錨桿作為巖體工程的主要支護材料，廣泛應用于巖土與地下工程中。錨桿加固的實質(zhì)是對巖體施加錨固力，以提高巖體的穩(wěn)定性。錨桿的錨固力是指錨桿對支護體產(chǎn)生的約束力，是巖體支護工程設計中的一個關鍵因素，是反映錨桿支護效果的重要指標。然而，錨固力的鎖定值隨巖體條件、錨固長度、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一定值時，將導致其錨固功能減弱或支護失效，給工程帶來極大危害。因此有必要對錨桿錨固力和錨固效果的影響因素進行分析和研究。

　　由于錨桿在巖石介質(zhì)中受力狀態(tài)復雜多變，錨桿的錨固力難以直接通過試驗獲得，錨固力的計算也相對較困難。因此，工程中常用拉拔試驗來間接測定鋪桿鋪固力，通過拉拔試驗測得拉拔力來分析錨桿與錨固體(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型錨桿，其與巖體之間的錨固性能是通過黏結作用實現(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強度、錨固長度、錨固時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理和合理設計玻璃鋼錨桿支護參數(shù)，本研究進行了室內(nèi)拉拔試驗以分析其錨固力和錨固效果的影響因素和規(guī)律。在結合現(xiàn)場調(diào)研的基礎上，針對錨固長度、錨固時間、錨固材料等主要影響因素，設計進行了3種對比試驗方案，通過室內(nèi)玻璃鋼錨桿拉拔試驗來研究它們對玻璃鋼錨桿錨固力的影響規(guī)律。

1　試驗概況

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


       試驗過程中，采用水泥砂漿制作的混凝土塊模擬現(xiàn)場巖體，混凝土塊的尺寸為2000 mm×20 mm×200 mm(長×寬×高)。水泥砂漿采用325#水泥及細粒沙子制作而成，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，直接在制作而成的模型中插入玻璃鋼錨桿；樹脂錨固劑作錨固材料時，需在模型中預留占徑30 cm的鉆孔，以塞入錨固劑對錨桿進行錨固。試驗采用ZY型錨桿拉拔儀測定玻璃鋼錨桿的最大抗拉拔力。試驗裝置如圖1所示。

2　試驗方案和結果

       試驗主要從錨固長度、錨固時間、錨固材料3個方面對錨固力的影響進行分析研究。受試驗工作量影響，采用單因素對比分析方法，即在分析某一影響因素時，將其他因素統(tǒng)一，從而分析該因素的變化對于拉拔力大小的影響程度。為此，分別設計了3個對比試驗方案。

        2.1　錨固長度對錨固力的影響

　　 試驗過程中，設計進行了8組不同錨固長度的玻璃鋼錨桿錨固試驗，錨固長度分別為18、36、54、72、90、108、126、144cm，每種錨固長度列應1件試驗模型，通過8組試驗模型分析錨固長度對錨固力大小的影響。錨固劑的長度為18cm，試驗通過增減錨固劑的數(shù)量改變錨固長度研究不同錨固長度對拉拔力的影響規(guī)律。其中，第1-1件模型錨固長度18cm，采用1根錨固劑端頭錨固；第1-2件模型錨固長度為36cm，采用的是2根錨固劑端頭錨固；...，第1-8件模型錨固長度為144 cm，采用全長錨固的形式。試驗方案和試驗結果見表2。

從表2中的試驗數(shù)據(jù)和試驗現(xiàn)象對比可以看出，當錨固長度較小時，即采用端頭錨固形式時，玻璃鋼錨桿出現(xiàn)松動，甚至被拔出的現(xiàn)象，且所測拉拔力很小，如第1-1、1-2、1-3件模型；當錨固長度繼續(xù)增加，錨固力也開始增大，表現(xiàn)為拉拔力逐漸增大，玻璃鋼錨桿未出現(xiàn)松動，但錨桿被拔出4 cm左右，如第1-4、1-5件模型；當錨固長度增加到總長的1／2以上時，玻璃鋼錨桿未出現(xiàn)松動，拉拔過程中伴隨著“吧吧”的響聲，錨桿拉拔力也開始增大，平均拉拔力大小超過支護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；當進行全長錨固時，玻璃鋼錨桿未被拔出，測得錨桿拉拔力也較大，滿足工程支護的要求，如第1-8件模型。

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

　　實驗室開展拉拔試驗時，玻璃鋼錨桿抗拉拔力的大小主要取決于錨桿桿體材料強度、錨固劑與桿體間的黏結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摩擦力。試驗選用的玻璃鋼錨桿桿體材料強度致，而錨固體與混凝土塊之間的黏結摩擦力由3部分組成：①水泥膠體與混凝土塊表面的化學膠著力。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)生的機械咬合作用。其中，化學膠著力很小，發(fā)生相對滑動時，黏結力主要由摩擦力和咬合力提供，當錨固劑數(shù)量越多，錨固長度越長時，錨固體與混凝土塊間的摩擦力和咬合力越大，黏結力越大，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摩擦力實際上也由3部分組成：①錨固劑凝結形成膠凝體剝玻璃鋼錨桿表面產(chǎn)生的膠結力。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)生的機械咬合作用力。當錨固長度越長時，錨固劑列錨桿的膠結力越大，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度的增加而增大。

　　采用端頭錨固時，錨桿拉拔力為22.1 kN(模型1)、29.1 kN(模型2)；采用全長錨固時，錨桿拉拔力為89.7 kN(模型8)。而一般工程支護過程中，錨桿拉拔力要求不低于50 kN。因此，端頭錨固時的玻璃鋼錨桿拉拔力不滿足支護要求；當錨固長度處于端頭錨固和全長錨固之間時，玻璃鋼錨桿的拉拔力雖然滿足支護要求，但玻璃鋼錨桿出現(xiàn)被拔出的現(xiàn)象，整個支護體系出現(xiàn)松動，不能有效地滿足巷道支護的要求；全長錨固時，玻璃鋼錨桿的平均拉拔力達到90 kN，且沒有出現(xiàn)松動現(xiàn)象，可以適應圍巖松軟破碎地質(zhì)條件復雜的支護環(huán)境，故宜進行全長錨固。

2.2　錨固時間對錨固力的影響

　　考慮到水泥砂漿凝固受時間影響較大，試驗選用水泥砂漿作為錨固材料來研究錨固時間與錨固力之間的關系。試驗方案和試驗結果見表3。