矢量型底部灌漿錨索的研究及應(yīng)用-科技論文

預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)在完整性較好的地層取得了很好的支護(hù)效果，但普通的錨索施工采用將樹脂2～3袋塞入錨孔中，然后穿入普通鋼絞線，轉(zhuǎn)動(dòng)鋼絞線利用鋼絞線的端部扎破樹脂包裝物，樹脂將鋼絞線與巖壁連接在一起，故包裝物夾雜其中，且樹脂本身粘接度較低，因此張拉預(yù)應(yīng)力較小。尤其在破碎巖層的支護(hù)效果并不理想。為解決以上問(wèn)題，目前預(yù)應(yīng)力錨索主要朝著以下幾個(gè)方向發(fā)展：

（1）錨索自鎖功能發(fā)展

灌漿式錨索的錨固體在破碎巖層中與孔壁粘結(jié)力差，錨固效果不理想；同時(shí)要等漿液達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度才能施加預(yù)應(yīng)力，施工速度慢；需研發(fā)帶有摩擦自鎖功能的錨索。這種錨索能將內(nèi)漲式錨索頭嵌入巖體內(nèi)部，提高錨索的承載能力，起到很好的錨固作用，增強(qiáng)錨索的錨固力。同時(shí)由于有自鎖功能，可提前施加預(yù)應(yīng)力，縮短錨索施工時(shí)間，提高工程施工速度。

（2）錨索灌漿技術(shù)改進(jìn)

傳統(tǒng)上采用灌漿管進(jìn)行灌漿，灌漿過(guò)程中需要插入灌漿管或排氣管，施工完成后需要拔出，施工工藝復(fù)雜，效率低下，灌漿效果不理想。需在錨索灌漿基礎(chǔ)需要進(jìn)一步改進(jìn)，設(shè)計(jì)出集支護(hù)作用與注漿加固作用的中空結(jié)構(gòu)錨索索體。這種錨索將錨索錨固作用與灌漿管的灌漿作用有機(jī)的結(jié)合起來(lái)，可以簡(jiǎn)化灌漿施工工藝，加快錨固施工速度。

（3）錨索張拉端的改進(jìn)

礦井及邊坡支護(hù)時(shí)，有時(shí)候其鉆孔孔道與巖壁不垂直，傳統(tǒng)錨具在張拉時(shí)會(huì)由于孔口折角而產(chǎn)生剪切應(yīng)力，造成預(yù)應(yīng)力損失和錨索的斷絲現(xiàn)象。錨索張拉端需要進(jìn)一步改進(jìn)，需設(shè)計(jì)出具有自動(dòng)調(diào)向的矢量型錨具，消除孔口剪切應(yīng)力，避免孔口形成折角而產(chǎn)生剪切應(yīng)力使其斷絲，降低預(yù)應(yīng)力損失，提高錨固強(qiáng)度和可靠性。

為此，我們研究、開發(fā)了矢量型底部灌漿錨索。

一、矢量型底部灌漿錨索原理：

矢量型底部灌漿錨索即利用底部灌漿錨索及矢量錨具配套使用對(duì)礦山井巷支護(hù)、隧道、邊坡等進(jìn)行支護(hù)（如圖），其中底部灌漿錨索包括摩擦自鎖結(jié)構(gòu)、底部灌漿組件。摩擦自鎖結(jié)構(gòu)中塞環(huán)與鋼絞線連接采用內(nèi)外特殊鋸齒型螺紋的連接套，該部件整體經(jīng)過(guò)特殊熱處理，然后將塞環(huán)、連接套用冷擠壓變形的方式固定在錨索上，塞環(huán)采用正火處理提高機(jī)械性能。內(nèi)漲錨頭采用切割彈性槽的方式且進(jìn)行整體碳氮共滲，形成表面硬度很高（HRC62），而芯部又具有很好彈性的組織來(lái)滿足設(shè)計(jì)的要求。內(nèi)漲錨頭尾部設(shè)計(jì)單向支撐片尖角，用專用千斤頂進(jìn)行張拉時(shí)有很好彈性和剛性的支撐片尖角嵌入巖體內(nèi)固定住內(nèi)漲錨頭，塞環(huán)錐體進(jìn)入內(nèi)漲錨頭使之膨脹與巖體結(jié)合在一起，當(dāng)達(dá)到設(shè)計(jì)荷載后，千斤頂回油，矢量錨具的夾持體夾持鋼絞線自錨在矢量承載體中。為充分發(fā)揮夾持體外部硬內(nèi)部彈性好的優(yōu)點(diǎn)，夾持體與承載體配合之間采用差異化角度配合，夾持體有微量彈性變形使夾持體夾持力更加均勻。承載體與支撐座之間采用圓弧面接觸，依據(jù)矢量原理，錨具隨著錨索受力方向自動(dòng)調(diào)整路徑與巖孔同心，避免錨索受剪應(yīng)力影響及摩擦到孔壁而造成預(yù)應(yīng)力損失。

二、底部灌漿技術(shù)原理 

矢量型底部注漿錨索底部灌漿的原理即是把已施加過(guò)預(yù)應(yīng)力的矢量錨索立即利用錨索中心的預(yù)設(shè)灌漿管進(jìn)行壓漿，將錨索的支護(hù)作用與注漿加固作用有機(jī)的結(jié)合起來(lái)，通過(guò)漿液在壓力下滲透到巖孔周圍的裂隙中，對(duì)出現(xiàn)松動(dòng)的巖體起粘接固化作用，巖體裂隙相通時(shí)，混凝土將相鄰的預(yù)應(yīng)力錨索從內(nèi)部連結(jié)成一個(gè)整體（如圖）。制造索體的鋼絲由原來(lái)的光圓變?yōu)楝F(xiàn)在的帶肋螺旋預(yù)應(yīng)力鋼絲，增加索體與混凝土的握裹力，以達(dá)到更好的錨固效果。以22系列錨索為例，同樣錨索施加的預(yù)應(yīng)力，底部灌漿施加的力比普通的高1～2倍。漿液采用穩(wěn)定漿液，它是一種具有良好的流動(dòng)性、低析水率、高穩(wěn)定性的濃漿漿液。既在普通水泥漿液中加入粘性土（如膨潤(rùn)土）、礦物質(zhì)及高效減水劑，加入粘性土和礦物質(zhì)可以改善水泥漿液的性質(zhì)，增加漿液粘度，阻止?jié){液的沉降分離，并能分散水泥顆粒，降低水灰比。加入高效減水劑，它能吸附在水泥顆粒表面，在一定時(shí)間內(nèi)起著阻礙或破壞水泥顆粒之間的凝固作用，改善漿液的流動(dòng)性能，漿液的流變參數(shù)粘度和凝聚力隨減水劑摻量的增加而減少，但減少到一定程度后，在增加摻量，降粘幅度就會(huì)減緩，一般為0.5%。這樣可以大幅提高水灰比，減少混凝土凝固后水的析出而形成的孔隙和水對(duì)錨索的腐蝕。通過(guò)高速攪拌來(lái)降低漿液的粘度、凝聚力和析水率，使水泥顆粒相互分離，便于灌漿?？卓诓捎玫瑰F形高強(qiáng)度止?jié){塞，注漿后用螺堵將注漿口擰緊完成灌漿。