简而言之,土钉-注浆加筋技术应用于土层的被动式支护形式;锚杆-注浆加筋技术应用于多种地层(岩层应用情形较多)的主动式支护形式,进入工作状态前一般要对杆体施加张拉预应力。
土钉只有在土体发生变形时,杆体中才会产生拉力,由于未施加外部张拉力,根据灌浆体(锚杆中的锚固体)的静力平衡,必然存在一个浆-土界面剪应力中性点(土体变形有无的分界点,即滑裂面),将土钉全长受力分为pick-up和anchor两段,类似于岩石隧道灌浆支护锚杆的承载机理,如图1。
因此,当土层锚杆为全长粘结(无自由段)且无张拉预应力的情形下,不妨当作土钉来理解。
锚杆则无论岩土层是否发生变形,其杆体因为在锚头施加的外部张拉力而处于受拉状态,拉力通过锚固体-岩土体界面剪切应力传递到周边岩土层中改变岩土体的应力条件,从而约束岩土体的变形,如图2所示。因此,施加张拉力的锚杆一般都是在岩土体潜在滑裂面前设置不灌浆的自由段,滑裂面之后设置灌浆的锚固段,不会形成上图中全长粘结式锚杆的自平衡状态。
工程实践中,土钉布设密度与锚杆布置密度的差别,以及各自支护体系组成的不同,也都是是由二者不同的承载机理决定的。
图1引自-Ma等, 2016, A numerical model of fully grouted bolts considering the tri-linear shear bond-slip model, Tunelling and Underground Space Technology, 54:73-80.
图2引自-Ivanovic等, 2009, Modelling of debonding along the fixed anchor length, INT J R Mech Min Sci, 46:699-707.