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效果并不理想。為解決以上問題，目前預(yù)應(yīng)力錨索主要朝著以下幾個方向發(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；同時要等漿液達到設(shè)計強度才能施加預(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，增強錨索的錨固力。同時由于有自鎖功能，可提前施加預(yù)應(yīng)力，縮短錨索施工時間，提高工程施工速度。

（2）錨索灌漿技術(shù)改進

傳統(tǒng)上采用灌漿管進行灌漿，灌漿過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)需要進一步改進，設(shè)計出集支護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的結(jié)合起來，可以簡化灌漿施工工藝，加快錨固施工速度。

（3）錨索張拉端的改進

礦井及邊坡支護時，有時候其鉆孔孔道與巖壁不垂直，傳統(tǒng)錨具在張拉時會由于孔口折角而產(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。錨索張拉端需要進一步改進，需設(shè)計出具有自動調(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礦山井巷支護、隧道、邊坡等進行支護（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械性能。內(nèi)漲錨頭采用切割彈性槽的方式且進行整體碳氮共滲，形成表面硬度很高（HRC62），而芯部又具有很好彈性的組織來滿足設(shè)計的要求。內(nèi)漲錨頭尾部設(shè)計單向支撐片尖角，用專用千斤頂進行張拉時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)錐體進入內(nèi)漲錨頭使之膨脹與巖體結(jié)合在一起，當(dāng)達到設(shè)計荷載后，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，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)灌漿管進行壓漿，將錨索的支護作用與注漿加固作用有機的結(jié)合起來，通過漿液在壓力下滲透到巖孔周圍的裂隙中，對出現(xiàn)松動的巖體起粘接固化作用，巖體裂隙相通時，混凝土將相鄰的預(yù)應(yīng)力錨索從內(nèi)部連結(jié)成一個整體（如圖）。制造索體的鋼絲由原來的光圓變?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錨索的腐蝕。通過高速攪拌來降低漿液的粘度、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形高強度止?jié){塞，注漿后用螺堵將注漿口擰緊完成灌漿。