李晓军，李世民，徐宝
（总参工程兵科研三所，河南洛阳471023）
[摘要]通过大量文献研究和广泛工程调研，从6个方面综合论述了近期国内外新型岩土锚杆（索）的发展现状，即用于地下工程支护、域市基坑加固、腐蚀地质工程加固、软土地层工程加固、地下洞室抗爆以及边坡地震灾害治理 的新型岩土锚杆（索）.在此基础上，分析了当前错杆（索）发展中仍存在的主要问题，并指出了今后需要进一步开展的重要工作，包括针对深地下工程支护问题加强对屈服型锚杆（索）的研发，针对锚固工程耐久性问题加强对非对扩体型锚杆（索）的研发以及针对地下洞室锚固抗爆问题加强对新型抗爆错杆（索）的研发. 金属锚杆（索）的研发，针对城市基坑工程加固问题加强对回收锚杆（索）的研发，针对软土地层工程加固间题加强
[关键词]岩土工程；错固；锚杆；错索；发展现状
[中图分类号]TD353 [文献标识码]A
[文章编号〕1002-8498(2015）07-0037-07
NewDevelopmentandProspectofGeotechnicalBoltsandCable-bolts
Li Xiaojun Li Shimin Xu Bao
( The Third Research Instinute of Engineers of the General S&aff Lnoyang He’ nan 471023 Chine)
Abstraet; Through a great deal of literature research and extensive engineering investigation the currentdevelopment state of dmestie and foreig new getechnical bolts and cable-bols is synthetically discussedfrom six aspects such as the new geodechnical bolts and cable-bolts for underground engineering support city foundation ditch reinforcement corrosive geotechnical engineering reinforcement sofl soil stratum engineering reinforcement underground cavern blast-resisting and slope seismic hazard cure. Based onthe above discussion the main problems still exist in current geotechnical bolt and cable-boltdevelopment is analyzed and the important work which should be carried out in future is pointed out. Itincludes the development of yieldable bolt and cable-bolt for deep underground engineering supportproblem the development of non-metal bolt and cable-bolt for anchor engineering endurance problem the development of removable bolt and cable-bolt for city foundation ditch reinforcement problem thedevelopment of body-expanded bolt and cable bolt for sof stratum engineering reinforcement problem and the development of new blast-resisting bolt and cable bolts for underground carven blast-resistingproblems.
Key words :geotechnical engineering: anchors ; bolts; anchor cables; current development state
自1872年首批锚杆在英国北威尔士（N.兴未艾，在锚固理论、设计计算方法、施工工艺、锚工程实践中已解决了难以计数的岩土工程问题，产的创新发展尤为突出，最能直接反映锚固技术取得（索）的开发，经过大量的科学研究和工程实践，已研制出了多种新型锚杆（索）.本文通过大量的文献研究和广泛的工程调研，从地下工程支护、城市 基坑加固、腐蚀地质工程加固、软土地层工程加固、地下润室抗爆及特殊地质灾害治理方面对新型锚杆（索）的发展现状作综合闸述.在此基础上，分析
Wales）的一家板岩采石厂投入使用以来，以锚杆固检（监）测、标准化建设、新结构（材料）锚杆（索）（锚索）为代表的岩土锚固技术，在100多年的岩土等方面都取得了很多可喜的成就.其中，锚杆（索）生了无法估量的社会、经济效益，与此同时，岩土锚的重大进步.国内外锚固工程界致力于对锚杆固技术自身也得到了持续发展和不断完善，保持着旺盛的生命力.
近10多年来，国际岩土锚固技术的发展更是方
了当前岩土锚杆（索）发展中仍存在的主要问题，指出了今后需进一步开展的重点研究工作.
1用于地下工程支护的新型锚杆（索）
我国著名防护工程专家钱七虎院士曾指出”：“21世纪是地下空间的世纪.”当前，随着世界各国地下设施建设不断加强和采矿业的迅速发展，在地下工程建造中已越来越多地需要应对各种形式的 危害（如岩爆、大变形等），传统的全长黏结型锚杆已难以适应复杂的荷载环境.为此，国内外工程技术人员对用于地下工程支护的锚杆（索）进行了改造和发展.
用于地下工程支护的新型吸能锚杆3，可有效治 D锚杆是挪威科技大学于2010年研制的一种理地下工程中的围岩挤胀变形、塌方、岩爆等灾害（见图1）.这种锚杆由光滑杆体及杆体上突出的锚定件组成，锚杆全长注浆.锚定件包括桨叶型和波 纹型两种.当围岩变形时，锚定件固定在注浆体中，锚定件间的光滑杆体可自由变形，穿过围岩开裂面的杆体受荷均匀，显著低于全长黏结螺纹钢锚年研制出用于地下工程支护的Yield-Lok锚杆[4] 杆受到的集中荷载.加拿大JENNMAR公司于2008（见图2）.这种锚杆主要利用缴租的锚头在聚合物包壳内的滑动从而产生屈服位移.
图1D锚杆结构示意
Fig. 1 Sketch of D-bolt structure
图2Yield-Lok锚杆结构示意Fig. 2 Sketch of Yield-Lok bolt structure
除上述2种典型锚杆外，国外用于地下工程支护的新型锚杆（索）还有澳大利亚科廷科技大学于2008年研制的Garford锚杆，奥地利Alas公司于 2007年研制的Roofex锚杆，瑞典皇家理工学院于2005年研制的新型吸能锚杆，南非SRK矿业咨询公司于2005年研制的Duracable锚索”等.这些
锚杆（索）大都结构和材料新颖，承载力高，可变形量大，其有良好的抗静动载性能.
近年来，国内也开发了几种新型锚杆（索），比较典型的有中国矿业大学于2011年开发的恒阻大变形错杆，山东大学于2010年开发的高强预应力让压锚杆以及煤炭科学研究总院于2011年开发的新型笼形锚索.恒阻大变形锚杆是专门针对大变形 巷道和高应力巷道而研制的，是可以保持恒定阻力并靠机械滑动装置延伸的锚杆.高强预应力让压锚杆是通过位于垫板和螺母之间的金属让压套管压缩变形实现让压的锚杆，有效地避免了锚杆螺母 处的应力集中（见图3）.新型笼形锚索是对传统单束矿用锚索的改进.这种锚索在锚固段使钢绞线展开，形成了中空的“鸟笼”.鸟笼可保证锚索在孔中对中，并增加锚固面积，从面获得较大抗拔力.
图3高强预应力让压锚杆
Fig. 3 Prestressed high-strength yieldable bolt
2用于城市基坑加固的新型锚杆（索）
近年来，随着土地市场化的发展，人们对地下空间的产权意识日益增强，锚杆（索）施工时超越“红线”的现象越来越受到限制.另外，锚杆（索）在基坑加固中的大量使用，也导致对城市地下环境造 成的污染越来越严重.为此，国内外众多科研院所和施工单位针对这种情况开展了多种可回收锚索的研制工作，并收到了良好的经济和社会效益.
国外对锚索施工超越“红线”问题关注比较早，索]，比较典型的有德国DYWIDAG-Syslems公司 20世纪90年代中期就已开发出了多种可回收式错研制开发的DYWIDAG回收式锚索，英国学者Anthony D.Barley等开发研制的 SBMA 回收式锚索，日本国土防灾株式会社开发的JCE回收式锚索以及日本KTB协会开发的KTB荷载分散型回收式 锚索等.这些可回收式锚索从施工工艺上大致可分为机械式回收、力学式回收和化学式回收3种.
在发达国家中，日本对可回收锚索的研究尤为于2007年开发出了IH可回收式锚索[4]（见图 重视，近年来一直在不断改进.日本飞岛建设公司4），是一种可设置成压力分散型的可回收式锚索.这种错索利用锚固段内设置的电磁线圈加热熔断错索，从面实现对锚索的回收，其回收效率较高，只
需对电磁线圈通电80s便可熔断钢绞线（见图5），回收时，只需人力便可将钢绞线拔出.与日本的很 多传统可回收锚索相比，IH可回收锚索具有设计灵活（钢绞线既可双数使用也可单数使用）、成本低、易回收、钢绞线可重复使用等优点.
图4IH可回收销索的销固段构造
Fig. 4 Anchorage section structure of theIH recoverable cable-bolt
图5电磁线圈通电后熔断钢绞线Fig. 5 Fusing steel strand after magnet coil being electrified
日本日特建设公司于2008年开发出了一种自行切断式可回收锚索（见图6），也是一种压力型锚索.这种锚索回收时，借助千斤顶的拉拔作用，利用内锚头的超硬切割装置，自行将锚索切断，从面实现对锚索的回收（见图7）.这种锚索承载力比 传统可回收锚索高约20%：自行切断能力强，回收时需要施加的荷载较低；对于25m以上长度的锚索，其与日本很多传统回收锚索相比回收速度可提高4倍以上.
图6自行切断式可回收锚索的锚头Fig. 6 Anchor head of self cutting-offremovable cable-bolt
与国外一些发达国家相比，国内开展回收式锚
图7自行切断式可回收锚索的回收过程Fig. 7 Removing process of self cutting-offremovable cable-bolt
杆（索）的研究起步相对晚些，但发展很快，已有多 家科研院所和施工单位开展了有关可回收锚杆（索）的研制工作，并取得了多项研究成果（227].总参工程兵科研三所曾于2003年研制出一种压力分散型的U形回收式锚索.北京力川地基工程公司8）.深圳钜联锚杆技术有限公司于2006年开发出 于2007年研制出直列无级调压式回收锚索（见图JL可回收锚索（见图9），是一种后弹开扩大头回转型可回收锚索，克服了普通等直径U形锚索的一些缺点.广州泰基工程公司于2009年研制出LTRA 可回收锚索，是一种主副索式的可回收锚索.上海房睿建筑科技有限公司于2012年开发出一种新型的置入式可回收土钉.
图8压力分散型的直列无级调压式可回收锚索regulating removable cable-bolt
Fig. 8 Pressure-dispersive straight endless pressure
图9JL可回收锚索锚头的弹开和闭合状态Fig. 9 Opened and closed state of the head of JL removable cable-bolt
3用于腐蚀地质环境的新型镭杆（索）
在使用钢材作为拉杆的永久性锚固工程中，一个重要问题是钢拉杆的防腐.钢材自身的物理化学性质、地下水和地层的水化和电学性质以及地层的化学成分都对锚杆（索）腐蚀的形成和发展具有 重要影响.目前，对处于腐蚀地质环境的水久性锚固工程，要么使用轻质高强、耐腐蚀、低松弛的非金属锚杆（索）代替钢锚杆（索），要么就是对钢锚杆（索）进行繁琐的防护处理.
在欧洲、北美、日本等发达国家与地区，20世纪（索），力求从根本上解决由钢筋或钢绞线腐蚀所引起的工程耐久性问题.这类非金属锚杆（索）大多为采用玻璃（glass）纤维、芳纶（aramid）纤维、碳杆（索）体[16].意大利SIREG.SPA公司于20世 （cartbon）纤维以及一些特殊纤维材料增强的塑料筋纪90年代初研制出系列化的玻璃纤维锚索.美国Hughes Brothers 公司于20世纪90年代中期制作出玻璃纤维筋锚杆.日本Highway Public公司和SumitomoConstruction公司于20世纪90年代中期 开发出采用芳纶纤维增强的Technora筋锚杆.20世纪90年代中期，意大利SIREG.SPA公司研制出采用碳纤维增强的CARBOPREE筋锚杆（见图10）.日本的 Zenitaka-Gumi，Kajima等公司于20世纪 90年代中期开发出CFCC（碳纤维绞线）和Leadline（棒 形碳纤维）筋锚杆.英国学者MJTumer于20世纪90年代末研制出一种名为Paraweb聚酯织带的锚杆，这种锚杆由1根或多根Paraweb聚酯织带绕过钻孔底部而构成受拉杆件（见图11）.
图10CARBOPREE筋销杆及销具
Fig. 1o CARBOPREE bolts and anchorage ponents
图11Paraweb聚醋织带Fig. 11 Paraweb polyester mesh-belt
究起步较晚，研究机构主要集中在一些高等院校等 相对于国外来说，国内对非金属锚杆（索）的研
部门.目前，国内也有一部分公司拥有自己的非金属锚杆产品，如深圳海川实业有限公司于2006年开 发的路威2006FRP锚杆等.
国内为有效提高锚固工程的使用寿命，除开发非金属锚杆（索）外，还努力寻求开发具有防腐性能的金属锚杆（索）.四川准达岩土工程公司于2006年研制了自由式单孔多错头防腐型预应力锚索（见 图12）.这种锚索其有有效防腐、克服锚固段应力集中、有效减小孔径、全孔一次注浆、可进行二次补偿张拉等特点.
4用于软土地层环境的新型铺杆（索）
提高软土地层环境中单根土锚的锚固力，对于降低锚固技术施工成本及扩大使用范围具有重要意义.目前，常用的方法主要有2种，即扩体型锚杆（索）和二次高压灌浆锚杆（索）.
究（”，20世纪80年代末，瑞典的Aias公司开发出 国外较早就对扩体型锚杆（索）开展了研一种由折叠铁片组成的囊袋扩体锚索，英国开发了Soilex囊袋扩体锚索：20世纪90年代，英国万用锚杆公司开发出UAC扩孔锚杆，英国Fondedile基础公司开发出具有多个圆锥错固体的锚杆，法国学者 Soletanche开发出一种可在松软土、岩溶地层以及低承载力的地层中反复灌浆的IRP锚杆.
国内对扩孔地锚的研究也一直十分重视，20世纪90年代，我国台湾学者卢锡焕发明设计了保壮PCBA扩孔地锚：台湾大地工程股份有限公司特制 的扩孔器可在锚固段上扩成多个圆锥形扩体.深圳钜联锚杆技术公司于2001年开发了一种利用高压水射流束在土层中进行扩大头锚杆施工的工艺方法，被命名为“ⅡL扩大头错杆”或“高压喷射扩大发出了一种新型承压式囊袋扩体锚索（见图13）. 头锚杆”.我国京冶地基工程公司则于2011年开这种错索具有如下特点：锚索囊式扩体段通过压力注浆向外均匀挤压，保障索体的置中：囊式扩体段拉拔力：囊内灌注高强度水泥浆体，其结石体 对周边土体产生挤张作用，形成扩大头，增加锚杆
图12自由式单孔多锚头防腐型预应力锚索结构示意
Fig. 12 Structure sketch of fre-style single-hole multi-anchor head anticorrosive prestressed cable-bolt
强度>40MPa，可保证锚固端头强度.
图13待送入孔中的新型承压式囊袋扩体销索 Fig 13 New load-bearing capsule-bagbody-expanded cable-bolt
5用于地下洞室抗爆的新型锚杆（索）
研究地下润室在爆炸荷载作用下的安全问题具有重要的经济和军事意义.大量科学研究和工程实践表明，经过锚杆（索）加固的地下润室除其有 良好的抗静荷载性能外，还具有优异的抗爆炸荷载的性能.因此，锚固技术本身也是一种很好的地下润室抗爆技术.
国内曾对普通全长黏结锚杆（索）的抗爆性能开展过大量的研究工作，近期又对一些新型锚杆 （索）的抗爆性能开展了研究.总参工程兵科研三所近期开发出一种新型端部消波锚杆及一种新型挤压套屈服锚索.所谓端部消波是指在锚杆钻孔端部设置一段空孔（见图14），利用这段空孔削弱来 袭爆炸应力波.挤压套屈服锚索则采用以柔克刚的办法，利用挤压套屈服机构的伸长来实现对洞室围岩大变形的让压.研究表明，端部消波锚杆和挤压套屈服锚索都具有较好的抗爆性能.
图14端部消波锚杆支护润室示意Fig. 14 Sketch of supporting caverns with end
国外也比较重视抗爆锚杆（索）的研究.20世纪90年代中期，南非学者W.D.Orlepp曾对一种锥头屈服锚杆的抗爆性能开展了大量的模型试验工 作[2-（见图15），结果表明，相对于普通全长黏结锚杆，锥头届屈服错杆具有十分优良的抗爆性能.这种锚杆的锥形头部可在注浆体内位移，同时保持锚
固力，光滑杆体则可变形延伸.新加坡防护科学技新型抗动载屈服锚杆的抗爆效果（见图16），进行了 术局（DSTA）曾于2000-2001年为检验瑞典的一种多次大规模的原型坑道内爆炸试验.实测结果表明，这种锚杆发挥出了很好的抗爆作用.
图15锥头屈服锚杆的工作机理
Fig. 15 Working mechanism of cone head yieldable bolt
图16新型抗动载屈服锚杆结构示意Fig. 16 Schematic of a new type of resistingdynamical load yieldable bolt
6治理边坡地震灾害的新型镭杆（索）
汶川地震后，我国错固工程界调查分析了地震对锚固边坡的破坏情况，发现在高烈度地震区锚固 工程存在较严重的破坏现象，如错头破坏、地梁或框架失效、锚索松弛和索体拉断等，于是开始思考开发能够治理严重地震灾害的预应力抗震锚索.
重庆交通科研设计院于2011年开发出了一种用抗震锚固体系和抗震装置，以抗震内锚具为核心 新型抗震锚索.这种锚索以压力型锚索为基础，采构件（见图17）.该锚固体系可缓冲地震冲击力并与岩土体协调变形，从而避免锚固体系发生毁灭性破坏.目前，这种抗震锚索已在四川、云南等地高 速公路边坡工程中得到应用.
图17某边坡工程中使用的抗震镇索的销头Fig. 17 The anchor head of anti-earthquake cable- bolt used in one slope engineering
7存在的问题及今后需开展的工作
综上所述，近10多年来国内外岩土错固界在新型锚杆（索）开发利用方面已取得了令人瞩目的成
