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摘要：
拉力分散型锚杆又称内锚段分层固结式锚杆，是将预应力钢绞线分为数组，并被分层固结在锚孔不同深度处，不同组的钢绞线不等长，然后将各组钢绞线末端按设计长度锚固在土体或岩体中。当孔内注浆后，预应力通过钢绞线与浆体粘结力传递给加固体，分散在整个锚固段上，从而提供锚固力，使应力变分散、减小，从而确保锚固体不受破坏。
关键词：拉力分散型；预应力锚杆；深基坑；力学分析
中图分类号： TV551.4文献标识码：A 文章编号：
0绪论
通常灌浆式锚杆根据杆件的结构形式和安装方法可分为三种类型：拉力型、压力型和剪力型。拉力型锚杆因其结构简单，施工方便，应用最为广泛。拉力分散型锚杆为拉力型的一种，又称为锚段分层固结式锚杆，是将预应力钢绞线分为数组，分段固结在锚孔不同深度处，同组的预应力钢绞线彼此等长，不同组的钢绞线不等长，然后将各组钢绞线末端按设计长度锚固在土体或岩体中。当孔内注浆后，预应力通过钢绞线与浆体粘结力传递给加固体，分散在整个锚固段上，从而提供锚固力，使应力变分散、减小，从而确保锚固体不受破坏。
本文通过拉力分散型锚杆在深基坑支护中的应用实例，介绍了其受力特点、作用机理等，总结拉力分散型锚杆承载力高、经济性能优、适应性强的特点，为其越来越广泛的工程应用提供可借鉴的经验。
1工作机理
据Lutz（1967）、Hanson （1969）、Goto（1971）［1］等研究认为，锚杆表面存在着微观粗糙皱曲，浆体围绕着锚杆形成灌浆柱，在破坏前锚杆和灌浆体之间的结合力发挥作用；当锚杆和浆体发生一定的相对位移后，两者界面部位发生破坏，这时锚索和灌浆体之间的摩擦阻力发挥主要作用，且摩擦阻力随灌浆体的剪胀而增加，增大锚杆表面的粗糙度则能够提高摩擦阻力。
普通拉力型锚杆在一个锚孔里的杆体只有一个固定长度的锚固段和自由段（杆体可能由一根或数根钢筋、钢绞线等组成），受荷时，锚杆的轴力是递减的，荷载不能均匀地分布在锚固段上，而是主要集中在锚固端附近的较小范围内，应力会出现较大的峰值，整个锚固段受力不均，不能有效地利用岩土体本身的强度；另外，通常随着荷载的增加，荷载在传递至锚固段最远端之前，锚固体与岩土体间或与杆体间的粘结效应已经弱化甚至失效，因此当锚杆长度增加到某一临界值后，其长度的增加并不能提高承载力。
拉力分散型锚杆将同一锚孔内的锚杆杆体进行分组，每组杆体根据设计条件、地层情况分别分配不同长度的锚固段和自由段（可锁定不同的荷载值），各组锚杆構造同普通拉力型锚杆。受荷时，各组锚杆分别只承担总荷载的一部分，将较大的荷载分散至各组锚杆不同深度的锚固体上，如此相对于此锚孔而言，应力分布便比较均匀，避免了应力集中现象，可充分调用整个锚固段范围内的地层强度，有效地提高锚杆承载力。
2受力分析
在现行的很多规范里,锚杆设计都假定锚固段与土体的粘结力是均匀分布的,并且锚固力与锚固段长度成线性比例,而在实际工程中的实测数据则表明粘结力不是均匀分布的,并且存在极限锚固长度。
而拉力分散型锚杆在构造上做了小小的变动，巧妙地克服了上述不足，其基本构造及剪应力分布示意图如下图所示：
图2-1普通拉力型和拉力分散型锚杆构造及剪应力分布示意图
对此，尤春安（2000）［2］利用Mindlin 半空间问题的位移解，导出了全长粘结式锚杆外端受拉拔条件下沿杆长应力分布的弹性解，分析了拉力型锚杆的受力分布。认为对于拉力分散型锚杆锚固段的受力状态，与锚杆的预应力张拉工艺有较大的关系，如单根循环张拉、分组张拉或整体张拉对锚固段的应力分布有很大的影响。由于自由段长度不同，整体张拉时靠近锚固外端的锚固分段受力较大，而自由段越大的锚固分段受力则越小。当自由段摩阻较小时，单根多循环张拉能使得各钢绞线受力均匀，这时拉力分散型各锚固段的受力基本相等，其锚固段的剪应力分布等于各段剪应力分布的叠加，拉力分散锚固型的最大剪应力是拉力集中锚固型最大剪应力的1/N（N为分散锚固段的组数）。从这一意义来看，只要满足结构的要求，段数越多，受力越均匀，锚固形式越合理。
基于此，程良奎（2001）［3］认为，在计算拉力分散型锚杆承载力应引入锚固长度有效因子，修正锚杆承载力计算公式为：Tu=π*D*L*ω*qs （2-1）
式中L——锚杆的锚固长度D——锚固体直径
ω——锚固长度有效因子qs——粘结强度
拉力分散型锚杆锚固段长度在理论上是没有限制的，承载力可随锚固段长度的增长而成比例的提高，与普通拉力型锚杆相比，承载力可提高30%～200%。
3工程实例
3.1工程概况
项目位于北京市朝阳区大望桥之东南角，地上由南北两栋公寓组成，楼高分别为155、180m，地下设四层地下室。项目基坑尺寸约为131.5×146.1m，埋深21.43m，共设计拉力分散型锚杆1060根。
工程地质条件：场区地表下约1m为杂填土、房渣土，其下为第四纪沉积的粘性土、粉土、砂土及砂卵石互层。基底以粉土为主。
水文地质条件：上层滞水水位埋深约7.70m；层间潜水水位埋深为14.20～15.10m；承压水头埋深为18.30～21.00m。基坑开挖受此三层水的影响。
3.2支护设计
综合考虑工程地质水文地质条件、基坑开挖深度、周边环境特点、基础桩平面位置及工程造价，基坑支护采用护坡桩-预应力锚杆结合土钉墙支护方案。
护坡桩桩径800mm，桩间距1.5m，嵌固深度4.7m。考虑基础桩桩位距支护结构较近，基坑南侧7m外有既有6层住宅楼，因此设置四排锚杆。锚杆采用拉力分散性预应力锚杆，每个锚孔设置4根7φ5（1860）钢绞线，分两组，每组两根。各组长度、张拉锁定值及其它具体支护设计参数如下：
表3-1锚杆设计参数表
3.3施工要点
（1）同一排相邻锚索倾角可分别以不同的角度（如10°、15°）向下交错布置，以避免群锚效应。
（2）杆体自由段套装塑料管，由于锚索自由段长度不同，施工中要区分开，各单元锚索的外漏端用不同颜色的油漆做好标记，在锚索张拉前标记不得损坏，以免弄混。
（3）必要时可采用二次注浆，二次注浆为劈裂注浆，注浆压力一般为1.0～4.0MPa，其目的是再次向锚固区段注浆，浆液在高压下被压入孔内壁的土体中，使锚索能牢固地锚入岩层。
（4）一般当锚固体的强度大于15MPa且达到设计强度70％时，可进行锚索张拉锁定。通常锚杆张拉的时间定在二次注浆后7天进行。
（5）拉力分散型锚杆张拉应先分次张拉各组锚杆，以消除在相同荷载作用下因自由段长度不等而引起的弹性伸长差。一般采用等荷载张拉，张拉前应进行10％预张拉，有效减缓张拉过程中的受力不均匀和预应力损失。当分级张拉至110％时卸荷锁定为设计预加力。
3.4支护效果
由于种种原因，该基坑从开挖完成到肥槽回填，经历了两年多的时间，在这么长的时间里，坡面及基坑周边未出现明显的裂缝及变形现象，基坑整体稳定性较好，充分说明采用拉力分散型锚杆是适宜的，在技术上是可靠的。
拉力分散型锚杆的采用使得整个工程的钢绞线用量减少了20%以上，降低了工程造价，减少了社会资源的浪费，有着明显的经济效益和社会效益。
4结论
（1）拉力分散型锚杆剪应力分布均匀，蠕变变形量小，大大降低应力集中现象，地层强度利用率高。
（2）拉力分散型锚杆承载力与锚固段长度成比例增长，同等锚固长度，承载力比普通拉力型锚杆可提高30％以上，适用于对承载力要求较高的工程。
（3）相对普通拉力型锚杆可节约钢绞线20％以上，而并不增加其它方面的费用，有着良好的经济效益。
（4）设计时应充分考虑地层情况，优化锚固段和自由段长度，合理确定分组及张拉锁定值，以充分利用岩土体自身强度。
（5）拉力分散型锚杆在张拉锁定时与普通拉力型锚杆不同，采用分组张拉锁定，如何有效控制预应力损失是保证工程质量的关键点，施工时应注意把握和控制。
参考文献
［1］ 张乐文，汪稔. 岩土锚固理论研究现状[J]. 岩土力学，2002，23(5)：627-631.
［2］ 尤春安. 全长粘结式锚杆的受力分析[J].岩石力学与工程学报，2000，19(3)：339-341.
［3］ 程良奎．岩土锚固的研究与发展[J].土木工程学报，2001，34（3）：7-12.
［4］ 中国建筑科学研究院. 建筑基坑支护技术规程.JGJ120 - 99[S].北京:中国建筑工业出版社, 1999.
拉力分散型锚杆又称内锚段分层固结式锚杆，是将预应力钢绞线分为数组，并被分层固结在锚孔不同深度处，不同组的钢绞线不等长，然后将各组钢绞线末端按设计长度锚固在土体或岩体中。当孔内注浆后，预应力通过钢绞线与浆体粘结力传递给加固体，分散在整个锚固段上，从而提供锚固力，使应力变分散、减小，从而确保锚固体不受破坏。
关键词：拉力分散型；预应力锚杆；深基坑；力学分析
中图分类号： TV551.4文献标识码：A 文章编号：
0绪论
通常灌浆式锚杆根据杆件的结构形式和安装方法可分为三种类型：拉力型、压力型和剪力型。拉力型锚杆因其结构简单，施工方便，应用最为广泛。拉力分散型锚杆为拉力型的一种，又称为锚段分层固结式锚杆，是将预应力钢绞线分为数组，分段固结在锚孔不同深度处，同组的预应力钢绞线彼此等长，不同组的钢绞线不等长，然后将各组钢绞线末端按设计长度锚固在土体或岩体中。当孔内注浆后，预应力通过钢绞线与浆体粘结力传递给加固体，分散在整个锚固段上，从而提供锚固力，使应力变分散、减小，从而确保锚固体不受破坏。
本文通过拉力分散型锚杆在深基坑支护中的应用实例，介绍了其受力特点、作用机理等，总结拉力分散型锚杆承载力高、经济性能优、适应性强的特点，为其越来越广泛的工程应用提供可借鉴的经验。
1工作机理
据Lutz（1967）、Hanson （1969）、Goto（1971）［1］等研究认为，锚杆表面存在着微观粗糙皱曲，浆体围绕着锚杆形成灌浆柱，在破坏前锚杆和灌浆体之间的结合力发挥作用；当锚杆和浆体发生一定的相对位移后，两者界面部位发生破坏，这时锚索和灌浆体之间的摩擦阻力发挥主要作用，且摩擦阻力随灌浆体的剪胀而增加，增大锚杆表面的粗糙度则能够提高摩擦阻力。
普通拉力型锚杆在一个锚孔里的杆体只有一个固定长度的锚固段和自由段（杆体可能由一根或数根钢筋、钢绞线等组成），受荷时，锚杆的轴力是递减的，荷载不能均匀地分布在锚固段上，而是主要集中在锚固端附近的较小范围内，应力会出现较大的峰值，整个锚固段受力不均，不能有效地利用岩土体本身的强度；另外，通常随着荷载的增加，荷载在传递至锚固段最远端之前，锚固体与岩土体间或与杆体间的粘结效应已经弱化甚至失效，因此当锚杆长度增加到某一临界值后，其长度的增加并不能提高承载力。
拉力分散型锚杆将同一锚孔内的锚杆杆体进行分组，每组杆体根据设计条件、地层情况分别分配不同长度的锚固段和自由段（可锁定不同的荷载值），各组锚杆構造同普通拉力型锚杆。受荷时，各组锚杆分别只承担总荷载的一部分，将较大的荷载分散至各组锚杆不同深度的锚固体上，如此相对于此锚孔而言，应力分布便比较均匀，避免了应力集中现象，可充分调用整个锚固段范围内的地层强度，有效地提高锚杆承载力。
2受力分析
在现行的很多规范里,锚杆设计都假定锚固段与土体的粘结力是均匀分布的,并且锚固力与锚固段长度成线性比例,而在实际工程中的实测数据则表明粘结力不是均匀分布的,并且存在极限锚固长度。
而拉力分散型锚杆在构造上做了小小的变动，巧妙地克服了上述不足，其基本构造及剪应力分布示意图如下图所示：
图2-1普通拉力型和拉力分散型锚杆构造及剪应力分布示意图
对此，尤春安（2000）［2］利用Mindlin 半空间问题的位移解，导出了全长粘结式锚杆外端受拉拔条件下沿杆长应力分布的弹性解，分析了拉力型锚杆的受力分布。认为对于拉力分散型锚杆锚固段的受力状态，与锚杆的预应力张拉工艺有较大的关系，如单根循环张拉、分组张拉或整体张拉对锚固段的应力分布有很大的影响。由于自由段长度不同，整体张拉时靠近锚固外端的锚固分段受力较大，而自由段越大的锚固分段受力则越小。当自由段摩阻较小时，单根多循环张拉能使得各钢绞线受力均匀，这时拉力分散型各锚固段的受力基本相等，其锚固段的剪应力分布等于各段剪应力分布的叠加，拉力分散锚固型的最大剪应力是拉力集中锚固型最大剪应力的1/N（N为分散锚固段的组数）。从这一意义来看，只要满足结构的要求，段数越多，受力越均匀，锚固形式越合理。
基于此，程良奎（2001）［3］认为，在计算拉力分散型锚杆承载力应引入锚固长度有效因子，修正锚杆承载力计算公式为：Tu=π*D*L*ω*qs （2-1）
式中L——锚杆的锚固长度D——锚固体直径
ω——锚固长度有效因子qs——粘结强度
拉力分散型锚杆锚固段长度在理论上是没有限制的，承载力可随锚固段长度的增长而成比例的提高，与普通拉力型锚杆相比，承载力可提高30%～200%。
3工程实例
3.1工程概况
项目位于北京市朝阳区大望桥之东南角，地上由南北两栋公寓组成，楼高分别为155、180m，地下设四层地下室。项目基坑尺寸约为131.5×146.1m，埋深21.43m，共设计拉力分散型锚杆1060根。
工程地质条件：场区地表下约1m为杂填土、房渣土，其下为第四纪沉积的粘性土、粉土、砂土及砂卵石互层。基底以粉土为主。
水文地质条件：上层滞水水位埋深约7.70m；层间潜水水位埋深为14.20～15.10m；承压水头埋深为18.30～21.00m。基坑开挖受此三层水的影响。
3.2支护设计
综合考虑工程地质水文地质条件、基坑开挖深度、周边环境特点、基础桩平面位置及工程造价，基坑支护采用护坡桩-预应力锚杆结合土钉墙支护方案。
护坡桩桩径800mm，桩间距1.5m，嵌固深度4.7m。考虑基础桩桩位距支护结构较近，基坑南侧7m外有既有6层住宅楼，因此设置四排锚杆。锚杆采用拉力分散性预应力锚杆，每个锚孔设置4根7φ5（1860）钢绞线，分两组，每组两根。各组长度、张拉锁定值及其它具体支护设计参数如下：
表3-1锚杆设计参数表
3.3施工要点
（1）同一排相邻锚索倾角可分别以不同的角度（如10°、15°）向下交错布置，以避免群锚效应。
（2）杆体自由段套装塑料管，由于锚索自由段长度不同，施工中要区分开，各单元锚索的外漏端用不同颜色的油漆做好标记，在锚索张拉前标记不得损坏，以免弄混。
（3）必要时可采用二次注浆，二次注浆为劈裂注浆，注浆压力一般为1.0～4.0MPa，其目的是再次向锚固区段注浆，浆液在高压下被压入孔内壁的土体中，使锚索能牢固地锚入岩层。
（4）一般当锚固体的强度大于15MPa且达到设计强度70％时，可进行锚索张拉锁定。通常锚杆张拉的时间定在二次注浆后7天进行。
（5）拉力分散型锚杆张拉应先分次张拉各组锚杆，以消除在相同荷载作用下因自由段长度不等而引起的弹性伸长差。一般采用等荷载张拉，张拉前应进行10％预张拉，有效减缓张拉过程中的受力不均匀和预应力损失。当分级张拉至110％时卸荷锁定为设计预加力。
3.4支护效果
由于种种原因，该基坑从开挖完成到肥槽回填，经历了两年多的时间，在这么长的时间里，坡面及基坑周边未出现明显的裂缝及变形现象，基坑整体稳定性较好，充分说明采用拉力分散型锚杆是适宜的，在技术上是可靠的。
拉力分散型锚杆的采用使得整个工程的钢绞线用量减少了20%以上，降低了工程造价，减少了社会资源的浪费，有着明显的经济效益和社会效益。
4结论
（1）拉力分散型锚杆剪应力分布均匀，蠕变变形量小，大大降低应力集中现象，地层强度利用率高。
（2）拉力分散型锚杆承载力与锚固段长度成比例增长，同等锚固长度，承载力比普通拉力型锚杆可提高30％以上，适用于对承载力要求较高的工程。
（3）相对普通拉力型锚杆可节约钢绞线20％以上，而并不增加其它方面的费用，有着良好的经济效益。
（4）设计时应充分考虑地层情况，优化锚固段和自由段长度，合理确定分组及张拉锁定值，以充分利用岩土体自身强度。
（5）拉力分散型锚杆在张拉锁定时与普通拉力型锚杆不同，采用分组张拉锁定，如何有效控制预应力损失是保证工程质量的关键点，施工时应注意把握和控制。
参考文献
［1］ 张乐文，汪稔. 岩土锚固理论研究现状[J]. 岩土力学，2002，23(5)：627-631.
［2］ 尤春安. 全长粘结式锚杆的受力分析[J].岩石力学与工程学报，2000，19(3)：339-341.
［3］ 程良奎．岩土锚固的研究与发展[J].土木工程学报，2001，34（3）：7-12.
［4］ 中国建筑科学研究院. 建筑基坑支护技术规程.JGJ120 - 99[S].北京:中国建筑工业出版社, 1999.