【引言】目前，在我国边坡、基坑和矿井、隧洞以及一些地下工程中进行支架固定的是岩土锚杆，而岩土锚杆在地下工程中得到了广泛的应用。基坑、边坡、矿井和隧洞的支架锚杆为多少，锚杆的临界长度和承受的极限承载力就随着锚杆的临界锚固长度所计算，而现今的锚杆临界锚固长度的计算还只是施工人员凭着经验而得出，出于对地下工程的安全考虑，我们对锚杆长度正确的理论公式的需求也日益迫切。

 

　　1锚杆

 

　　在大型地下工程施工人员看来，锚杆并不陌生，它处于地下工程施工中一个支架的作用，也是最基本的组成部分，对地下工程的边缘也起了一个主动加固的作用[1]。锚杆并不像我们想象的那么巨大，你可以把它想象为是一根比螺丝起子还稍大一些的钉子就可以了。锚杆的组成因素有三点。

 

　　⑴在强度上，锚杆的拉力强度和抗压强度要高于岩土的质量，这样才能够支撑起整个庞大的地下工程；

 

　　⑵锚杆在和岩土相互接触时要软硬皆施，在对待岩土支架问题上它要比岩土的质量更加强硬；在与岩土进行融合的时候，又要能够与岩土形成摩擦阻力，与其紧密结合；

 

　　⑶锚杆的杆体对于整个巨大的地下工程而言相对娇小，但并不是将其埋入其中，而是要将其另一端伸出岩体外部，对整个岩土主体形成一份径向阻力。

 

　　锚杆与岩土主体相互产生拉力，中间粘结的摩擦力越大，临界锚固承受的压力就越大。

 

　　1.1锚杆的基本作用

 

　　锚杆的基本作用分为宏观作用和微观作用：

 

　　宏观作用：在岩土的表层产生纵向拉力作用，增加了岩土主体的粘聚性，克服了岩土主体的低抗压能力；

 

　　微观作用：在力学上将岩土表层与岩土体内形成一个新的复合体，在理论上将二者相互结合，使得岩土本体的承载能力大大加强。

 

　　1.2锚固长度

 

　　锚固长度是锚杆计算的基本要素，而它是指在大型地下工程中，房梁、底板、支柱以及其他受力钢筋伸入支架或者是地基中的具体总长度，在计算锚固长度的时候，可以是直线锚固或是弯折锚固。

 

 

　　在目前，我们虽然还未正式报道锚杆临界锚固长度的计算方式，一些经验丰富的大型地下工程人员介绍说，可以采用理想弹塑性荷载传递函数来进行计算，而后计算其极限承载力和锚杆长度的关系。什么是理想弹塑性荷载传递函数。简单来说就是将与土层性质、深度以及桩径等进行参数的极限摩擦阻力和极限位移的计算。

 

　　2.1理想弹塑性荷载传递函数

 

　　在由于地桩底端阻力所发挥的极限位移明显大于地桩间的侧阻力的发挥所需的极限位移，由地桩侧方的摩擦阻力阻止与地桩前段阻力的发挥。

 

　　2.2理想弹塑性荷载传递函数公式[2]

 

　　⑴当S当S>Su时，qs=qus=Const

 

　　⑵剪切变形系数Cs沿深度方向相同。

 

　　⑶地桩截面面积垂直上方系数越强，桩长长度就越长。

 

　　2.3极限承载力与锚固长度之间的关系

 

　　我们从上文可以得知，极限承载力与锚固长度承载力有关，锚固长度承载的力度越大，极限承载力适应力度也就越大，用最大极限承载力Pumax=sh(ky)P得知，锚固层性质和毛固体截面性质确定，极限承载力与锚固长度相互关联。在临界锚固长度内，锚固长度越长，极限承载力随锚固长度增加的速度就越慢，而锚固长度增加的情况不会超过极限承载力的百分之四。为了提高极限承载力的效率的角度来看，锚固长度不会大于0.6米。

 

　　2.4锚固长度与摩擦阻力和极限承载力之间的关系

 

　　⑴根据上文可得知，当la>lc时，根据锚固长度的概念，锚固长度可随锚固或弯或直，这些长度君不影响锚固长度真正数值；

 

　　⑵当0.6lc<la<lc时，锚固长度数值的减少之间影响到了摩擦阻力的数值，但是对于提高承载力方面，并没有任何直接影响。根据前文公式可得知，产生锚固长度数值减少的原因是因为摩擦阻力在锚固长度减少时发生了均匀走向的重分布路线，而在锚固长度减小的同时，间接的提高了锚固与岩体的利用率；

 

　　⑶当la<0.6lc时，锚固长度可改变摩擦阻力的分布[3]，而且能够提高极限承载力的承受力度。在此公式下，这阶段的锚固与岩体摩擦阻力之间的分布比较均与，融合的摩擦阻力不会太大。而根据la>0.6lc，在此公式时，这阶段的极限承载力随锚固长度的增加而明显的发生变化。因此，在此建议采用的锚固长度不小于0.6la，在此数值下，可获得良好的经济效益及质量。

 

　　⑷按照上文方式求解，如600kn外载下实测后三分之一的阶段承担荷载大约为110kn，110/500=0.15。而临界锚杆长度经过计算，介于（0.5~06）之间，稍稍低于工程临界锚固长度的0.1，总体数值在大型地下工程项目数值可取值范围内。这种方法课快速测算出锚杆临界长度，且操作方便，易于操作，差错率较小，具有较大意义上的工程实用性。

 

 

　　经过上文例子计算，锚杆临界长度的摩擦系数与之前的平方根成正比，并且与锚固长度的中和弹性模量的平方根成正比，而摩擦阻力在分布均匀的状况下，与锚固长度有关；在摩擦阻力分布不均匀的情况下，与锚固长度无关；而摩擦阻力的分布状况的趋势随着锚固长度的增加而减少。目前，在上文中所运用理想弹塑性荷载传递函数公式的运算方式可大致测算出锚杆长度的大致且在番外内的数值，但是在地下大型工程中仍有瑕疵。在此，为获得良好的经济效率与质量效果，在设计锚杆时，可考虑锚固长度时小于地下工程临界的锚固长度，并且能够在进行测算时，测算出正确的数值。故而相信在不久的将来，将能够测算出运算更加精准的算式，保证地下工程的施工具有更大的保险性和安全性，也更能够作为工程施工更大的工程实用性。