浅谈预应力锚杆(索)技术
摘要：预应力锚杆是一种可承受拉力的结构体系。它的一端被固定在稳定地层中，另一端与被加固结构紧密结合。分为荷载集中型与荷载分散型锚杆，由于固有的缺陷，产生了一种改良的压力分散型锚索，释放被锚固体的过大变形。
关键词：预应力锚杆；集中型；分散型
1 引言
要使无初始变形的锚杆发挥全部承载能力，外锚头则会产生较大的位移。为了控制这种位移在结构物所能容许的范围，一般是通过对锚杆施加预应力，同时在结构物或岩土体中产生应力，这便是预应力锚杆。预应力锚杆是一种可承受拉力的结构体系。它的一端被固定在稳定地层中，另一端与被加固结构紧密结合，形成一种新的结合体。它在安装后，可向被加固结构主动施加应力，限制其发生有害变形和位移。预应力锚杆由锚固段、自由张拉段和锚头组成。借助自由段杆体的伸长从而被永久张拉，可以将结构物或岩土体的拉力传递到地层深处，适用于对结构物与地层的变形有严格控制的工程。
2 荷载集中型锚杆
工程实践中应用最广泛的是拉力集中型锚杆，它在国内已经有40年的应用历史，有成熟的工程经验。拉力型锚杆的荷载是依靠其固定段杆体与灌浆体接触的界面上的剪应力由上部向底部传递的。锚杆工作时，固定段上部灌浆体中拉应力集中，并沿深度方向衰减。因此固定段上部灌浆体易出现裂缝，防腐性能差，影响锚固效果。压力集中型锚杆与拉力集中型锚杆在锚固段受力机理不同。压力型锚杆借助无粘结预应力筋使之与灌浆体隔开，束体直接和安装在孔底部的特制承载体相连。张拉时，荷载直接传至底部的承载体，再由承载体从底部向上推压灌浆体。压应力从底部向上传递，逐渐减小，这样有利于将不稳定体锚固在地层深部，且锚固段灌浆体为受压状态，不易开裂。压力型锚杆承载能力和变形性能均优于拉力型锚杆。
拉力型锚杆
压力型锚杆
图1 拉力型锚杆和压力型锚杆结构示意图
3 荷载分散型锚杆
由于荷载集中型锚杆在锚固段均可引起较大的应力集中（拉应力或压应力），可造成锚杆的损坏甚至失效，因此催生了可以防止锚固段应力过分集中的锚杆――荷载分散型锚杆。荷载分散型锚杆是将预应力筋分成数组，被分层固结在孔道的不同深度处。同组锚杆彼此等长，而不同组锚杆不等长。荷载分散型锚杆也分为拉力型与压力型，其中压力分散型锚杆受力性能更优。压力分散型锚杆所受拉力经由承载板加压于钻孔不同深度的注浆体上，使注浆体应力集中减少，有效避免被压碎的危险，注浆体受力更加均匀。
图1 压力分散型锚杆结构示意图
4 一种新型锚杆
压力分散型锚杆优点很突出，但是也有明显的缺陷。外锚头发生变形时，各级钢绞线应力分布不均会使锚杆失效，且不能进行极限承载力试验。一种改良的新型压力分散型锚杆，克服了原有的压力分散型锚杆结构的固有缺陷。通过在内锚固段设置可滑动的锚具，使预应力锚索有一定的应力释放能力，将被锚固结构的过大变形释放，保护锚索的应力水平，有效提高锚固结构的安全性与耐久性。
5 小结
本文介绍了几种预应力锚杆的性能及优缺点，并且提到了一种新型的压力分散型锚杆。目前预应力锚杆加固的计算理论还不够成熟，仍需要很多假定，但锚杆加固技术具有高效、经济、安全、可靠、适应性强的特点，大量应用于岩土加固领域。
参考文献
[1] 程良奎.岩土锚固的现状与发展[J] .土木工程学报，2001，34（3）
[2] 张浩.锚杆支护技术及工程应用[J] .四川建筑，2012，32（6）
[3] 饶枭宇，唐树名，罗斌.一种新型锚固结构―安全型压力分散锚索简介[J] .公路交通技术，2011（6）
[4] 闫莫明，徐祯祥，苏自约.岩土锚固手册[M] .北京：人民交通出版社，2004
[5] 程良奎，李象范.岩土锚固[M] .北京：中国建筑工业出版社，2008