揭海荣

1 概述

隧道工程的初期支护中涉及到大量的系统锚杆、锁脚锚杆、小净距对穿锚杆等等。以钢材为原材料的传统锚杆容易锈蚀,给初期支护的安全性和耐久性带来严峻的挑战。近年来,具有轻质、高强、耐腐蚀、不导电等优良特性的玻璃纤维增强塑料(GFRP)锚杆在隧道工程中已得到初步应用,如在盾构隧道的始发和接受井的端头加固中的应用、山岭隧道洞口边坡工程加固中的应用等等。然而,在国内有关GFRP锚杆的相关研究也比较少,尚属于起步阶段。

在国外,GFRP锚杆应用技术比较成熟,相关的理论研究也比较完善,Malvar教授用同一类型四种不同表面处理的GFRP锚杆,通过试验研究了外部约束和表面压痕对粘结性能的影响[1]。Larralde和Silva对直径分别为9.5 mm,15.9 mm的GFRP锚杆做了拉拔试验,发现锚固长度较长的杆件试验所测得的平均粘结应力小于锚固长度较小的杆件所测得的平均粘结应力,然而与钢筋试验的结果相比较,GFRP锚杆的平均粘结应力略小于钢筋的平均粘结应力[2]。为了编制玻璃纤维增强塑料筋混凝土设计规范,Ehsani等人制作并进行了102个试件的单调静力荷载下的试验,研究中包括的变量有混凝土抗压强度、埋长、混凝土保护层厚度、玻璃纤维增强塑料筋直径、混凝土浇筑深度、曲率半径和尾长,并基于试验分析得出了玻璃纤维增强塑料筋基本锚固长度的数学表达式[3]。

相比而言,国内对GFRP锚杆的相关研究显得滞后一些[4,5]。本文从隧道初期支护力学行为的角度出发,以一个小型的水工隧道为例,重点分析了GFRP锚杆作为系统锚杆代替钢锚杆的可行性。……