杆使用过程中因杆体弹性增长而出
现拉应力增加的控制。

针对这一问题，相关设计人员可对锚杆自由段长度进行设置调整，从
而提高岩土锚固工程的作用稳定性，进而避免锚杆结构受损甚至是坍塌现象的出现[5]。

3.3 锚固段设计
岩土锚固工程中预应力锚固段的功能效果，是借助机械装置以及注浆体作用于锚杆杆体的拉
力来实现传递到周围地层目标的。

研究表明，锚杆的抗拔承载力是随着锚固段的长度增加而
增大的，因此基坑支护设计人员按照传统的计算公式，来确定锚杆锚固段的长度，而锚固段
的长度设置要求是有限。

而在此情况下，部分基坑锚拉桩墙的锚杆锚固段已经设置到了18～25m。

经实际工程项目设计使用证实，当锚杆锚固段近端的黏结应力峰值达到底部时，就会
出现注浆体与周边岩土地层黏脱问题。

以某基坑工程为例，其处在黏质粉土与粉质黏土环境中，设计人员对其进行了锚杆抗拔试验，即当锚杆锚固段长度由18m缩短为10m后，锚固
段注浆体与周边土层间的平均黏结应力提高了57%～61%之间。

由此可以看出，超越有效发
挥黏结效应的锚杆锚固段长度，并不能提高锚杆的抗拔承载力，过长的锚固段是不具有效性
与经济性的，反而会降低锚杆施工效率，增加工程成本，推迟施锚时机，对岩土锚固工程带
来不少负面影响。

因此，设计人员应结合岩土工程实际情况，来设置锚杆锚固段的长度[6]。

3.4 受拉承载力控制
受拉承载力的控制可采用单孔复合锚固法、后高压注浆锚固法以及扩体扩头锚固法，来提高
岩土锚固工程的结构稳定性。

单孔复合锚固法，就是在一个钻孔内设置 2 个或 2 个以上单元
锚杆，各单元锚杆均有独立的杆体自由段与杆体锚固段。

当对各单元锚杆分别作用张拉力后，注浆体与地层间的黏结应力分布均匀，从而达到充分利用锚固段周边地层抗剪强度的目的。

后高压注浆锚固法的应用，就是将附有袖阀管、密封袋等特殊装置的锚杆杆体插入孔内后，
用注浆枪向锚杆锚固段灌注水泥浆形成圆柱状。

当注浆体强度达到 5.0 MPa 后，就能在很大
程度上提高注浆体与地层间的黏结强度。

扩体扩头锚固法，就是利用锚固段变截面处土体的
支承阻力，从而大幅度提高锚杆的极限抗拔力。

4.结语
综上所述，岩土锚固工程要在明确预应力锚杆以及非预应力锚杆力学应用效果的情况下，将
其作用于与之匹配的工程建设项目中。

此外，在设计岩土锚杆结构与控制承载力过程中，相
关人员要结合锚杆材料来采用具有针对性的张拉方式；控制自由段、锚固段长度以及采用单
孔复合锚固法、后高压注浆锚固法以及扩体扩头锚固法，来提高结构受拉承载力的作用效果。

这是优化岩土锚固工程建设使用安全稳定性的重要力学概念，相关建设人员应将其应用于实
际基坑项目中，从而实现地区经济建设的可持续性目标。

参考文献
[1]程良奎,张培文,王帆.岩土锚固工程的若干力学概念问题[J].岩石力学与工程学
报,2015,04:668-682.
[2]赵瑞.岩土锚固工程安全性能影响因素分析[J].湖南城市学院学报(自然科学版),2016,01:52-53.
[3]杨丽珍,张昕朗,孙鹏.岩土锚固工程的若干力学概念问题[J].中国建材科技,2016,03:153+160.
[4]卢遥,姜海峰.岩土锚固工程的长期性性能分析与安全评价[J].河南科技,2013,17:31.
[5]叶根飞.岩土锚固荷载传递规律与锚固特性试验研究[D].西安科技大学,2012.
[6]王波.岩土锚固工程技术的发展和存在的问题[J].科技与企业,2013,05:188.。