錨桿作為巖體工程的主要支護(hù)材料，廣泛應(yīng)用于巖土與地下工程中。錨桿加固的實(shí)質(zhì)是對(duì)巖體施加錨固力，以提高巖體的穩(wěn)定性。錨桿的錨固力是指錨桿對(duì)支護(hù)體產(chǎn)生的約束力，是巖體支護(hù)工程設(shè)計(jì)中的一個(gè)關(guān)鍵因素，是反映錨桿支護(hù)效果的重要指標(biāo)。然而，錨固力的鎖定值隨巖體條件、錨固長(zhǎng)度、水、溫度及施工質(zhì)量等因素的變化而變化。錨桿錨固力損失超過(guò)一定值時(shí)，將導(dǎo)致其錨固功能減弱或支護(hù)失效，給工程帶來(lái)極大危害。因此有必要對(duì)錨桿錨固力和錨固效果的影響因素進(jìn)行分析和研究。

　　由于錨桿在巖石介質(zhì)中受力狀態(tài)復(fù)雜多變，錨桿的錨固力難以直接通過(guò)試驗(yàn)獲得，錨固力的計(jì)算也相對(duì)較困難。因此，工程中常用拉拔試驗(yàn)來(lái)間接測(cè)定鋪桿鋪固力，通過(guò)拉拔試驗(yàn)測(cè)得拉拔力來(lái)分析錨桿與錨固體(如混凝土)之間的錨固效果。本研究選用的玻璃鋼錨桿屬于黏結(jié)型錨桿，其與巖體之間的錨固性能是通過(guò)黏結(jié)作用實(shí)現(xiàn)的。因此，影響玻璃鋼錨桿錨固力大小的因素有很多，除了錨固材料的黏結(jié)強(qiáng)度、錨固長(zhǎng)度、錨固時(shí)間等這些明顯的因素外，溫度、圍巖條件、錨桿質(zhì)量等因素對(duì)玻璃鋼錨桿的錨固力也有較大的影響。為了深入分析玻璃鋼錨桿的錨固機(jī)理和合理設(shè)計(jì)玻璃鋼錨桿支護(hù)參數(shù)，本研究進(jìn)行了室內(nèi)拉拔試驗(yàn)以分析其錨固力和錨固效果的影響因素和規(guī)律。在結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研的基礎(chǔ)上，針對(duì)錨固長(zhǎng)度、錨固時(shí)間、錨固材料等主要影響因素，設(shè)計(jì)進(jìn)行了3種對(duì)比試驗(yàn)方案，通過(guò)室內(nèi)玻璃鋼錨桿拉拔試驗(yàn)來(lái)研究它們對(duì)玻璃鋼錨桿錨固力的影響規(guī)律。

1　試驗(yàn)概況

       試驗(yàn)采用的玻璃鋼錨桿是以玻璃纖維(GFRP)為增強(qiáng)材料，以合成樹(shù)脂為基體材料，并摻入適量的輔助劑，采用拉擠成型技術(shù)和特殊的表兩處理所形成的一種新型復(fù)合材料錨桿，基本參數(shù)為：直徑18 mm，桿體抗拉力140 kN，桿體抗拉強(qiáng)度650 MPa，連接部分及螺紋承載力50 kN。樹(shù)脂錨固劑基本參數(shù)見(jiàn)表1。


       試驗(yàn)過(guò)程中，采用水泥砂漿制作的混凝土塊模擬現(xiàn)場(chǎng)巖體，混凝土塊的尺寸為2000 mm×20 mm×200 mm(長(zhǎng)×寬×高)。水泥砂漿采用325#水泥及細(xì)粒沙子制作而成，水沙比為1:2:5，水的用量為2.2 m3／kg。水泥砂漿作錨固材料時(shí)，直接在制作而成的模型中插入玻璃鋼錨桿；樹(shù)脂錨固劑作錨固材料時(shí)，需在模型中預(yù)留占徑30 cm的鉆孔，以塞入錨固劑對(duì)錨桿進(jìn)行錨固。試驗(yàn)采用ZY型錨桿拉拔儀測(cè)定玻璃鋼錨桿的最大抗拉拔力。試驗(yàn)裝置如圖1所示。

2　試驗(yàn)方案和結(jié)果

       試驗(yàn)主要從錨固長(zhǎng)度、錨固時(shí)間、錨固材料3個(gè)方面對(duì)錨固力的影響進(jìn)行分析研究。受試驗(yàn)工作量影響，采用單因素對(duì)比分析方法，即在分析某一影響因素時(shí)，將其他因素統(tǒng)一，從而分析該因素的變化對(duì)于拉拔力大小的影響程度。為此，分別設(shè)計(jì)了3個(gè)對(duì)比試驗(yàn)方案。

        2.1　錨固長(zhǎng)度對(duì)錨固力的影響

　　 試驗(yàn)過(guò)程中，設(shè)計(jì)進(jìn)行了8組不同錨固長(zhǎng)度的玻璃鋼錨桿錨固試驗(yàn)，錨固長(zhǎng)度分別為18、36、54、72、90、108、126、144cm，每種錨固長(zhǎng)度列應(yīng)1件試驗(yàn)?zāi)Ｐ?，通過(guò)8組試驗(yàn)?zāi)Ｐ头治鲥^固長(zhǎng)度對(duì)錨固力大小的影響。錨固劑的長(zhǎng)度為18cm，試驗(yàn)通過(guò)增減錨固劑的數(shù)量改變錨固長(zhǎng)度研究不同錨固長(zhǎng)度對(duì)拉拔力的影響規(guī)律。其中，第1-1件模型錨固長(zhǎng)度18cm，采用1根錨固劑端頭錨固；第1-2件模型錨固長(zhǎng)度為36cm，采用的是2根錨固劑端頭錨固；...，第1-8件模型錨固長(zhǎng)度為144 cm，采用全長(zhǎng)錨固的形式。試驗(yàn)方案和試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

從表2中的試驗(yàn)數(shù)據(jù)和試驗(yàn)現(xiàn)象對(duì)比可以看出，當(dāng)錨固長(zhǎng)度較小時(shí)，即采用端頭錨固形式時(shí)，玻璃鋼錨桿出現(xiàn)松動(dòng)，甚至被拔出的現(xiàn)象，且所測(cè)拉拔力很小，如第1-1、1-2、1-3件模型；當(dāng)錨固長(zhǎng)度繼續(xù)增加，錨固力也開(kāi)始增大，表現(xiàn)為拉拔力逐漸增大，玻璃鋼錨桿未出現(xiàn)松動(dòng)，但錨桿被拔出4 cm左右，如第1-4、1-5件模型；當(dāng)錨固長(zhǎng)度增加到總長(zhǎng)的1／2以上時(shí)，玻璃鋼錨桿未出現(xiàn)松動(dòng)，拉拔過(guò)程中伴隨著“吧吧”的響聲，錨桿拉拔力也開(kāi)始增大，平均拉拔力大小超過(guò)支護(hù)工程要求的拉拔力大小，但錨桿仍被拔出3 cm左右，如第1-6、1-7件模型；當(dāng)進(jìn)行全長(zhǎng)錨固時(shí)，玻璃鋼錨桿未被拔出，測(cè)得錨桿拉拔力也較大，滿足工程支護(hù)的要求，如第1-8件模型。

　　根據(jù)玻璃鋼錨桿拉拔力與錨固長(zhǎng)度的關(guān)系曲線(本文從略)，隨著錨固長(zhǎng)度的增加，錨桿拉拔力也增大，但不存在線件關(guān)系，錨桿拉拔力大小受錨固長(zhǎng)度影響較顯著。玻璃鋼錨桿拉拔試驗(yàn)過(guò)程中錨固長(zhǎng)度不同時(shí)，玻璃鋼錨桿、錨固劑、混凝土塊界面之間的黏結(jié)摩阻力不同，導(dǎo)致玻璃鋼錨桿抗拉拔力隨著錨固長(zhǎng)度的增加而增大。

　　實(shí)驗(yàn)室開(kāi)展拉拔試驗(yàn)時(shí)，玻璃鋼錨桿抗拉拔力的大小主要取決于錨桿桿體材料強(qiáng)度、錨固劑與桿體間的黏結(jié)摩擦力及錨桿與錨固劑組成的錨固體與混凝土塊蒯的黏結(jié)摩擦力。試驗(yàn)選用的玻璃鋼錨桿桿體材料強(qiáng)度致，而錨固體與混凝土塊之間的黏結(jié)摩擦力由3部分組成：①水泥膠體與混凝土塊表面的化學(xué)膠著力。②錨固體外表而與混凝土塊接觸面上的摩擦力。⑧錨固體外表面粗糙產(chǎn)生的機(jī)械咬合作用。其中，化學(xué)膠著力很小，發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)時(shí)，黏結(jié)力主要由摩擦力和咬合力提供，當(dāng)錨固劑數(shù)量越多，錨固長(zhǎng)度越長(zhǎng)時(shí)，錨固體與混凝土塊間的摩擦力和咬合力越大，黏結(jié)力越大，錨桿的抗拉拔力越大。

　　另一方面，錨固劑與錨桿桿體之間的黏結(jié)摩擦力實(shí)際上也由3部分組成：①錨固劑凝結(jié)形成膠凝體剝玻璃鋼錨桿表面產(chǎn)生的膠結(jié)力。②錨固劑收縮將桿體裹緊而產(chǎn)生的摩擦力。③桿體表面凹凸不平與錨固劑之間產(chǎn)生的機(jī)械咬合作用力。當(dāng)錨固長(zhǎng)度越長(zhǎng)時(shí)，錨固劑列錨桿的膠結(jié)力越大，且錨桿桿體與錨固劑接觸面積越大，錨固劑與桿體間的摩擦力和機(jī)械咬合力越大，錨桿的抗拉拔力越大。因此，玻璃鋼錨桿的抗拉拔力隨著錨固長(zhǎng)度的增加而增大。

　　采用端頭錨固時(shí)，錨桿拉拔力為22.1 kN(模型1)、29.1 kN(模型2)；采用全長(zhǎng)錨固時(shí)，錨桿拉拔力為89.7 kN(模型8)。而一般工程支護(hù)過(guò)程中，錨桿拉拔力要求不低于50 kN。因此，端頭錨固時(shí)的玻璃鋼錨桿拉拔力不滿足支護(hù)要求；當(dāng)錨固長(zhǎng)度處于端頭錨固和全長(zhǎng)錨固之間時(shí)，玻璃鋼錨桿的拉拔力雖然滿足支護(hù)要求，但玻璃鋼錨桿出現(xiàn)被拔出的現(xiàn)象，整個(gè)支護(hù)體系出現(xiàn)松動(dòng)，不能有效地滿足巷道支護(hù)的要求；全長(zhǎng)錨固時(shí)，玻璃鋼錨桿的平均拉拔力達(dá)到90 kN，且沒(méi)有出現(xiàn)松動(dòng)現(xiàn)象，可以適應(yīng)圍巖松軟破碎地質(zhì)條件復(fù)雜的支護(hù)環(huán)境，故宜進(jìn)行全長(zhǎng)錨固。

2.2　錨固時(shí)間對(duì)錨固力的影響

　　考慮到水泥砂漿凝固受時(shí)間影響較大，試驗(yàn)選用水泥砂漿作為錨固材料來(lái)研究錨固時(shí)間與錨固力之間的關(guān)系。試驗(yàn)方案和試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。