岩土锚杆(索)的类型、工作特性及适用条件

岩土锚杆（索）的类型、工作特性及适用条件中冶集团建筑研究总院程良奎目录1、预应力与非预应力锚杆2、拉力型与压力型锚杆3、荷载集中型与荷载分散型锚杆4、机械固定型锚杆与胶结材料固定型锚杆5、可重复高压灌浆型锚杆6、扩体型锚杆7、全长摩擦型锚杆8、无锚头型预应力锚杆9、中空注浆锚杆10、纤维增强塑料锚杆1、预应力锚杆与非预应力锚杆预应力锚杆与非预应力锚杆结构构造比较（a）预应力锚杆(anchor)（b）非预应力锚杆(bolt)预应力锚杆与非预应力锚杆受力特性比较预应力锚杆与非预应力锚杆的比较预应力锚杆非预应力锚杆1、安装后能及时提供支护抗力，使岩体处于三轴应力状态1、安装后地层移动锚杆才能被动地发挥作用2、控制地层与结构物变形能力强2、控制地层与结构物变形能力差3、按一定密度布置锚杆，施加预应力后能在地层内形成压缩区，有利于地层稳定3、难于在地层内形成压缩区4、预加应力后，能明显地提高潜在滑移面或岩石软弱结构面的抗剪强度4、仅靠杆体自身强度发挥其抗拉抗剪作用5、张拉工序能检验锚杆的承载能力5、尚缺乏检验此类锚杆施工质量与承载力的有效方法6、结构构造与施工工艺比较复杂6、结构简单，施工方便2、拉力型与压力型锚杆拉力型锚杆和压力型锚杆结构示意图(a)拉力型锚杆(b)压力型锚杆拉力型与压力型锚杆的荷载分布（77年Mastrantuono与Tomiolo报导）3、荷载集中型与荷载分散型(SBMA)锚杆荷载集中型荷载分散型荷载分散型锚杆承载体的构造荷载集中型与荷载分散型锚杆工作特性比较荷载集中型锚杆粘结应力分布特征单孔复合锚固；荷载分散；灌浆体由受拉变为受压。压力分散型结构构造图压力分散型锚杆(单孔复合锚固）粘结应力分布特征拉力集中型压力分散型简单防腐灌浆体受拉易开裂多层防腐灌浆体受压不易开裂压力分散型锚固的耐久性显著提高4、机械固定型和胶结固定型锚杆传统的机械固定型锚杆结构楔缝式锚杆涨壳式锚杆南非贝尔公司涨壳锚杆法国生产的涨壳锚杆机械固定型锚杆特性及时提供支护抗力或预加预应力；会在岩层中产生大的应力，对岩层强度要求较高；通常无防腐措施，使用寿命有限；加工工艺复杂，成本高于粘结型锚杆；对钻机直径、深度控制要求较严。胶结料固定型锚杆非成卷式水泥浆固定快硬水泥卷固定树脂卷固定(a)树脂固定的张拉锚杆(b)全长用速凝和缓凝树脂的张拉锚杆(c)全长用树脂锚固的非张拉锚杆用速凝（黑色）和缓凝（带点色）树脂固定的岩石锚杆(a)用塑料袋包装；(b)用玻璃管包装；1－固化剂加填料；2－玻璃管；3－不饱和聚酯树脂；4－堵头；5－聚乙烯袋；6－玻璃管；7－硬塑料盖。树脂锚杆用的树脂卷机械固定与胶结料固定相结合的锚杆涨壳式中空灌浆锚杆美国威廉姆斯(williams)生产的涨壳式锚杆结构威廉姆斯岩石锚杆注浆浆液流动图杭州图强公司生产的涨壳式中空锚杆结构涨壳式中空锚杆作用于岩石时能形成压应力区不同类型低预应力锚杆的性能比较不同类型低预应力锚杆工作时形成的剪力锥5、可重复高压灌浆型锚杆锚杆结构图注浆套管工作原理•密封性•均匀性•重复性预埋二次劈裂灌浆管密封装置重复高压灌浆型锚固技术的优越性抗拔力提高60~120%；蠕变量减小1/2~2/3；节约造价1/3左右。一次常压灌浆体与二次高压灌浆体的比较上海太平洋饭店软土基坑锚固工程(1986)天津百货大楼软土基坑工程(-13.5m)最大位移量仅5cm(1994)6、扩体型锚杆锚杆荷载传递方式的比较(a)摩擦型(b)摩擦－支承复合型（1）底端扩体型锚杆爆炸成型的底端扩体锚杆用旋转叶片形成的扩体锚杆固定地层砂固定长度：6～10m极限承载力900～1400kN比Φ=12cm的圆柱体锚固体承载力提高2～3倍。（2）多段扩体型锚杆扩体型锚杆承载力计算砂性土黏性土7.全长摩擦型锚杆（1）缝管锚杆缝管锚杆结构构造：1－开缝钢管；2－挡环；3－托板缝管锚杆外形缝管锚杆的工作特性使围岩处于三维压缩状态（三向预应力）立即提供支护抗力；锚固力随时间而增加；围岩位移后锚杆仍能保持较高的承载力。围岩处于三维压缩状态岩石移动使锚杆进一步锁紧岩石1－杆体和托板作用在岩石上的力；2－岩石；3－托板；4－挡环锚杆锚固力随时间而增长的曲线1－黑色页岩；2－锰矿体；3－绿泥岩缝管锚杆的锚固力与拔出量的关系1－砂岩；2－锰矿体；3－绿泥岩缝管锚杆适用范围软弱岩层受爆破震动影响的矿山隧道高应力岩爆地层（2）水胀式锚杆(swellexbolt)水胀式锚杆机械整形Φ41mmΦ28mm工作特性：与缝管锚杆相似适用范围：软岩支护强岩爆区段支护初期支护8、无锚头型锚杆当由于某些原因，在对预应力锚杆进行张拉后，不容许锚头外露于结构物表面。可采用在结构物表面安设临时的可拆除传力墩座，并在与结构物表面相邻的钻孔灌注水泥浆形成上粘结段。并在上粘结段具有与临时传力墩座具有相同锁定力时，即拆除锚墩。这就是无锚头型锚杆。无锚头预应力锚杆的构造(a)在临时锚墩上对杆体张拉(b)拆除临时锚头及锚墩后的锚杆剖面图荷载从锚杆传递到结构物的方法(a)常规方法传递；(b)通过凹槽内的锚头传递；(c)通过上（第二）粘结段传递（1）叶尼塞河sayane-shushenshHps消力池底板的预应力锚固消力池表面粘结锚固的最终的结构型式质量检验：锚杆拉力值为1021kN，一年后测定的拉力损失为20％使用几年后，洪水未对消力池表面产生任何影响（2）莫斯科运河船闸闸墙的无锚头型锚固莫斯科运河老钢筋混凝土船闸的修补船闸闸墙的张拉9中空注浆锚杆（系列）（1）特点：杆体为表面带有标准联结螺纹的中空杆体，可采用连接套接长，在狭小空间可施工大于10m长的锚杆；注浆时浆液由中空杆体底端流向孔口，止浆塞与托板能有效阻止外溢，可保证杆体与孔壁间注浆饱满，使锚杆伸入的岩体范围得到有效加固；通过连接套与对中环，使杆体居中，杆体被均匀的砂浆保护层包裹，显著提高了耐久性；必要时，可通过自由段的隔离措施，对锚杆施加预应力。（2）类型1）普通中空注浆锚杆适用于各类隧道与洞室工程，特别是隧道与洞室的顶部。2）自钻式中空注浆锚杆钻杆即为锚杆杆体，在难以成孔的困难复杂岩层中应用具有独特优势。3）涨壳式中空锚杆Williams公司的涨壳式中空锚杆的细部构造及工作原理(a)细部构造；(b)涨壳工作时形成的抗力10、纤维增强塑料锚杆纤维增强塑料是一种以合成树脂为粘结剂、复合纤维为增强材料制成的复合材料。纤维增强锚杆的优点：防腐蚀，耐久性好；绝缘，防静电；抗拉和粘结强度高；重量轻，同等规格的杆体约为钢材的1/4；易于切割其相对密度为1.8～2.1抗拉强度高达600～700Mpa纤维增强塑料锚杆的技术性能深圳海川工程技术有限公司生产的路威2006FRP锚杆技术性能（1）锚杆基本尺寸锚杆外径Φ＝19.6mm，螺纹底径Φ=18mm有效直径18.8mm(有效面积S＝277.45mm）（2）拉伸试验（3）螺母与杆体螺纹结合力（4）剪切强度