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锚固工程技术在与岩土有关的工程中的应用可以追溯到20世纪初。1910－1911年期间，美国首先在煤矿巷道和其他岩石矿山中应用锚杆支护顶板。此后，在有一定代表性的工程中应用，1918年在西利西安矿山开采中应用了锚索支护；1934年在阿尔及利亚的舍尔法大坝的边坡加固工程中应用了预应力锚杆；1957年前联邦德国鲍尔公司在深基坑中应用了土层锚杆。我国锚杆的工程应用开始于20世纪50年代后期，并随着地下工程中锚杆技术的逐步应用，与喷射混凝土，其后又与其他的岩土加固技术(如注浆、桩墙等)相结合，形成了一整套使用广泛的岩土锚固工程技术。岩土工程作为一门技术学科被国际学术界公认至今只有50年的历史，它作为一门工程专业学科被引入我国仅有20余年的时间，但我国岩土工程领域的技术研发和应用发展迅速，目前在该领域内的综合技术水平在世界上名列前茅，其应用领域也最广泛。在保证岩土工程成功和安全的所有措施中，岩土锚固技术无疑是可供选择的最成熟和最经济可靠的技术之一。由于岩土锚固工程技术的新发展，近年来此技术大量应用于边坡加固和整治工程中，在很大程度上取代了传统的浆砌片石式挡墙或重力挡墙结构；在相当数量的深基坑工程中取代了水平横撑式支挡结构；在几乎所有采用矿山法施工的地下工程中取代了分步开挖木支撑式临时支护结构。在其他方面，如深基础工程、抗浮结构工程、大坝加固工程、抗震工程、公路拓宽工程以及悬索桥的锚固等工程中，岩土锚固工程技术的优势也都得到了充分发挥。与传统的各类加固支护技术相比，岩土锚固工程技术的主要优势是：由于锚固力学机理的本质是改造和利用岩体自身的力学性能，将原来作为单纯外荷的岩体改变为部分自承载体，从而保证了工程整体的稳定性和安全性；改善了周围环境和工程质量；大幅度地节约了工程材料并缩短了工期。这些优点已被大量的工程实践所证明[1]。1岩土锚固技术已取得的主要成就回顾岩土锚固技术发展以及大量工程应用实践的历程，我国几十年来在该领域中所取得的成就主要体现在以下几方面：1.1岩土锚固技术的应用领域日趋广泛[2]1）自20世纪80年代以来，已经有一大批隧道与地下工程在极端复杂和困难的工程地质和水文地质条件下建成。这些工程的施工过程中，在软弱、松散的围岩中成功地采用了各种型式的锚杆技术（配合喷射混凝土、注浆等综合措施）进行有效的加固。2）在大跨度的地下洞室、地下厂房工程中，预应力长锚索已得到了广泛应用。3）在坝基加固方面，采用高强的预应力长锚索作坝基锚固处理。4）在岩土高边坡工程中，特别是对高陡边坡的整治和加固处理中，采用锚固技术取得了十分成功的效果。5）在城市建筑以及地铁建设的深基坑支护工程中，土层锚杆技术已占有极重要的地位，它与地下连续墙或各种护壁桩、围护结构（如与钢板桩、钢筋混凝土板桩、密排灌注桩、旋喷桩和水泥深层搅拌桩等）相结合采用，已成为土质深基坑开挖施工中的有效手段。由于在基坑内部可以不用横向支撑，这使大型深基坑（例如高层建筑基坑和大跨度地铁车站基坑）的施工成为可能，对坑内采用大型机械施工十分有利。1.2锚固新结构、新工艺不断涌现[3]1）20世纪70年代开发的树脂锚固锚杆和80年代投产使用的快硬水泥卷锚固锚杆，均具有强度高、能及时提供支护抗力的优点，它们在矿山和铁路隧道围岩加固中都有了广泛的应用。2）缝管锚杆能立即对围岩施加径向和轴向预加应力，其延展性好，在经受爆破震动或岩石变形之后会相应地增长锚固力，适用于各类岩层以及受矿山动压作用的巷道工程。3）多种不同型式的可伸缩式锚杆，或称让压锚杆，它对大变形和受采动影响作用的矿山巷道洞室工程是一种有效的支护型式。4）预应力锚杆（锚索）技术无论在岩层或土层中的采用近年来都已有了极大的发展。用于水电站为保证坝基稳定采用的强大预应力锚索最长达90m，最大张拉荷载已达10000kN。1.3岩土锚固新型机具不断改进和完善1）多功能的钻孔、安装锚杆机械，可以连续地进行锚杆成孔、注浆和插杆作业，提高了施工速度。2）风动型自进式缝管锚杆安装机的研制成功。3）土层锚杆钻孔机和高承载力预应力锚索张拉设备和锚固装置（张拉力可高达6000kN以上）广泛地适应于土层和岩层中使用。4）干式螺旋钻机，适合土层锚杆的干作业施工。5）YG系列、MD系列、TR型及YXZ型等锚固工程钻机在我国大型水电工程、铁路工程、公路工程乃至城市地下工程中都得到了广泛的应用。6）TK系列转子活塞式湿喷机已在国内外的铁路、公路、水电和市政领域的喷锚工程中得到广泛应用。1.4开发了新的锚杆材料1）在岩石锚杆的黏结材料方面，早强水泥药卷是一种较好的尝试。该类锚固药卷的1h抗压强度已高达5～10MPa，黏结型锚杆2h的最高锚固力可达150kN，现已广泛采用于有特殊需要的岩石锚固工程。2）在预应力锚杆体材料方面，若干种高强、低松弛效应的预应力钢丝、钢绞线；精轧螺纹钢筋亦很具特色。它们对节约钢材，方便施工和减少预应力损失等方面均有重要价值。3）为适应复杂地层钻孔工序中的塌孔问题并为提高锚固质量，具有一定预应力的自钻式锚杆，其本身包含钻孔、注浆、锚固的功能。该类锚杆已在各类有特殊需要的岩土工程中得到广泛的应用。4）为适应城市岩土及地下工程中对建设红线规划的要求，在研究了国外经验的基础上，开发研制了不同种类的可拆卸回收式锚杆，并已得到成功的应用。1.5理论研究取得新成果，设计和施工规范化1）岩土工程的锚固和锚杆受力机理分析以及相应的设计计算方法研究。2）洞室围岩施锚机理和支护特性及其力学监测研究。3）土层锚杆蠕变与应力松弛的实验研究。4）影响预应力锚杆承载力和预应力变化的因素研究5）岩土边坡及深基坑锚固工程优化设计。6）锚固工程的设计和施工已纳入国家、行业和地方的规范和标准中。7）一批供岩土锚固工程设计用的商业化软件的出台，等等。2大型岩土锚固工程实例2.1小湾水电站[4]2.1.1工程概况小湾工程规模宏伟巨大，最大坝高294.5m，是目前世界上修建中的最高拱坝，坝址又位于高地震烈区，且河谷宽高比大，其技术难度堪称世界之最。坝区峡谷深高，岸坡陡峻，左右两岸坝前均有规模较大的崩塌堆积体，并且地形狭窄，建筑物布置密集，开挖后将形成近700m的高边坡（目前世界上最高的水电站边坡之一）。因此高边坡开挖及支护的安全稳定乃是小湾工程施工能否顺利进行的关键性问题。2.1.2高边坡支护及综合治理技术1）排水系统：强调开口线截水、坡表和地下分段引排、深浅结合与反滤并举的完善体系设置。充分利用公路系统迎送地表径流、堵截引排入江。2）减载与反压技术：重视对边坡主滑段的削坡与阻滑段切脚效应的强力补偿，在坡脚反压技术方面创新采用了与支挡和锚固措施共同工作侧重“借地使力”的反压体系。3）抗滑支档技术：创新采用了“底拱基础-上部挡墙-锚固约束”的联合抗滑结构，底拱净跨达28m；采用了截面尺寸达4m×7m的“锚索-桩-板墙”联合阻滑结构，结合反压措施对饮水沟堆积体进行综合治理。4）锚固技术：锚固工程措施的针对性、适应性更强，可实施性更好。对深厚覆盖层（最深超过60m）边坡成功实现了大规模的预应力网板锚索支护（小湾的锚索总量超过2000束、最大孔深达到92m）；各类长度、各型锚固剂的预应力锚杆在崩塌和变形失稳的岩质边坡治理中成功应用；对土质边坡的土钉墙、复杂地层的自钻式锚杆等应用取得了长足进展。2.2北京地铁5号线雍和宫站深基坑工程北京地铁5号线雍和宫站采用明挖深基坑工法施工，基坑宽32m，深23m。由于基坑宽度大，护坡桩未用传统的水平支撑，改用桩-锚支护体系。其中一侧围护结构上部为非预应力锚杆＋喷射混凝土支护，下部为桩+预应力锚索支护；另一侧由于邻近重点文物—雍和宫，为确保土体和地表的稳定，围护结构自上至下设4层锚索，均为桩+预应力锚索支护。在软土、砂砾等土层，锚索长度为20～30m，锁定拉力为300～1000kN，其横向间距根据计算设为一桩一锚或三桩两锚。基坑施工全过程中，由地表和基坑的监测数据证明其沉降和变形值均在设计要求的范围之内，因此，不仅保证了地铁工程本身的安全，更重要的是确保了周边重要文物建筑和立交桥的安全，从而也为在北京地区地层条件下的深基坑施工中，广泛采用桩-锚-喷支护技术奠定了基础。2.3乌鞘岭铁路隧道中的锚固技术乌鞘岭隧道位于兰新铁路线兰武段打柴沟站和龙沟站之间。设计为两座单线隧道，隧道全长20050m。隧道围岩为志留系下统板岩夹千枚岩，岩体受F7断层影响严重，节理、裂隙、地下水较为发育，井下的总涌水量达600m3/d。实际正洞掘进过程中，遇到的围岩为志留系板岩夹千枚岩互层，特别是在岭脊段高地应力的作用下，千枚岩变形严重，属大变形围岩。为抑制围岩的变性，采用系统锚杆（管锚）及小直径岩石锚索作为初期的主要支护之一。单线铁路隧道的毛洞跨度一般为7m左右，根据该隧道围岩松动圈的估算，初选锚索长度为6.5m。设计采用的小直径岩石锚索利用单股钢绞线作为主要承力结构，单股钢绞线截面面积15.2cm2，长6.5m，其中锚固段长3m，自由段长3m，张拉段长0.5m。锚索孔深6m，可采用普通风钻成孔，故能快速成孔施工，快速承载。为监测锚固效果和隧道变形情况，进行了锚索轴力和墙部收敛测试，其结果表明支护后隧道处于安全状态。2.4西龙池抽水蓄能电站地下洞室工程洞室位置的岩体结构以互层状和薄层状为主，层理、纹理发育，岩层产状基本上为水平成层。在如此水平薄层的围岩中建造跨度23.5m的地下厂房，由于顶拱围岩层理、纹理发育，易于发生弯曲、折断，出现的主要破坏型式为塌顶和结构面组合的块体滑塌。厂房顶拱支护方案：1）系统锚索，顶拱布置7排，其中4排为1600kN内锚锚索，3排为2000kN对穿锚索，行、排距为4.5m。2）系统预应力锚杆，规格覫32，锚杆施加120kN预应力，长度4.8m和7.2m，间、排距1.5m。3）顶拱喷20cm厚钢纤维混凝土。支护施工的主要措施是利用顶拱以上28.5m处的地质探洞，在顶拱开挖前扩挖成5m×5m的锚洞，并完成3排2000kN对穿锚索孔的施工，在中导洞开挖过程中，及时安装、张拉完成2000kN对穿锚索。3.1不同受力机理的预应力锚固技术[5]传统的预应力锚索均采用拉力型锚索结构，该种结构尽管施工简易、造价较低，但是由于其内锚固段受力不合理，上部浆体易开裂，特别是不能充分利用岩体的力学传递性能，因此锚固效果不理想。一种能初步改善岩土力学传递性能的结构为压力型锚索结构。该种锚索结构的特点是利用设在孔底端的承压板将无黏结锚索的拉力转化为对砂浆体的压力，并通过相互黏结传递给土体。而砂浆体的受压性能均远大于其受拉性能，因此它的受力性能在一定程度上优于拉力型锚索[6]。但是，拉力型或者压力型锚索都有一个共同缺点，即其预应力过于集中地通过唯一一个锚固段砂浆体传递给岩土体，由于应力过大容易造成该段砂浆体或岩土体的破坏。于是人们就提出了将预应力分散在若干个承载体的想法，这样就在总预应力不变的前提下，减小了每段岩土体的应力值，充分发挥和利用了岩土体的整体力学性能。其中，拉力分散型锚索的通常做法是用不同长度的无黏结钢绞线，将其端部按设计锚固长度剥除锚索外的高密度PE套管，即分别成为黏结段，其中每一段均为拉力型锚索；压力分散型锚索结构，其特点是在不同长度的无黏结钢绞线端部各连接一块承压板和挤压套。其作用机理同压力型一样，只是将锚固力分散作用在不同深度的岩土体上；剪力分散型锚索，其特点是在不同长度无黏结钢绞线末端用环氧树脂砂浆黏结，靠其与承载体本身砂浆的剪力和压力通过黏结力分散传递给整个锚固段，确切地说，应该称之为剪力-压力分散型锚索；拉压分散型锚索结构，是将两个（或以上）拉力型和两个（或以上）压力型结构分别连在一起，从钻孔底开始形成拉一压一拉一压这种交互形式。这种结构可以提供比拉力或压力分散型结构更为均匀的锚固力，而且其在相同长度下有更高的抗拔能力。3.2自钻式锚杆技术的应用自钻式锚杆作为一种新型的支护技术已在高边坡治理、深基坑边墙维护和隧道衬砌支护等众多工程中得到广泛应用。自钻式锚杆在工程应用中，其公认的优点是：能在破碎而极易塌孔的地层中应用，甚至在砂卵石或淤泥质地层中也能采用