文档介绍：3 岩石锚杆与喷射混凝土 支护技术
3 岩石锚杆与喷射混凝土支护技术
所谓岩石锚杆就是在岩层中使用的锚杆,多用在矿山巷道、岩石边坡、岩石基坑等工程中。其中以矿山巷道使用最普遍,包括煤层巷道。
在矿山岩石巷道中,我们常称以锚杆和喷射混凝土等技术为主组成的各种联合支护技术为锚喷支护技术;而在煤巷中,我们则称以锚杆和金属网、钢带等组成的联合支护技术为锚网支护技术。
3 岩石锚杆与喷射混凝土支护技术
概述
岩石锚杆分类
锚杆支护材料
锚杆作用原理和参数设计
锚杆施工机具和锚杆施工
喷射混凝土支护
概述
岩土体变形的两个特点:变形的不均匀性和局部性。
锚杆的基本工作原理:就是将锚杆杆体的一部分固结在相对较小的地方,利用杆体较岩土有更高的刚度,约束另外部分的岩土体变形与破坏的发展。
岩土体自身还有一个特点:存在自平衡性。就是一定条件下,岩土体在出现局部破坏时,它无须外加的作用就可在岩土体内部进行应力调整,最终实现新的平衡。
实现应力调整的条件是变形的连续性和可传递性。锚杆的约束作用就是提供这一条件的有效手段。
因此,锚杆必须有一处和岩土体牢固锚结,杆体的其余部分伸到容易变形破坏的地方,并能对这部分岩土体产生约束作用。
岩石锚杆分类
锚杆的分类方法
不同的分类方法,可有不同类型的锚杆:
根据锚固形式分:全长锚固、加长锚固和端头锚固锚杆;
根据锚固方法分:机械式、水泥砂浆粘结式(包括水泥药卷)、树脂粘结式(包括树脂药卷)和摩擦(缝管、水力)式锚杆;
根据杆体材料分:竹锚杆、木锚杆、金属(钢筋)锚杆、钢丝绳锚杆、塑料锚杆、玻璃钢锚杆;
特殊功能的锚杆:可伸长(屈服)锚杆、可回收锚杆、自进式锚杆、内注浆锚杆。
用于土层中的锚杆则被专门称为土钉。
表3-1 各种类型锚杆的主要优缺点
锚杆类型
优点
缺点
集中(端头)锚固类
机械锚固型
安装迅速,及时承载
对深部围岩强度要求高
粘结锚固型
易加工,制造简单
对深部围岩强度要求一般
全长锚固类
机械锚固型
易安装,及时承载
易腐蚀,锚固强度易衰减和丧失
粘结锚固型
适用范围广,树脂锚固剂承载速度快,锚固力大
树脂锚杆成本高,树脂易燃有毒
岩石锚杆分类
锚杆基本结构形式
(1)结构与组成
锚杆结构:均可以分为与岩土固结的锚固段、露在岩土体外面的尾部和连接锚固段与尾部的工作部分。
工作部分可将岩土作用给外露段锚杆的压力传递给固结段。
图3-2 锚杆结构示意图
机械式锚固锚杆已经较少使用。粘结式和摩擦式锚固锚杆可以是部分固结,也可是全长固结。
为了约束岩土体,锚杆的外露部分还应有约束和传力装置,如锚杆托盘、螺帽以及喷-网面层等。
锚杆基本结构形式
(2)锚固结构的特点
锚固结构方面的进步:
机械式锚固→摩擦式锚固→粘结式锚固→全长粘结式锚固
不同的锚杆结构各有不同的用途:
如适用煤层的竹、木锚杆、塑料锚杆和可卸式锚杆;
适应于煤矿巷道变形大的特点,专门有可伸长锚杆;
自进式锚杆则适用于破碎岩土层的支护,免得因为拔钻杆时塌孔而无法安装锚杆。
土钉则是锚杆拓展到土工中后形成的专用名词。
锚杆支护材料
材料:杆体、固结机构或粘结材料、托盘、螺帽等。
杆体材料
常用的杆体材料主要是各种钢筋,包括圆钢、螺纹钢和专用钢材。
国内90年代前多用Φ14~18mm的3号圆钢制作,抗断破坏力一般不超过100kN;
近年来采用高强度和高刚度锚杆或超高强的螺纹钢锚杆;
专门研制了单向左旋无纵筋螺纹钢,用于制作螺纹钢锚杆,并采用专用螺母,形成等强锚杆。
国内煤矿还采用有经济的竹、木锚杆。
锚杆实现高强和超高强的方法:一是对螺纹钢筋进行整体强化热处理,使直径22mm的螺纹钢锚杆破断力达到300kN以上,大大提高了锚杆的承载能力;另一方面可对螺纹段采用整体滚丝方式加工螺纹,可保证螺纹段的极限承载力不低于杆体破断荷载的90%。
锚固机构和粘结材料
(1)锚固机构
机械式锚杆靠机械装置实现锚杆的锚固,包括提高缝管(机构)来实现与孔壁间的固结。
目前锚杆的粘结材料主要有:水泥质粘结材料和树脂类粘结材料。
(2)水泥质粘结材料
1)水泥砂浆和纯水泥浆液
2)快硬水泥药卷
(3)树脂类粘结材料
1)树脂粘结材料的发展
2)树脂药卷结构与性能特点