锚索锚固机理的分析
锚索置于稳定地层的段落为锚索提供了有效的锚固能力，从而在锚索张拉时提供有效的抗力，是锚索形成的预应力的基本保障之一。锚索锚固力的产生主要受控于两个方面。一是筋体与注浆体之间的握裹力，二是锚固段注浆体与周边岩土体之间的摩擦力，一切提高锚固力的工艺都是围绕这两方面展开的。由于钢绞线等筋体材料和注浆体的材料力学性能“均匀”可控的，因此，筋体与注浆体之间的握裹力计算较注浆锚固体与周边岩土体的接触摩擦力相对来说是准确的。筋体与注浆体之间的握裹能力计算公式：
式中Nak为锚索设计拉力（KN），n为钢绞线等筋体的根数，f为钢绞线等筋体与注浆锚固体之间的粘接强度设计值（KPa ),L为锚固段长度（m）,K为锚固体的抗拔安全系数。从以上公式可以看出，为了有效提供满足设计要求的锚固力，工程上往往采用四种途径：1、加大钢绞线等筋体的根数：通过加大筋体根数也就加大了筋体与注浆体之间的接触面积，从而提高锚索的锚固力。2、加大钢绞线等筋体的直径：通过加大筋体直径也就加大了筋体与注浆体之间的接触面积，从而提高锚索的锚固力。3、改善筋体与锚固体之间的力学性能：在筋体材料确定的情况下，通过提高注浆体强度（标号）来改善筋体与锚固体之间的力学性能。这也是几十年来工程中将纯水泥浆或砂浆的注浆体强度由C25提高至C30、C35，甚至是更高的原因。4、加长锚固段长度：即通过加长锚固段长度，从而提高锚索的锚固能力。但以普通拉力型锚索为例，由于注浆锚固体与筋体之间存在明显的剪应力集中现象，导致锚固力与锚固段长度呈现非线性关系，即一味的增大锚固段筋体长度并不会不断的增加锚索的锚固力。由于不同的岩土体具有不同的抗剪强度，即不同地层对锚索的锚固能力是各有差异的，也就是说，不同的岩土体在单位长度范围内不同周长时提供的锚固力是不同的。锚固体与周边岩土体之间锚固能力计算公式：
式中Nak为锚索设计拉力（KN），τ为岩土体与锚固体极限粘接强度（KPa ),L为锚固段长度（m）,K为锚固体的抗拔安全系数。从以上公式可以看出，为了有效提供满足设计要求的锚固力，工程上往往采用三种途径：1、扩大锚固段的周长：即加大锚固段的钻孔直径D，从而加大锚固体与岩土体的接触面积或调动更大范围内岩土体参与受力，从而提高锚索的锚固能力。如全长加大钻孔直径，或采用扩大头工艺仅加大锚固段钻孔直径等。2、改善锚固体与钻孔周边岩土体之间的力学性质：即通过二次高压劈裂注浆有效改善了锚固段岩土体的力学性质，以及通过高压注浆提高锚固体与周边岩土体的接触压力，从而提高锚索的锚固能力。3、加长锚固段长度：即通过加长锚固段长度，从而提高锚索的锚固能力。但以普通拉力型锚索为例，由于注浆锚固体与周边岩土体之间存在明显的剪应力集中现象，导致锚固段的前段提供了相对较大占比的锚固力，而锚固段的后段只提供了相对占比较小的锚固力。换句话说，锚索的锚固能力并不是随着锚固段长度的增加呈现线形增长，规范只是锚固段在一定长度范围内的近似假设，一旦超过有效长度，再长的锚固段也对锚固力的提高是可以忽略的。因此，铁路、公路等规范中要求在常用的锚索钻孔直径为Φ130mm或150mm时，锚固段的长度不宜大于10m。但笔者发现，在很多基坑的锚索加固时，锚索的锚固段超过10m，甚至达到20m的也屡见不鲜，这或许是一个有待思考的问题。从以上分析可以看出，由于钢绞线等筋体材料、注浆体强度（标号）在一个工程中往往是提前选定了的，故工程提高锚索锚固力时多采用扩大钻孔、二次注浆、弱化锚固段应力集中的分散型锚索等工艺。但总的来说，控制锚索锚固段长度设置的往往是锚固段注浆体与周边岩土体之间的摩擦力，而筋体与注浆体之间的握裹力往往处于从属地位。
