岩土锚杆(索)的类型、工作特性及适用条件.pdf

岩土锚杆（索）的岩土锚杆（索）的 类型、工作特性及适用条件类型、工作特性及适用条件 中冶集团建筑研究总院程良奎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、预应力与非预应力锚杆 2、拉力型与压力型锚杆、拉力型与压力型锚杆 3、荷载集中型与荷载分散型锚杆、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、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、可重复高压灌浆型锚杆 6、扩体型锚杆、扩体型锚杆 7、全长摩擦型锚杆、全长摩擦型锚杆 8、无锚头型预应力锚杆、无锚头型预应力锚杆 9、中空注浆锚杆、中空注浆锚杆 10、纤维增强塑料锚杆、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 预应力锚杆与非预应力锚杆结构构造比较 （ 预应力锚杆与非预应力锚杆结构构造比较 （a）预应力锚杆）预应力锚杆 anchor （（b）非预应力锚杆）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与非预应力锚杆的比较 预应力锚杆预应力锚杆非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 、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 、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、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、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 、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、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 、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 、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 、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 、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、结构构造与施工工艺比较复杂6、结构简单，施工方便、结构简单，施工方便 2、拉力型与压力型锚杆、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拉力型锚杆和压力型锚杆结构示意图 a拉力型锚杆拉力型锚杆b压力型锚杆压力型锚杆 拉力型与压力型锚杆的荷载分布拉力型与压力型锚杆的荷载分布 （（77年年Mastrantuono与与Tomiolo报导）报导） 3、荷载集中型与荷载分散型、荷载集中型与荷载分散型SBMA锚杆锚杆 荷载集中型荷载集中型 荷载分散型荷载分散型 荷载分散型锚杆承载体的构造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荷载集中型锚杆粘结应力分布特征 单孔复合锚固；单孔复合锚固； 荷载分散；荷载分散； 灌浆体由受拉变为受压。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结构构造图 压力分散型锚杆压力分散型锚杆单孔复合锚固）粘 结应力分布特征 单孔复合锚固）粘 结应力分布特征 拉力集中型压力分散型拉力集中型压力分散型 简单防腐简单防腐 灌浆体受拉易开裂灌浆体受拉易开裂 多层防腐多层防腐 灌浆体受压不易开裂灌浆体受压不易开裂 压力分散型锚固的耐久性显著提高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、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传统的机械固定型锚杆结构 楔缝式锚杆楔缝式锚杆 涨壳式锚杆涨壳式锚杆 南非贝尔公司南非贝尔公司 涨壳锚杆涨壳锚杆 法国生产的 涨壳锚杆 法国生产的 涨壳锚杆 机械固定型锚杆特性机械固定型锚杆特性 及时提供支护抗力或预加预应力；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； 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；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；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。对钻机直径、深度控制要求较严。 胶结料固定型锚杆胶结料固定型锚杆 非成卷式水泥浆固定非成卷式水泥浆固定 快硬水泥卷固定快硬水泥卷固定 树脂卷固定树脂卷固定 a树脂固定的张拉锚杆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 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 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；用塑料袋包装； b用玻璃管包装；用玻璃管包装； 1－固化剂加填料；－固化剂加填料；2－玻璃管；－玻璃管； 3－不饱和聚酯树脂；－不饱和聚酯树脂；4－堵头；－堵头； 5－聚乙烯袋；－聚乙烯袋；6－玻璃管；－玻璃管；7－硬塑料盖。－硬塑料盖。 树脂锚杆用的树脂卷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涨壳式中空灌浆锚杆 美国威廉姆斯美国威廉姆斯williams生产的涨壳式锚杆结构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的性能比较 不同类型低预应力锚杆工作时形成的剪力锥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、可重复高压灌浆型锚杆 锚杆结构图锚杆结构图 注浆套管工作原理注浆套管工作原理 密封性密封性 均匀性均匀性 重复性重复性 预埋二次劈裂灌浆管预埋二次劈裂灌浆管 密封装置密封装置 重复高压灌浆型锚固技术的优越性重复高压灌浆型锚固技术的优越性 抗拔力提高抗拔力提高 60120 ；； 蠕变量减小蠕变量减小 1/22/3 ；； 节约造价节约造价 1/3 左右。左右。 一次常压灌浆体与二次 高压灌浆体的比较 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天津百货大楼软土基坑工程 -13.5 m最大 位移量仅 最大 位移量仅 5 cm1994 6、扩体型锚杆、扩体型锚杆 锚杆荷载传递方式的比较锚杆荷载传递方式的比较 a摩擦型摩擦型b摩擦－支承复合型摩擦－支承复合型 （（1）底端扩体型锚杆）底端扩体型锚杆 爆炸成型的底 端扩体锚杆 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 用旋转叶片形成的扩体锚杆 固定地层砂 固定长度6～～10m 极限承载力极限承载力 900～～1400 kN 比Φ比Φ12cm的圆柱体锚固体承载 力提高 的圆柱体锚固体承载 力提高2～～3倍。倍。 （（2）多段扩体型锚杆）多段扩体型锚杆 扩体型锚杆承载力计算扩体型锚杆承载力计算 砂性土砂性土 黏性土黏性土 7.全长摩擦型锚杆全长摩擦型锚杆 （（1）缝管锚杆）缝管锚杆 缝管锚杆结构构造缝管锚杆结构构造 1－开缝钢管；－开缝钢管；2－挡环；－挡环；3－托板－托板 缝管锚杆外形缝管锚杆外形 缝管锚杆的工作特性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）使围岩处于三维压缩状态（三向预应力） 立即提供支护抗力；立即提供支护抗力； 锚固力随时间而增加；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 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；－杆体和托板作用在岩石上的力； 2－岩石；－岩石；3－托板；－托板；4－挡环－挡环 锚杆锚固力随时间而增长的曲线锚杆锚固力随时间而增长的曲线 1－黑色页岩；－黑色页岩；2－锰矿体；－锰矿体； 3－绿泥岩 缝管锚杆的锚固力与拔出量的关系 －绿泥岩 缝管锚杆的锚固力与拔出量的关系 1－砂岩；－砂岩；2－锰矿体；－锰矿体；3－绿泥岩－绿泥岩 缝管锚杆适用范围缝管锚杆适用范围 软弱岩层软弱岩层 受爆破震动影响的矿山隧道受爆破震动影响的矿山隧道 高应力岩爆地层高应力岩爆地层 （（2）水胀式锚杆）水胀式锚杆swellex bolt 水胀式锚杆水胀式锚杆 机械整形机械整形 ΦΦ41mm ΦΦ28mm 工作特性与缝管锚杆相似工作特性与缝管锚杆相似 适用范围适用范围 软岩支护软岩支护 强岩爆区段支护强岩爆区段支护 初期支护初期支护 8、无锚头型锚杆、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。 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。 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无锚头预应力锚杆的构造 a在临时锚墩上对杆体张拉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 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荷载从锚杆传递到结构物的方法 a常规方法传递；常规方法传递；b通过凹槽内的锚头传递；通过凹槽内的锚头传递； c通过上（第二）粘结段传递通过上（第二）粘结段传递 （（1）叶尼塞河）叶尼塞河sayane-shushensh Hps消力池底消力池底 板的预应力锚固板的预应力锚固 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 锚杆拉力值为锚杆拉力值为1021kN，一年后测定的拉力损失为，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莫斯科运河老钢筋混凝土船闸的修补 船闸闸墙的张拉船闸闸墙的张拉 9 中空注浆锚杆（系列）中空注浆锚杆（系列） （（ 1 ） 特点） 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 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； 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； 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； 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。 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）类型 1）普通中空注浆锚杆）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。 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）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。 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）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；细部构造； b涨壳工作时形成的抗力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纤维增强锚杆的优点 防腐蚀，耐久性好；防腐蚀，耐久性好； 绝缘，防静电；绝缘，防静电； 抗拉和粘结强度高；抗拉和粘结强度高； 重量轻，同等规格的杆体约为钢材的重量轻，同等规格的杆体约为钢材的1/4；； 易于切割 其相对密度为 易于切割 其相对密度为1.8～～2.1 抗拉强度高达抗拉强度高达 600～～700 Mpa 纤维增强塑料锚杆的技术性能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深圳海川工程技术有限公司生产的路威 2006FRP锚杆技术性能锚杆技术性能 （（1）锚杆基本尺寸 锚杆外径 Φ＝ ）锚杆基本尺寸 锚杆外径 Φ＝19.6mm，螺纹底径 Φ，螺纹底径 Φ18mm 有效直径有效直径 18.8mm 有效面积有效面积 S＝＝277.45mm）） （（2）拉伸试验）拉伸试验 （（3）螺母与杆体螺纹结合力）螺母与杆体螺纹结合力 （（4）剪切强度）剪切强度