膨胀控制摩擦型锚杆的研制及其锚固原理研究

For the grouted bolts both for foundation pit cause obstacles around the late of the underground space development and diseconomy characteristics, in the field of foundation pit support engineering. This topic puts forward the development idea of expansion control friction anchor, its anchorage section is made of a expansion mechanism wrapped by a specific soil mechanism, and expansion force of expansion mechanism can be manually set in real time by a pneumatic mechanical or hyraulic technology, thus that realizes the dynamic expansion and contraction of the expansion mechnism. The expansion mechanism makes the compaction mechanism contact extrusion or out of the sand from anchor distributed wall, friction force generated when the soil is squeezed into contact, and frictional force is transmitted to the reinforcement by external locking hole and formed anchor pull force system; after the compaction mechanism from soil, anchor can be completely recycled. According to the above principle, the project designs to produce the different type of expansion control friction anchoranchor, which is divided into two categories, inflated bolt and mechanical expansion bolt; then anchor samples will be used for field test to test the pull out bearing capacity and limit anchoring force law ; to study the compaction mechanism and to research deformation and failure characteristics of different form soil when it is to withstand internal expantion; to find the limit expansion force can be used by expandable soil compaction friction anchor in different type of soil; to explore the design and construction parameters, design and construction of the technological process.

针对基坑支护工程领域中的注浆锚杆既给基坑周边地下空间的后期开发造成障碍，又不经济的缺点。本课题提出研制膨胀控制摩擦型锚杆的设想，它的锚固段由特定的挤土机构包裹在一个膨胀机构外侧组成，通过充气或机械、液压技术，使得膨胀机构的膨胀力可以人工实时设定，实现膨胀机构的动态膨胀或收缩，从而使得挤土机构与锚孔孔壁发生接触挤压或者脱离，接触挤压时产生摩擦力，摩擦力通过拉筋传递到孔外锁定，形成锚拉受力体系；脱离后可完全回收再利用。依照上述原理，本项目设计制作出不同构造的膨胀控制摩擦型锚杆，有充气膨胀和机械膨胀两类；然后将这些锚杆样品用于现场试验，测试膨胀控制摩擦型锚杆的抗拔承载性能以及极限锚固力规律，研究膨胀控制摩擦型锚杆的锚固机理，同时也研究不同性态的土层在承受内部膨胀的变形破坏特征，寻求不同土体中膨胀控制摩擦型锚杆能够使用的极限膨胀力；探索膨胀控制摩擦型锚杆的设计施工参数及设计制作、使用的工艺方法。

针对基坑支护工程领域中的注浆锚杆既给基坑周边地下空间的后期开发造成障碍，又不经济的缺点。本课题提出研制膨胀控制摩擦型锚杆的设想，设计不同构造的膨胀控制摩擦型锚杆，即充气膨胀和液压机械膨胀两类，探索膨胀控制型锚杆的设计施工参数及设计制作、使用的工艺方法。将2类锚杆样品用于现场试验，测试膨胀控制摩擦型锚杆的抗拔承载性能以及极限锚固力规律，获得2类膨胀控制摩擦型锚杆的抗拔承载性能、适用条件及其应用范围。揭示了极限膨胀力与土层物理力学参数的相关性，提出了充气膨胀控制锚杆承载力计算方法，建立了膨胀锚杆界面力学模型，提出了充气膨胀控制锚杆数值模拟方法。研究结果表明：充气膨胀型控制型锚杆的锚固力主要取决于挤土钢片与孔壁之间的摩阻力，当充气压力大于0.2MPa时，膨胀控制型锚杆的极限承载力大于一般注浆锚，充气压力0.4MPa 时极限承载力是一般锚杆的2.08倍，提高充气压力可大幅提高膨胀控制型锚杆的极限承载力；锚杆埋置越深，锚孔径向压力越大，锚杆的极限承载力提高；挤土钢片厚度过薄、长度过长，充气压力下弯曲变形明显，影响锚固效果；抗拉拔承载力理论公式计算值与试验结果基本吻合，验证了承载力计算公式的正确性；成功开展了充气膨胀控制锚杆的现场试验和应用，膨胀控制锚杆在限制土体位移、控制周边建筑物沉降方面效果显著。与其它类型锚杆相比，膨胀控制型锚杆主要优越性表现在: ① 施工简便、快捷、易操作； ② 用材简单，并可回收利用，能节约工程成本；③ 无废液、废气，无噪音，施工环保；④ 锚杆施工完毕可立即提供全部锚固，不像注浆锚杆那样需要等待达到强度，节约了施工工期；⑤ 可将被动的支护体系变为主动的支护体系，同时可根据工程变形控制需要对锚杆的承载力进行动态控制，以满足工程安全需要。从锚杆可完全回收、锚固力可调控、实时锚固、经济性好等功能出发，膨胀控制锚杆可直接推动绿色高效的基坑支护施工技术，在地下空间开发日新月异的当今时代，具有十分广泛的应用前景。