矢量型底部灌浆锚索的研究及应用

1、矢量型底部灌浆锚索的研究及应用摘 要 本文阐述了预应力锚索的几个主要发展方向，并对矢量型底 部灌浆锚索在研究开发中的矢量型底部灌浆锚索自锁原理、矢量型锚固原 理以及底部灌浆技术原理几个方面做进一步分析。关键词矢量型底部灌浆锚索；矢量；灌浆技术屮图分类号td3文献标识码a文章编号1674-6708 ( 2013 ) 98-0206-020引言预应力锚固技术在完整性较好的地层取得了很好的支护效果，但普通 的锚索施工采用将树脂23袋塞入锚孔中，然后穿入普通钢绞线，转动 钢绞线利用钢绞线的端部扎破树脂包装物，树脂将钢绞线与岩壁连接在一 起，故包装物夹杂其中，且树脂木身粘接度较低，因此张拉预应力较小。

2、尤其在破碎岩层的支护效果并不理想。为解决以上问题，目前预应力锚索 主要朝着以下几个方向发展。1) 锚索自锁功能发展灌浆式锚索的锚固体在破碎岩层屮与孔壁粘结力差，锚固效果不理 想；同时要等浆液达到设计强度才能施加预应力，施工速度慢；需研发带 有摩擦自锁功能的锚索。这种锚索能将内涨式锚索头嵌入岩体内部，提高 锚索的承载能力，起到很好的锚固作用，增强锚索的锚固力。同时由于有 自锁功能，可提前施加预应力，缩短锚索施工时间，提高工程施工速度。2）锚索灌浆技术改进传统上采用灌浆管进行灌浆，灌浆过程中需要插入灌浆管或排气管， 施工完成后需要拔出，施工工艺复朵，效率低下，灌浆效果不理想。需在 锚索灌浆基础需要

3、进一步改进，设计出集支护作用与注浆加固作用的中空 结构锚索索体。这种锚索将锚索锚固作用与灌浆管的灌浆作用有机的结合 起來，可以简化灌浆施工工艺，加快锚固施工速度。3）锚索张拉端的改进矿井及边坡支护时，有时候其钻孔孔道与岩壁不垂直，传统锚具在张 拉时会由于孔口折角而产生剪切应力，造成预应力损失和锚索的断丝现 象。锚索张拉端需要进一步改进，需设计出具有口动调向的矢量型锚具， 消除孔口剪切应力，避免孔口形成折角而产生剪切应力使其断丝，降低预 应力损失，提高锚固强度和可靠性。为此，我们研究、开发了矢量型底部灌浆锚索。1矢量型底部灌浆锚索自锁原理矢量型底部灌浆锚索即利用底部灌浆锚索及矢量锚具配套使用对矿

4、 山井巷支护、隧道、边坡等进行支护（如图），其中底部灌浆锚索包括摩 擦自锁结构、底部灌浆组件。摩擦自锁结构屮塞环与钢绞线连接采用内外特殊锯齿型螺纹的连接 套，该部件整体经过特殊热处理，然后将塞环、连接套用冷挤压变形的方 式固定在锚索上，塞环采用正火处理提高机械性能。内涨锚头采用切割弹性槽的方式口进行整体碳氮共渗，形成表面硬度很高（hrc62）,而芯部又具有很好弹性的组织来满足设计的耍求。内涨锚 头尾部设计单向支撑片尖角，用专用千斤顶进行张拉时有很好弹性和刚性 的支撑片尖角嵌入岩体内固定住内涨锚头，塞环锥体进入内涨锚头使之膨 胀与岩体结合在一起，当达到设计荷载后，千斤顶回油，矢量锚具的夹持 体夹

5、持钢绞线自锚在矢量承载体中。为充分发挥夹持体外部硕内部弹性好 的优点，夹持体与承载体配合z间采用差异化角度配合，夹持体有微量弹 性变形使夹持体夹持力更加均匀。2矢量型锚固原理承载体与支撑座之间采用圆弧面接触，依据矢量原理，锚具随着锚索 受力方向自动调整路径与岩孔同心，避免锚索受剪应力影响及摩擦到孔壁 而造成预应力损失。根据承载体有限元分析结果，通过应力分布云图可以看出承载休沿横 向从外到里受压应力逐渐增大，在与支撑座接触的位置受压应力最大，最 大的受压应力为429. 6mpa,最大的受拉应力为22. 6mpa。从竖向应力分布云图中可以看出锚板沿竖向从上到下先增大后减小， 在与垫板接触的位置受压

6、应力最大，最大的受压应力为515. 5mpa,最大的 受拉应力为27. 2mpao因此，从球形承载体的纵、横向受力分析來看，其 最大受压应力515. 5mpa,最大受拉应力27. 2mpa,均满足小于容许抗拉强 度【637mp&】的要求。在荷载的作用下，受力均匀，使用性能良好。根据支撑座的有限元分析结果，从竖向应力分布云图中可以看出支撑 座沿纵向内侧从上到下压应力逐渐减小，外侧压应力逐渐增大。在与垫板 接触的位置受压应力最大，最大的受压应力为470. 7mpa,最大的受拉应力为 244. 6mpao从横向应力分布云图中可以看出支撑座沿横向从外到里受压应力逐 渐增大，在与垫板接触的位置受

7、压应力最大，最大的受压应力为470. 7mpa, 最大的受拉应力为244. 6mpa0从球形锚垫板的纵、横向受力分析来看，其 最大受压应力470. 7mpa,最大受拉应力244. 6mpa,均满足小于容许抗拉 强度630mpa的要求。但在荷载的作用下，受力分布不均匀，压应力最大的位置均在构件的 尖角部位。所以在设计、加工的过程中对英边角进行倒圆角处理，以缓解 其尖角集中应力，以保证其稳定的使用性能。3底部灌浆技术原理矢量型底部注浆锚索底部灌浆的原理即是把己施加过预应力的矢量 锚索立即利用锚索中心的预设灌浆管进行压浆，将锚索的支护作用与注浆 加固作用有机的结合起来，通过浆液在压力下渗透到岩孔周围

8、的裂隙中， 对出现松动的岩体起粘接固化作用，岩体裂隙相通时，混凝上将相邻的预 应力锚索从内部连结成一个整体（如图1）。制造索体的钢丝山原来的光圆变为现在的带肋螺旋预应力钢丝，增加 索体与混凝土的握裹力，以达到更好的锚固效果。浆液采用稳定浆液，它 是一种具有良好的流动性、低析水率、高稳定性的浓浆浆液。既在普通水 泥浆液屮加入粘性土、矿物质及高效减水剂，加入粘性土和矿物质可以改善水泥浆液的性质，增 加浆液粘度，阻止浆液的沉降分离，并能分散水泥颗粒，降低水灰比。加入高效减水剂，它能吸附在水泥颗粒表面，在一定时间内起着阻碍 或破坏水泥颗粒之间的凝固作用，改善浆液的流动性能，浆液的流变参数 粘度和凝聚力随减水剂掺量的增加而减少，但减少到一定程度后，在增加 掺量，降粘幅度就会减缓，一般为0.5%。这样可以大幅提高水灰比，减少 混凝土凝固后水