第五章-锚固工程分解

第五章--锚固工程分解第一页，共37页。5.1概述

岩土锚固基本原理是通过埋设在地层中的锚杆(索)(以下统称“锚杆”)，将结构物与地层紧紧地联锁在一起，依赖锚杆与周围地层的抗剪强度传递结构物的拉力或使地层自身得到加固，从而增强被加固岩土体的强度，改善岩土体的应力状态，形成锚杆、面墙与岩体三者共同作用机理，以保持结构物和岩土体的稳定性，以达到预防和治理此类地质灾害的目的。

具体来说，锚杆通过自有抗剪强度和传递掩体抗剪强度形成对岩体的抗滑力以抵抗岩（土）体剪切破坏和岩（土）软弱夹层发生位移，喷射钢筋网混凝土靠自身强度分解下滑力并使其扩散在整个坡面防护体中，从而使岩（土）体内应力重分布，形成岩（土）体、锚杆与坡前（面）钢筋混凝土结构共同受力达到滑（边）坡稳定。第五章

锚固工程第二页，共37页。5.1概述

5.1.1岩土锚固工程技术在国外的发展历史概况

岩土锚固技术在与岩土有关的工程中的应用可以追溯到19世纪末。1872年,英国在北威尔士露天页岩矿首次使用了锚杆支护。此后,美国从1910年开始在阿伯施莱辛的弗里登斯煤矿使用，20世纪40～50年代以后，锚杆在美国矿井下的成功应用引起了世界各国的重视和广泛推广，90年代煤矿锚杆支护几乎达到百分之百。第五章

锚固工程第三页，共37页。5.1概述

5.1.1岩土锚固工程技术在国外的发展历史概况

德国在1912年开始在谢列兹矿的井下巷道采用锚杆支护，20世纪80年代以后,逐步改变了崇尚自己发明的U型钢支护,而转向推广应用锚杆支护技术，且锚杆技术在千米深井中得到应用。

法国在20世纪60年代末锚杆使用量占2/3，80年代后，煤巷锚杆比例大幅提高。

日本于1950年引进锚杆支护技术，20世纪70年代煤矿和隧道中使用锚杆的比例已经达到4.5∶3。

澳大利亚从英国、法国等引进锚杆技术后，于20世纪80年代后期对锚杆支护技术的改进使锚杆支护技术提高了一个档次，并引起英国等国家的再学习，重新推动了锚杆支护技术的发展。目前在煤矿巷道中基本上采用了锚杆支护技术。第五章

锚固工程第四页，共37页。5.1概述

5.1.2岩土锚固工程技术在国内的发展历史概况

我国于20世纪50年代开始使用锚杆支护技术，至70年代前期还处于探索阶段，直至1978年才开始重点推广，至80年代向英国学习锚杆支护技术后推广到煤巷支护，90年代又向澳大利亚学习和引进成套先进的锚杆支护技术，目前已得到广泛应用，取得了较好的技术和经济效益。第五章

锚固工程第五页，共37页。5.1概述

5.1.3适用范围

岩土锚固技术可广泛应用于煤矿巷道、冶金、水利水电、隧道、地质灾害防治、深基坑支护、高边坡防护等工程。第五章

锚固工程第六页，共37页。5.2施工程序

5.2.1锚固工程施工工序

锚固工程通常由多个分部分项工程组成，其施工工序可参见图5.2.1－1所示。第五章

锚固工程第七页，共37页。5.2施工程序

5.2.2预应力锚杆施工工序

预应力锚杆通常是锚固过程中的关键工序，其施工工序可参见图5.2.2－1所示。第五章

锚固工程第八页，共37页。5.3施工工艺方法与机械选择

5.3.1预应力锚杆施工工艺方法5.3.1.1造孔a)孔径：预应力锚索孔径与钢绞线根数、砂浆保护层厚度和滑坡体结构有关。一般地：5～10根钢绞线构成的锚索，孔径为75mm～115mm；11～15根钢绞线构成的锚索，孔径为115mm～135mm;15～20根钢绞线构成的锚索，孔径为135mm～175mm。

当滑坡体结构松散，或钻孔缩径明显时，可增大孔径。

第五章

锚固工程第九页，共37页。5.3施工工艺方法与机械选择

5.3.1预应力锚杆施工工艺方法5.3.1.1造孔b)造孔采用锚杆工程钻机。按照锚索设计要求，将钻机固定，调整方位角及倾角，校核钻孔位置，然后将所有紧固件拧紧，就绪后即可开钻作业。

钻孔结束后，拔出钻杆和钻具。用一根含标尺的聚乙烯管复核孔深，并以高风压吹孔，或高压水洗孔。待孔内粉尘吹洗净，且孔深达到要求时，拔出聚乙烯管，并将孔口盖住备用。第五章

锚固工程第十页，共37页。5.3施工工艺方法与机械选择

5.3.1预应力锚杆施工工艺方法5.3.1.2造孔精度要求a)孔斜误差：成孔后，用孔斜仪量测，孔斜不超过1/100；b)钻孔位置误差：小于100mm；c)钻孔倾角、水平角误差：与设计锚固轴线的倾角、水平角误差在±1。；d)孔深：应保证张拉段穿过滑带2m。第五章

锚固工程第十一页，共37页。5.3施工工艺方法与机械选择

5.3.1预应力锚杆施工工艺方法5.3.1.3锚索加工（1000kN级预应力锚索结构图）第五章

锚固工程第十二页，共37页。5.3施工工艺方法与机械选择

5.3.1预应力锚杆施工工艺方法5.3.1.4内锚固段固结灌浆

水泥砂浆胶结。水泥标号525#（现规格P.O.42.5），普通硅酸盐水泥。水灰比0.4～0.5，灰砂比3:1。为加速进度，在浆液中可掺加0.3‰～0.5‰的早强剂（占水泥重量），且要求7天抗压强度R7≥25MPa～30MPa。

当锚索倾角小于110，或要求拉拔力较高时，可采用压力注浆方式，但应在内锚固段设置止浆环。第五章

锚固工程第十三页，共37页。5.3施工工艺方法与机械选择

5.3.1预应力锚杆施工工艺方法5.3.1.4内锚固段固结灌浆

为了保证注浆均匀，注浆速度不宜太快。可用毫安表作一期注浆指示仪，但应保证两探头之间相隔80mm以上，裸露部分不能与钢绞线接触。用含标尺的聚乙烯管复校内锚固段的灌浆长度，达不到要求时，应补浆。

所用砂浆应用搅拌机拌匀，使其达到规定指标，搅拌直至灌浆结束方可停止。在砂浆未完全固化前，不应拉拔和移动锚索。注浆完毕后，将一期灌浆管拔出。第五章

锚固工程第十四页，共37页。5.3施工工艺方法与机械选择

5.3.1预应力锚杆施工工艺方法5.3.1.5外锚墩打筑

采用C25号以上现浇钢筋混凝土结构，宜为梯形段面。第五章

锚固工程第十五页，共37页。5.3施工工艺方法与机械选择

5.3.1预应力锚杆施工工艺方法5.3.1.5外锚墩打筑

第五章

锚固工程第十六页，共37页。5.3施工工艺方法与机械选择

5.3.1预应力锚杆施工工艺方法5.3.1.6锚索张拉段及外锚墩防腐处理

滑坡体中的锚索，特别是位于库水位之下时，防腐处理极为重要。在锚索编束时，应对钢绞线张拉段预先进行防腐处理。张拉锁定后，进行二次灌浆。当砂浆达外锚墩时，可停止注浆。封孔口，从锚具量起，留100mm的钢绞线，将多余段截除，外覆厚度不小于100mm的水泥砂浆保护层。第五章

锚固工程第十七页，共37页。5.3施工工艺方法与机械选择

5.3.1预应力锚杆施工工艺方法5.3.1.7锚索的张拉与锚固力锁定

在内锚固段灌浆7天后进行张拉。a)张拉作业前，应对张拉设备进行标定。标定时，千斤顶、油管、压力表和高压泵联好。在压力机上用千斤顶主动出力的方法反复三次，取平均值，绘出千斤顶出力(kN)与压力表指示压强曲线，作为锚索张拉的依据。标定时，千斤顶的最大出力应高于锚索超张拉时的值。b)先对锚索进行单根预张拉二次，以提高锚索各钢绞线的受力均匀度。对于3000kN级锚索，单根张拉为30kN；2000kN级锚索，单根张拉为20kN；1000kN级锚索，单根张拉为10kN。第五章

锚固工程第十八页，共37页。5.3施工工艺方法与机械选择

5.3.1预应力锚杆施工工艺方法5.3.1.7锚索的张拉与锚固力锁定

在内锚固段灌浆7天后进行张拉。a)张拉作业前，应对张拉设备进行标定。标定时，千斤顶、油管、压力表和高压泵联好。在压力机上用千斤顶主动出力的方法反复三次，取平均值，绘出千斤顶出力(kN)与压力表指示压强曲线，作为锚索张拉的依据。标定时，千斤顶的最大出力应高于锚索超张拉时的值。第五章

锚固工程第十九页，共37页。5.3施工工艺方法与机械选择

5.3.1预应力锚杆施工工艺方法5.3.1.7锚索的张拉与锚固力锁定b)先对锚索进行单根预张拉二次，以提高锚索各钢绞线的受力均匀度。对于3000kN级锚索，单根张拉为30kN；2000kN级锚索，单根张拉为20kN；1000kN级锚索，单根张拉为10kN。c)隔时分级施加荷载，直至压力表无返回现象时，方可进行锁定作业。若预应力损失过大，应进行整体张拉与重新锁定。第五章

锚固工程第二十页，共37页。5.3施工工艺方法与机械选择

5.3.1预应力锚杆施工工艺方法5.3.1.7锚索的张拉与锚固力锁定d)锁定锚固力的大小可用两种方法确定：测力传感器直接测定及张拉锁定时预应力钢铰线变形量计算得出。计算公式如下：

式中：Px——锁定后可获得的预应力(kN)；P——锚固所应张拉力(kN)；Po——最大张拉荷载(kN)；Pi——初始张拉荷载(kN)；

△L——Pi加载至Po时的锚索回缩量(mm)，夹片回缩量为6mm。第五章

锚固工程第二十一页，共37页。5.3施工工艺方法与机械选择

5.3.1预应力锚杆施工工艺方法

5.3.1.8当采用无粘结钢绞线加工锚索时，对张拉段不应进行专门的防腐。可采用一次注浆方法安装锚索。第五章

锚固工程第二十二页，共37页。5.3施工工艺方法与机械选择

5.3.2施工机械

锚杆钻机是锚孔成孔工具，是锚固工程的关键设备，它影响着锚杆施工的质量——锚杆孔的方位、深度、孔径的准确性以及锚杆安装质量，又涉及操作者的人身安全、劳动强度与作业条件等。

锚杆钻机的发展以凿岩技术与锚杆支护技术为基础，高钻进速度、良好的适应性、高可靠性是锚杆钻机产品竞争的目标。锚杆钻机性能参数的研究、产品结构设计与材料选择的合理化以及产品质量的保证是锚杆钻机产品进一步发展的基础。第五章

锚固工程第二十三页，共37页。5.3施工工艺方法与机械选择

5.3.2施工机械

国外曾将锚杆钻机列为影响锚杆支护安全性的重要因素之一，一直致力于如何合理解决锚杆支护机械化问题。美国曾投入巨资解决煤矿全自动锚杆孔钻进与自动安装锚杆问题，并尽量在施工中应用机械化程度高的锚杆钻机，例如专用锚杆钻机、机载锚杆钻机等；法国、芬兰、德国、瑞典、奥地利等也都重视高度机械化锚杆钻机的开发与应用。目前市场大量使用的锚杆钻机主要为气动锚杆钻机、液压锚杆钻机、综合机械化锚杆钻机等产品，进一步推动了锚杆支护技术的发展。第五章

锚固工程第二十四页，共37页。5.3施工工艺方法与机械选择

5.3.2施工机械

锚杆钻机按结构分为单体式、钻车式、机载式；

锚杆钻机按动力分为电动式、气动式、液压式；

锚杆钻机按破岩方式分为回转式、冲击式、冲击回转式、回转冲击式。

与锚杆钻机配套的钻具，因破岩方式不同而不同，总的来说有回转类破岩钻具、冲击类破岩钻具以及回转冲击类破岩钻具。

锚杆钻机的选用应能确保满足锚固工程设计的要求，并根据工程地质与水文地质条件、施工场地环境条件、供水供电、施工工期等因素综合确定，选择适宜的锚杆施工机械设备。第五章

锚固工程第二十五页，共37页。5.4质量标准、质量检验

5.4.1质量评定标准

a)保证项目

1)孔径、内锚固段长度、钢铰线强度、钢铰线配置、杆体长度、砂浆强度应达到设计要求；

2)单根钢铰线不允许断丝；

3)承载力检验用的千斤顶、油表、钢尺等器具应经检查校正；

4)锚具应经检验合格方可使用；

5)承载力应符合14.4.1的规定；

6)锁定荷载应符合设计要求。第五章

锚固工程第二十六页，共37页。5.4质量标准、质量检验

5.4.1质量评定标准

b)允许偏差项目

预应力锚索的允许偏差项目应符合表5.4.1－1规定。第五章

锚固工程第二十七页，共37页。5.4质量标准、质量检验

5.4.2质量检验

a)预应力锚索的质量检验内容

包括锚孔、锚索杆体的组装与安放、注浆、张拉与锁定等。第五章

锚固工程第二十八页，共37页。5.4质量标准、质量检验

5.4.2质量检验

b)实测项目

1)锚孔：孔位、孔径、锚固角度、内锚固段长度等项目；

2)锚索杆体的制作与安放：钢铰线强度、钢铰线配置、杆体长度、架线环密度，采用钢铰线时应无接头；

3)注浆：砂浆配合比、强度、注浆管的插入深度等；

4)张拉与锁定：外锚墩混凝土强度、钢垫板平面与孔轴线垂直情况、张拉荷载、锁定荷载、锚具、锚具保护层等项目。第五章

锚固工程第二十九页，共37页。5.4质量标准、质量检验

5.4.2质量检验c)每一个独立的滑坡防治工程均应进行锚索承载力检验。宜随机抽取总数的10～20%进行超张拉检验，张拉力为设计锚固力的120%。若工程重要时，可对所有锚索进行设计锚固力的120%超张拉检验。d)锚素质量合格条件

为所试验锚索的锚固力应达到设计锚固力的120%以上。e）当设计对锚索有特殊要求时

可增做相应的检查验收试验。第五章

锚固工程第三十页，共37页。5.5工程实例

长江三峡黄腊石滑坡与链子崖危岩体防治工程是倍受我国政府高度重视和国内外同行密切关注的长江三峡地质灾害防治工程，1992年7月，国务院将黄腊石滑坡治理和链子崖危岩体防治工程交由原地矿部组织实施。

原地矿部成立了长江三峡黄腊石和链子崖地质灾害防治工程领导小组和专门的工程管理机构―－长江三峡黄腊石和链子崖地质灾害防治工程指挥部，聘请了国内多部门知名专家组成了防治工程专家组。

经过地质科技人员和施工队伍历时5年的协同努力，于1999年8月全面竣工。第五章

锚固工程第三十一页，共37页。5.5工程实例

黄腊石滑坡体位于湖北省巴东县城的长江北岸，总体积约4000万m3。如滑坡体的八分之一滑入江中，将占据长江过水断面的45%～85%，严重阻碍或阻断航道，并直接危及巴东县城。

链子崖危岩体位于湖北省秭归县新滩镇（后改称屈原镇）长江南岸的临江陡崖上，距三峡大坝仅25km。在南北长700m，东西长210m的岩体上，被58条宽大裂缝所切割，形成了总体积达300多万m3的危岩体，成为长江航道咽喉的严重隐患。第五章

锚固工程第三十二页，共37页。5.5工程实例

经过补充勘查和国家多部门联合研究论证，最终确定这两个工程分别以实施地表和地下排水相结合方案防治黄腊石滑坡、以挖煤采空区承重阻滑工程和临江危岩体锚固方案治理链子崖危岩体，同时按照国际惯例，率先在我国地质灾害防治工程中实行了业主负责制、招投标制、工程监理制，进行工程初步设计、施工图设计和选定工程施工单位。

在治理黄腊石滑坡灾害中，共建成地表排水渠7003m，地下排水廊道