锚杆支护结构类型及质量控制PPT课件

第八章锚杆支护结构类型及质量控制 1 掌握主要的锚喷支护结构类型2 熟悉锚喷支护各种支护手段设计的一般规定与质量控制 1 锚喷支护结构类型 锚杆支护 喷射混凝土支护 锚杆喷射混凝土支护 钢筋网喷射混凝土支护 锚杆 钢筋网 钢拱架喷射混凝土支护 锚杆 钢筋网喷射混凝土支护 预应力锚杆 钢筋网喷射混凝土支护 2 锚杆类型 1 全长粘结型锚杆 用水泥砂浆或树脂作填充粘结剂 使锚杆和孔壁岩石粘结牢固 提供摩擦阻力 阻止岩体位移 并通过安装在孔口的托板 螺母对岩壁的约束力来抑制围岩变形和承受围岩松弛荷载 普通水泥砂浆锚杆 早强水泥砂浆砂浆锚杆 中空注浆锚杆 自钻式注浆锚杆2 端头锚固型锚杆 通过锚杆的机械式锚固或粘结式锚固 将锚杆前端锚固于锚杆孔底部岩体 通过孔口托板及螺母使锚杆受拉 对孔口附近围岩施加径向约束力 锚杆受力大小取决于锚头的锚固强度 按结构形式又可分为 1 机械式内锚头 如楔缝式锚杆 倒楔式锚杆 胀壳式锚杆 2 粘结式内锚头 水泥砂浆内锚头 快硬水泥卷内锚头 树脂药包内锚头 3 锚杆类型 3 摩擦型锚杆 将锚杆强行压入比其直径略小的钻孔后 管体受围岩约束而产生径向张力 使孔壁产生压力 挤压岩体 从而使孔壁与锚杆间产生静摩擦力 即锚固力 阻止岩体位移 同时 锚杆末端托板在安装时紧压孔口岩面 对围岩产生压力 使锚杆周围岩体处于三向应力状态 形成梨形压力球 增加围岩的稳定性 缝管式锚杆 楔管式锚杆 水胀锚杆4 预应力锚杆应用端头锚杆 在锚孔口部对锚杆施加拉力 并用垫板和螺栓锁口 紧压孔口岩面 使围岩产生径向压力 约束围岩变形 对改善围岩的力学性能 特别是提高岩体结构面的摩擦力很有帮助 按内锚头结构形式有机械式内锚头和胶结式内锚头 按锚固段的应力分布有集中型和分散型 按岩层的受力性质有拉力型 压力型 剪力型和混合型 4 全长粘结型 锚杆类型 主要有普通水泥砂浆锚杆 树脂锚固锚杆 早强水泥砂浆锚杆 树脂锚杆 水泥卷锚杆 中空注浆锚杆和自钻式注浆锚杆等 5 端头锚固型 锚杆类型 主要有机械锚固锚杆 树脂锚固锚杆 快硬水泥卷端头锚杆等 6 端头锚固型 锚杆类型 7 端头锚固型 锚杆类型 8 摩察型 锚杆类型 主要有缝管锚杆 楔管锚杆和水胀锚杆等 9 摩察型 锚杆类型 10 隧道及边坡工程中常用锚杆 水泥砂浆锚杆1 构造 由水泥砂浆 杆体 垫板和螺母组成 杆体可采用带肋钢筋或高强度玻纤树脂实心或空心管 垫板可用金属材料 也可以用工程塑料 2 特点 1 结构简单 加工安装方便 价格便宜 对围岩适用性强 具有一定的锚固力 2 安装后有一个养护过程不能承载 3 被动支护 提供的支护反力依赖围岩变形 如果安装过晚 锚杆抗力小 作用有限 4 注浆不宜密实 3 垫板作用 1 增强并扩大锚杆对岩体的锚固范围 特别是能使表层围岩处于三向受力状态 极大增强了围岩稳定性 11 隧道及边坡工程中常用锚杆 2 垫板能显著提高锚杆的系统刚度 使锚杆在软岩中不至于太软而无法与围岩特征线相交 丧失承载围岩压力的条件 3 通过垫板将喷网与锚杆连成整体 从而形成喷锚网与围岩的联合体 共同承担地层压力的作用 这里垫板的传递起着重要的作用 4 垫板能改变锚杆的受力分布 使锚杆的轴力分布比较均匀 提高锚杆效果 12 隧道及边坡工程中常用锚杆 早强水泥砂浆锚杆与水泥砂浆锚杆的唯一区别就是注浆材料 粘结剂 不同 一般在2 4h就具有50KN左右的锚固力 弥补了普通水泥砂浆早期不能承载和强度增长缓慢的特点 因而在软弱 破碎 自稳时间短的围岩中显示出一定的优越性 快硬水泥卷内锚头锚杆构造 快硬水泥卷 锚固剂 杆体 垫板 螺母 排气管组成杆体内端要求设计成左旋麻花状结构 其上端焊有挡圈 挡圈至麻花状顶部的长度即为锚头长度 挡圈具有防止搅碎的水泥从孔内滑出的作用 快硬水泥卷内锚头锚杆具有早强水泥砂浆锚杆能早起承载的特点 但是存在以下缺点 设计中要主要控制使用 一般不能用于永久性工程 特别是重要工程 缺点 1 锚固质量受操作工艺影响 波动较大 2 包装皮搅碎后混入锚固剂 严重影响内锚头的防腐耐久性 3 注浆和排气系统的结构不完善 难以保证注浆饱满 尤其是向上安装的锚杆 13 隧道及边坡工程中常用锚杆 早强水泥砂浆内锚头锚杆适用于在有严重化学腐蚀地层的抢修工程 中空注浆锚杆采用冷轧左旋螺纹杆体 为空心管 注浆可分为无压注浆和有压注浆两种 注浆时采用封堵技术的为压力注浆 否则为无压注浆 中空注浆锚杆的最大特点是利用杆体中中空管道进行注浆 浆液直达孔底 能保证注浆饱满 如果是向上安装的锚杆还设有排气管 孔底的塑料锚固头是用来悬挂杆体的重量 以免向上安装时杆体下滑 凡永久性锚杆均要求压力注浆 在我国沿海地区得到了普遍使用 自钻式注浆锚杆这种锚杆将钻孔 注浆及锚固等功能一体化 适于钻孔过程易塌孔 而且必须采用套管跟进的复杂地层 14 隧道及边坡工程中常用锚杆 楔管式锚杆由开口异径管 上 下楔 定位销 挡环和垫板组成 优点为 效应快 安装后即能发挥锚固作用 对围岩能主动提供轴向和环向压应力 锚固效果比被动式锚杆要好 适应岩层范围较大 地下水对它的锚固效果影响很小 操作方便 作业安全 劳动强度低 安装一根约4分钟 极限锚固力约为120KN 适于中 小断面工程的临时支护和抢险工程 15 一般规定 1 永久支护的锚杆应为全长粘结型锚杆或预应力注浆锚杆 其他类型的锚杆不能作为永久支护 当需作永久支护时 锚孔内必须注满砂浆或树脂 2 自稳时间短的围岩 宜采用全长粘结式锚杆或早强水泥砂浆锚杆 3 在 级围岩条件下 锚杆应按系统锚杆设计 并符合下列规定 1 锚杆一般应沿隧道周边径向布置 当结构面或岩层层面明显时 锚杆应与岩体主结构面或岩层层面呈大角度布置 16 一般规定 2 锚杆应按矩形排列或梅花形排列 3 锚杆间距不得大于1 5m 间距较小时 可采用长短锚杆交错布置 4 两车道隧道系统锚杆长度一般不小于2 0m 三车道隧道系统锚杆一般不小于2 5m 4 局部不稳定的岩块宜设置局部锚杆 可采用全长粘结型锚杆 端头锚固型锚杆 预应力锚杆 锚固端应置于稳定岩体内 锚杆参数应通过计算确定 17 一般规定 5 软岩 收敛变形较大的围岩地段 可采用预应力锚杆 预应力锚杆的预应力应不小于100kPa 预应力锚杆的锚固端必须锚固在稳定岩层内 6 岩体破碎 成孔困难的围岩 宜采用自进式锚杆 18 预应力锚杆 索 一 预应力锚杆 索 组成由外锚头 锚杆体和内锚固段组成 统称预应力锚固体系 外锚头视锚杆张拉吨位的不同 繁简差异很大 实现张拉和锁定的装置 锚杆体 锚索体 也称自由段或张拉段 是形成预应力的主要构件 锚固段又称为内锚头或内锚固段 是预应力锚杆孔内锁定端 现场也称为锚根 二 外锚头的结构类型结构型式有锥筒垫板式结构外锚头和锚板式结构外锚头 前者用于螺纹钢筋锚固体系 后者用于镦头锚固体系和夹片式锚固体系 三 内锚头的结构类型内锚头是预应力锚杆得以实现预应力张拉的重要部件 并且对预应力的长期保存有重要意义 19 预应力锚杆 索 内锚头按其结构形式分 机械式内锚头与胶结式内锚头 按内锚固段围岩受力状态分 拉力型 压力型 剪力型以及荷载集中型与荷载分散型 1 机械式内锚头 由工程塑料或金属材料制成 2 胶结式内锚头 依靠胶结材料 如水泥砂浆或树脂将锚杆体 钢丝或钢绞线 和孔壁岩体粘成一个整体的内锚头型式 1 按胶结材料同钢丝或钢绞线粘结力决定内锚固段长度 其中 Td锚索的设计张拉荷载 KN d单根钢筋或钢绞线的直径 mm n钢绞线或钢筋根数 K 安全系数 qs水泥结石与钢绞线的设计粘结强度 KPa 取0 8倍标准值 采用两根及以上钢筋或钢绞线时 界面粘结降低系数 取0 65 0 85 试验证明握裹力在钢筋上的分布是不均匀的 呈枣形分布 20 预应力锚杆 索 2 按胶结材料同岩石孔壁的粘结力决定内锚固段长度 其中 D锚固体直径 mm qr水泥结石体与岩石孔壁间的粘结强度设计值 KPa 取0 8倍标准值 内锚头锚固力并非随锚固长度成比例增加 实验证明当锚固长度超过8 10m时 锚固力增加很少 因此粘结式内锚头的最大长度不要超过10m 如果不够可采取以下措施 对破碎软弱岩层进行固结灌浆 扩大内锚固段孔径 采用分散型内锚头 21 预应力锚杆 索 3 分散型内锚头 将锚固段分散 在同一钻孔中安装几个单元锚杆 每个单元锚杆都有自己的杆体 自己的锚固长度 而且张拉荷载也是分别施加的 由于这种组合锚杆的各单元锚杆锚固长度小 所承受的荷载也小 内锚固段上的轴力和粘结应力分布比较均匀 不会产生逐步脱胶现象 从而能最大限度地调动地层强度 从理论上讲 这类分散型锚杆的锚固长度不受限制 故特别适于软岩和土体工程 根据起受力特征 又可分为拉力分散型 压力分散型 剪力分散型和拉压分散型 22 预应力锚杆 索 四 预应力锚杆力学特征和应用领域1 预应力锚杆力学特征 1 支护受力特征方面 预应力锚杆的初始锚固力来源于张拉荷载属于主动支护 砂浆锚杆的锚固力依赖于围岩的松弛变形 是以损失被锚固体位移为代价的 属于被动支护 2 支护所承担的荷载方面 预应力锚杆承担的荷载为 预应力张拉荷载PR与变形荷载PW两部分 砂浆锚杆只承担变形荷载PW 3 支护刚度方面 拉力型预应力锚杆的支护刚度由杆体刚度KM和由张拉荷载所产生的支护刚度两部分组成 普通砂浆锚杆属于柔性支护 4 支护反力强度方面 预应力锚杆支护反力强度可达到0 2 2MPa 完全可以和任何刚性支护媲美 表8 26 23 预应力锚杆 索 五 预应力锚杆质量控制1 预应力锚杆设计一般原则 1 硬岩锚固可采用拉力型锚杆 软岩锚固宜采用压力分散型或拉力分散型锚杆 2 确定锚杆倾角应避开锚杆与水平面的夹角为 100 100这一范围 3 预应力锚杆杆体材料宜用钢绞线 高强度钢丝或高强度精轧螺纹钢筋 4 预应力筋的截面尺寸按如下公式计算 Td设计张拉荷载 fptk预应力筋抗拉强度标准值 K预应力截面设计安全系数 临时锚杆取1 6 预应力锚杆取1 8 24 喷射混凝土支护设计与质量控制 一 喷射混凝土设计参数的基本要求喷射混凝土最重要的两个设计参数是强度指标和厚度指标 1 喷射混凝土强度指标 喷射混凝土的设计强度等级不应低于C15 对于竖井及重要隧道和斜井工程 喷射混凝土设计强度不应低于低于C20 喷射混凝土1d龄期的抗压强度不应低于5MPa 钢纤维喷射混凝土的设计强度等级不应低于C20 其抗拉强度不应低于2MPa 抗弯强度不应低于6MPa 2 喷射混凝土支护厚度 25 一般规定 1 喷射混凝土厚度不应小于50mm 不宜大于300mm 2 钢筋网喷射混凝土设计应符合下列规定 1 钢筋网网格应按矩形布置 钢筋间距宜为150 300mm 2 钢筋网钢筋的搭接长度应不小于30d d为钢筋直径 3 钢筋网喷射混凝土保护层厚度应不小于20mm 当采用双层钢筋网时 两层钢筋网之间的间隔距离应不小于60mm 4 单层钢筋网喷射混凝土厚度不得小于80mm 双层钢筋网喷射混凝土厚度不得小于150mm 5 钢筋网应配合锚杆一起使用 26 一般规定 3 钢纤维喷射混凝土设计应符合下列规定 1 钢纤维掺量宜为干混合料质量的1 5 4 2 钢纤维喷射混凝土的设计强度等级不应低于C254 为提高喷射混凝土的抗裂性能 可采用合成纤维喷射混凝土 合成纤维喷射混凝土的设计强度等级不应低于C20 合成纤维喷射混凝土应根据实验确定其掺量 当防水要求较高时 可采用强度等级大于C30的高性能喷射混凝土 27 钢筋网与钢拱架 一 钢筋网为提高喷射混凝土的整体性