公路工程中岩土锚固技术(程良奎)课件

公路工程中的岩土锚固技术中冶集团建筑研究总院原副总工程师（冶金部建筑研究总院）程良奎中国岩石力学与工程学会技术咨询委员会主任委员公路工程中的岩土锚固技术中冶集团建筑研究总院原副总工1引言岩土锚固的力学作用边坡锚固隧道锚喷支护桥梁结构物与受拉基础的锚固岩土锚固的试验与监测结语引言21、引言自1934年阿尔及利亚cheursfas坝加固工程，采用10000kN预应力锚杆（索）传递拉力至下卧的砂岩以来，岩土锚固已发展成为一门重要的和具有巨大发展潜力的工程学科和技艺。已经广泛应用于包括我国在内的世界各国的地下工程、边坡工程、深基坑工程、混凝土重力坝加固加高与新建工程、结构抗倾工程以及受拉型基础工程，已经成为提高岩土工程稳定性和解决复杂岩土工程问题的一种最经济、最有效的方法，成效极为显著。1、引言自1934年阿尔及利亚cheu3边坡锚固隧道锚固大坝锚固抗浮锚固岩土锚固技术——

埋设于岩土中受拉杆件，用以加固不稳定的岩土体或将结构物的拉应力传递给深部稳定地层形成拉杆与岩土相互作用、共同工作的体系边坡锚固隧道锚固大坝锚固抗浮锚固岩土锚固技术——4充分发挥岩土体自身强度和自稳能力显著减小结构物体积和自重提高工程的防灾抗震性能对加速水利、交通、矿山、市政、建筑等工程建设有重要作用岩土锚固的特点与作用：充分发挥岩土体自身强度和自稳能力岩土锚固的特点与作用：51.1概念

岩土锚固是在地层（岩土体）深处设置一系列受拉杆件（筋体），用灌浆材料将杆件（筋体）与地层紧密固结在一起，通常对其施加预应力，同时这些杆件（筋体）也将地层与结构物连锁起来，用来加固岩土体的不稳定部分或将结构物的拉应力传递给稳定的岩土体，以保持岩土体与结构物的稳定。1.1概念岩土锚固是在地层（岩土6锚杆（索）工作时，“锚杆-地层”是相互作用的。岩土锚杆（索）与被锚固的结构是相互影响的。充分认识和能动利用岩土锚固的工作特性，最大限度地调用岩土体自身强度和自稳能力，是经济有效的保障岩土锚固工程安全的前提。锚杆（索）工作时，“锚杆-地层”是相互作用的。岩土锚杆（索7

●地层开挖后，立即提供支护抗力；

●主动加固地层，有效控制变形发展；

●改善岩土体的应力状态；

●提高地层软弱结构面、潜在滑移的抗剪强度，改善地层的其它力学性能；1.2岩土锚固的工作特点

●地层开挖后，立即提供支护抗力；

●主动加固地层，有8●可方便地设定调整锚杆的作用部位、方向、密度和施作时机，以最小的支护抗力，获得最佳的稳定效果；

●良好的延性，显著提高锚固结构物抵抗地震和动力作用的能力；

●将结构物与地层紧紧地联锁在一起，形成共同工作体系。

●可方便地设定调整锚杆的作用部位、方向、密度和施作时机，以92岩土锚固的力学作用抵抗竖向位移抵抗倾倒控制地下洞室围岩变形和防止塌落阻止地层的剪切破坏抵抗结构物基底的水平位移提高工程的抗震稳定性2岩土锚固的力学作用抵抗竖向位移102.1抵抗竖向位移式中：P—锚固力总和m—抵抗竖向位移的安全系数（1.05～1.2)U—结构底面的上浮力Q0—锚固前结构自重h—地下水设防高度F—结构底面积v—结构物体积r

—结构物容重

2.1抵抗竖向位移式中：P—锚固力总和112.2抵抗倾覆：式中：P—抵抗倾倒所需锚固力（垂直作用于结构底面）m－抵抗倾倒的安全系数（1.5～2.0)M（＋）、M（—）—锚固前作用与结构上的正弯矩或负弯矩之和tp—锚固力的力矩半径2.2抵抗倾覆：式中：P—抵抗倾倒所需锚固力（垂12

13ΔN—作用在一条剪切面上的重量G的垂直分力；F=tgφ—剪切面的磨擦系数；Δl—剪切面宽度；ΔT—作用在一条剪切面上的重量G的切向分力；Pn—锚杆锚固力的垂直分力；Pt—锚杆锚固力的切向分力。2.3阻止地层的剪切破坏2.3阻止地层的剪切破坏14预应力锚杆与系统锚杆加固大型洞室。预应力锚杆加固后形成压应力环2.4控制地下洞室围岩变形和防止塌落预应力锚杆与系统锚杆加固大型洞室。预应力锚杆加固后形成压应力153边坡锚固3边坡锚固163.1边坡的稳定性分析与预应力锚杆承载力的设计（1）边坡稳定性计算工程地质类比方法极限平衡方法：如瑞典园弧法、简化Bishop法、Janbu法、Morgenstem-price法等数值计算方法：连续介质：有限方法、边界元法、显式有限差分法（FLac方法）不连续介质：块体理论、DEM、DDA、界面元方法等3.1边坡的稳定性分析与预应力锚杆承载力的设计（1）边坡稳17方法对平衡条件的简化滑裂面形状的假定力矩平衡力平衡满足不满足全部满足部分满足圆弧折线任意形状楔形体法√√√瑞典法√√毕肖普法√√√Spencer法√√√M-P法√√√常用的边坡稳定性分析的简化方法方法对平衡条件的简化滑裂面形状的假定力矩平衡力平衡满足不满足18（2）圆弧滑动土质或碎裂结构岩质边坡稳定性分析简图

（2）圆弧滑动土质或碎裂结构岩质边坡稳定性分析简图19式中：K——边坡稳定安全系数；——作用于第i条滑动面上的岩土重量（kN）；——作用于第i条滑动面上的岩土体的垂直分力（kN）；——作用于第i条滑动面上的岩土体的切向分力（kN）；

——第i条滑动面圆弧段长度（m）；

——预应力锚杆作用于滑动面上的总垂直力（kN）；

——预应力锚杆作用于滑动面上的总切向力（kN）；f、c——岩土的摩擦系数tgφ与粘聚力c（kPa）；式中：K——边坡稳定安全系数；——作用于第i条滑动面上的岩土20（3）平面滑动岩体边坡沿结构面平面滑动的稳定性分析简图

（3）平面滑动岩体边坡沿结构面平面滑动的稳定性分析简图21当

当式中：K——边坡稳定安全系数；——预应力锚杆轴向拉力设计值（kN）；——边坡岩体自重（kN）；——边坡岩体结构面的内摩擦角（0）；

——结构面与水平面的夹角（0）；

——预应力锚杆的倾角（0）；c——边坡岩体结构面的粘聚力（kPa）；A——边坡岩体结构面面积（m2）；当当式中：K——边坡稳定安全系数；——预应力锚杆轴22开挖台阶台阶垂直高度：岩质边坡8～10m土质边坡6～8m第一级台阶高一般为4～6m，常采用挡墙。坡率：微风化岩石1:0.1～1:0.3中风化岩石1:0.5～1:0.75强风化岩石1:0.75～1:1.0坡积土1:1.0～1:1.53.2边坡的开挖形态开挖台阶3.2边坡的开挖形态23裁水沟；纵横排水沟；（急流槽）仰斜孔排水；（排泄滑带水）排水洞3.3防排水设计裁水沟；3.3防排水设计24滑坡区域高速公路地下水对边坡稳定性的影响滑坡区域高速公路地下水对边坡稳定性的影响25典型断面图典型断面图26降低地下水位对边坡安全系数的影响地下水位降幅(m)02468完全疏干边坡稳定系数0.981.021.051.081.111.26降低地下水位对边坡安全系数的影响地下水位降幅(m)0246827地下排水对下滑力的影响地下水位降幅（m）02468整体剩余下滑推力（MN）178814861206930688地下排水对下滑力的影响地下水位降幅（m）02468整体剩余下28坡体防护：

有放坡条件：预应力锚杆，非预应力锚杆无防坡条件：锚拉排桩、锚拉挡墙滑坡防治：抗滑桩、锚拉抗滑桩、预应力锚杆表面防护：六角空心砖、三维植被网、喷播植草、喷射混凝土等3.4边坡防护型式的选择：坡体防护：3.4边坡防护型式的选择：293.5提高岩土预应力锚杆承载力的主要方法传统岩土锚杆抗拔力的计算公式：

通过试验研究，在提高锚固段灌浆体与土体间的粘结强度（qs）

、有效利用锚固段全长（L）土体的抗剪强度和扩大锚固段直径（D）等方面均有所创新。从而大幅度提高了岩土锚杆的承载力。3.5提高岩土预应力锚杆承载力的主要方法传统岩土锚杆抗拔力30提高岩土锚杆承载力的主要方法：可重复高压灌浆锚固体系——显著增大锚固段周边土体的抗剪强度和锚固段灌浆体与土层间的粘结强度qs；荷载分散锚固体系（单孔复合锚固，SBMA体系）——有效降低锚固长度上粘结应力峰值，使沿锚固段全长的粘结应力分布较均匀，应力值较小；旋喷扩体（端部扩大头）型锚固——利用扩体端部土体的承压作用。提高岩土锚杆承载力的主要方法：可重复高压灌浆锚固体系31采用二次劈裂注浆工艺——实现重复高压灌浆抗拔力较低蠕变量较大

土层锚杆应用的关键难题：预埋二次劈裂袖阀灌浆管（1）可重复高压灌浆（袖阀管灌浆）锚固体系密封装置采用二次劈裂注浆工艺抗拔力较低土层锚杆应用的关键难题32效果：提高抗拔力60~100%减小蠕变量1/2~2/3节约造价1/3左右

一次常压灌浆体与二次高压灌浆体的比较可重复高压灌浆锚杆构造效果：提高抗拔力60~100%一次常压灌浆体与二次可重复高331968年上海太平洋饭店软土基坑工程

坑深12.5~1.36m重复高压灌浆型锚杆应用的典型实例：地层：淤泥质砂质粘土，c值15~35kPa，φ值0~1.5o；支护：45cm厚钢筋混凝土板桩，加四道预应力锚杆；锚杆直径168m，锚固段长20~25；锚杆极限抗拔力：800kN，比普通灌浆锚杆提高近一倍。1968年上海太平洋饭店软土基坑工程

坑深12.5~1.3341995年天津百货大楼基坑工程

（深13.5m）地层：杂填土、粉质粘土，c值16kPa，φ值14o，地下水埋深1.5~2.0m；支护：80cm地连墙，四道预应力锚杆（简易型二次高压灌浆处理；效果：最大位移达5cm，一般为2.0~3.0cm。1995年天津百货大楼基坑工程

（深13.5m）地层：杂填土35（2）荷载分散锚固体系沿锚固段长度剪应力分布极不均匀蠕变量大超过一定长度，抗拔力增长有限或不再增长传统集中拉力型锚杆的缺点：北京某工程砂性土层中锚杆的粘结摩阻分布状态（2）荷载分散锚固体系沿锚固段长度剪应力分布极不均匀传统集中36

拉力荷载与粘结应力沿锚固段长度的分布(德国Scheele)拉力荷载与粘结应力沿锚固段长度的分布37非粘性土中锚杆承载力与土体种类,锚固段长度的关系(德国Ostemayer)非粘性土中锚杆承载力与土体种类,锚固段长度的关系38开发压力分散型锚固技术，显著改善锚杆荷载传力方式压力分散型结构构造图压力分散型锚杆粘结应力分布特征开发压力分散型锚固技术，显著改善锚杆荷载传力方式压力分散型结39锚杆防腐特性比较简单防腐灌浆体受拉易开裂多层防腐灌浆体受压不易开裂拉力集中型压力分散型锚杆防腐特性比较简单防腐多层防腐拉力集中型压力分散型40优点：粘结力分布均匀，峰值可降低2/3以上，地层强度利用率高；同等锚固长度，抗拔力可提高30%；锚杆抗拔力与锚固长度成比例增长；蠕变变形量小；耐久性显著提高；工程造价节约25%以上。优点：粘结力分布均匀，峰值可降低2/3以上，地层强度利用41昆仑公寓基坑不同类型锚杆承载力比较昆仑公寓基坑不同类型锚杆承载力比较42北京LG大厦基坑支护剖面图北京LG大厦基坑支护剖面图43LG大厦基坑工程锚杆性能比较表类型长度抗拔力集中拉力型25m400~450kN拉力分散型20m650kN至今，荷载分散型锚固体系已广泛应用于我国的边坡、基坑和结构抗浮工程中。LG大厦基坑工程锚杆性能比较表类型长度抗拔力集中拉力型25m44北京中银大厦锚杆施工中银大厦工程拆除锚杆芯体北京首都机场抗浮锚杆布置示意图福建京福高速公路边坡工程北京中银大厦锚杆施工中银大厦工程拆除锚杆芯体北京首都机场抗浮45（3）旋喷扩体（端部扩大头）型锚固采用高压喷射注浆原理，水力切割土体扩孔，并用水泥浆置换扩孔段内的土体，形成扩大头；扩大头直径约0.7~0.8m，最大可达1.2m；青岛奥帆广场工程锚杆锚固段长度10m（其中扩大头长度5m），锚杆承载力达1500kN；该技术已被江苏省列为推荐性技术标准。（3）旋喷扩体（端部扩大头）型锚固采用高压喷射注浆原理，水力46Ⅰ级防腐预应力锚杆基坑支护锚杆结构示意图Ⅰ级防腐预应力锚杆基坑支护锚杆结构示意图47扩大头锚杆在黏性土中的极限锚固力：提高抗拔力的主要部分式中：——锚固力因子，取9.0。扩大头锚杆在黏性土中的极限锚固力：提高抗拔力的主要部分式中：48扩大头锚杆在砂土中的极限锚固力：扩大头锚杆在砂土中的极限锚固力：49自由段与锚固段均位于塌滑区内部分锚固段位于塌滑区内锚固段位于稳定地层内自由段要有足够的长度，要穿过滑裂面1.5m。3.6自由段自由段与锚固段均位于塌滑区内部分锚固段位于塌滑区内锚固段位于50自由段应永久自由。自由段应永久自由。51对于将拉力传至稳定地层的预应力锚杆而言，若在锚杆锁定后，将自由段（无防止粘结的PE层）用水泥浆灌满，则当锚杆受力时，会产生下列不良后果。灌浆体开裂（无PE层），腐蚀的风险加大；不能将荷载完全传递给破裂面以外的稳定地层；当外力增强时，不能利用自由段调节应力，易产生应力集中；降低预应力锚杆的抗震效应；与测量拉力变化的锚杆，工作状况不一致。对于将拉力传至稳定地层的预应力锚杆而言，若523.7传力结构整体式钢筋混凝土格构预制的钢筋混凝土板件十字型、菱型、矩型混凝土墩座

传力结构应具有足够的强度和刚度，并有利于尽快提供预应力锚杆的支护抗力。传力结构的主要形式：3.7传力结构整体式钢筋混凝土格构传53日本边坡锚固施工现场日本边坡锚固施工现场54公路工程中岩土锚固技术(程良奎)课件55公路工程中岩土锚固技术(程良奎)课件56公路工程中岩土锚固技术(程良奎)课件573.8边坡主要破坏模式与锚杆的设置

3.8边坡主要破坏模式与锚杆的设置

58倾倒变形模式倾倒变形模式593.9锚杆的防腐保护（1）锚杆的防腐保护等级和措施的确定锚杆的设计使用年限所处地层有无腐蚀性3.9锚杆的防腐保护（1）锚杆的防腐保护等级和措施的确定60pH值小于4.5；电阻率小于；出现硫化物；出现杂散电流，或出现对水泥浆体和混凝土的化学腐蚀。当对地层的监测和调查中发现下列一种或多种情况时，应判定该地层具有腐蚀性：pH值小于4.5；当对地层的监测和调查61（2）防护等级和要求腐蚀环境中的永久锚杆应采用Ⅰ级防腐构造；腐蚀环境中的临时性锚杆和非腐蚀环境中的永久锚杆可采用简单(Ⅱ级)防腐保护构造。（2）防护等级和要求腐蚀环境中的永久锚杆应采用Ⅰ级防腐构造；62锚杆的Ⅰ、Ⅱ级防护构造及要求防腐保护等级锚杆类型预应力锚杆和锚具的防护要求锚头自由段锚固段Ⅰ拉力型、拉力分散型采用过渡管，锚具用混凝土封闭或钢罩保护采用注入油脂的护套，或无粘结钢绞线，或有外套保护管的无粘结钢绞线采用注入水泥浆的波形管压力型、压力分散型采用过渡管，锚具用混凝土封闭或用钢罩保护采用无粘结钢绞线采用无粘结钢绞线Ⅱ拉力型、拉力分散型采用过渡管，锚具用钢罩保护或涂防腐油脂采用注入油脂的护套，或无粘结钢绞线注浆锚杆的Ⅰ、Ⅱ级防护构造及要求预应力锚杆和锚具的防护要求锚头63锚杆Ⅰ级防护构造锚杆Ⅰ级防护构造64锚杆Ⅱ级防护构造锚杆Ⅱ级防护构造65锚杆粘结段采用单层波纹管和聚酯保护的典型双层防护图英国锚杆防腐保护要求锚杆粘结段采用单层波纹管和聚酯保护的典型双层防护图英国锚杆防66锚杆粘结段采用双层波纹管和水泥灌浆保护的典型双层防护图锚杆粘结段采用双层波纹管和水泥灌浆保护的典型双层防护图673.10随开挖、随防护、随锚固

最大限度缩小开挖后未防护的面积和时间3.10随开挖、随防护、随锚固68三峡船闸高边坡锚固工程3.11国内外边坡锚固工程实例三峡船闸高边坡锚固工程3.11国内外边坡锚固工程实例69公路工程中岩土锚固技术(程良奎)课件70公路工程中岩土锚固技术(程良奎)课件71公路工程中岩土锚固技术(程良奎)课件72公路工程中岩土锚固技术(程良奎)课件73锦屏电站左坝肩高边坡锚固工程锦屏电站左坝肩高边坡锚固工程74公路工程中岩土锚固技术(程良奎)课件75福建省京福高速公路边坡锚固工程福建省京福高速公路边坡锚固工程76公路工程中岩土锚固技术(程良奎)课件77

厦门仙岳山庄边坡锚固工程厦门仙岳山庄边坡锚固工程78公路工程中岩土锚固技术(程良奎)课件79公路工程中岩土锚固技术(程良奎)课件80台湾台湾81公路工程中岩土锚固技术(程良奎)课件82公路工程中岩土锚固技术(程良奎)课件83公路工程中岩土锚固技术(程良奎)课件84公路工程中岩土锚固技术(程良奎)课件85日本：日本：86公路工程中岩土锚固技术(程良奎)课件87公路工程中岩土锚固技术(程良奎)课件88意大利意大利89公路工程中岩土锚固技术(程良奎)课件90公路工程中岩土锚固技术(程良奎)课件91

喷锚支护是喷射混凝土（shotcrete）与锚杆（anchor,bolts）联合支护的统称，喷锚支护用于隧道和地下洞室工程，具有保护围岩和最大限度发挥围岩自支承能力的功效，被国内外公认为是一种安全可靠，经济有效地主动加固围岩支护方法，曾引发了我国隧道和地下洞室建造技术的重大变革。随着我国水利、交通和城市地下空间建设的飞速发展，喷锚支护正展示着无限的生机。4.1喷锚支护技术的发展4隧道锚喷支护喷锚支护是喷射混凝土（sho921905年美国用钢筋锚杆加固矿山巷道工程1908年波兰将岩石锚杆用于Mir矿1942年瑞士Aliva公司研制成转子式混凝土喷射机1947年德国BSM公司研制成双罐式混凝土喷射机1948~1953年间,奥地利卡普隆水电站米尔隧道最早使用了喷射混凝土支护1905年美国用钢筋锚杆加固矿山巷道工程93上世纪50年代初，奥地利Rabcewicz创立了以最大限度发挥岩石自支承能力为理论基础的新奥法(NewAustrianTunnelingMethod)；上世纪50年代，地质条件十分恶劣的奥地利陶恩（Taurus)公路隧道和巴基斯坦贝拉水道工程（宽21m高24m)等大断面隧道采用喷锚支护相继获得成功；上世纪50年代初，奥地利Rabcewicz创立了以最大限941965年11月，冶金部建筑研究总院在多年研究工作的基础上，在鞍钢张岭铁矿157平洞成功地应用了喷射混凝土支护；公路工程中岩土锚固技术(程良奎)课件951966年，冶金部建筑研究总院先后在本钢南芬尾矿坝泄水洞（长2km)及攀钢专用铁路隧道中应用喷锚支护；1966年，铁道部科学研究总院西南所在成昆铁路隧道中应用喷锚支护；1966年，冶金部建筑研究总院先后在本钢南芬尾矿坝泄水洞（961974年，辽宁回龙山水电站主厂房（宽17.2m高37m）应用单一的锚喷支护取得良好的稳定效果；1980年~至今，喷锚支护在我国（矿山、交通、水电）隧道和各类地下洞室工程中获得了广泛的应用及蓬勃的发展。公路工程中岩土锚固技术(程良奎)课件97

在大跨度30m左右，高边墙（70m)洞群相互交叉的水电站洞室中，采用单一的喷锚支护，被认为是一种经济有效，能永久保持工程稳定的支护方法。中国隧道与地下洞室中的喷锚支护用量已达世界之首。在大跨度30m左右，高边墙（70m)洞群相互交叉的水电站洞984.2喷锚支护的工作特性与力学作用喷锚支护加固围岩的力学作用来源于其独特的工作特性。这些特性构成最大限度地保护围岩，发挥围岩自支承能力基本要素。及时性粘结性柔性深入性灵活性（可调整性）密封性4.2喷锚支护的工作特性与力学作用喷99（1）及时性开挖后立即提供支护抗力避免岩石较长时间处于单轴或双轴状态,而尽快进入三轴状态。岩石三轴压缩应力-应变曲线（1）及时性开挖后立即提供支护抗力岩石三轴压缩应力-应变曲线100有效利用空间效应（端部支承效应），限制支护前变形的发展，阻止围岩进入松弛状态。离掌子面不同距离处围岩变形有效利用空间效应（端部支承效应），限制支护前变形的发展，阻止101喷射混凝土薄、分层，加纤维锚杆细、长允许围岩有一定变形，而不使其进入松散破坏状态（2）柔性喷射混凝土薄、分层，加纤维（2）柔性102地下洞室开挖后，在围岩不致松散的前提下，维护洞室稳定所需的支承抗力随塑性区的增大而减少。地下洞室开挖后，在围岩不致松散的前提下，维护洞室稳定所需的支103围岩特性曲线与支护特性曲线作用图围岩特性曲线与支护特性曲线作用图104喷射混凝土与围岩紧密粘结，粘结强度1.0Mpa，能在结合面上传递剪应力、拉应力；充填节理裂隙，使被分割的岩块相互联结，保持镶嵌、咬合效应。（3）粘结性喷射混凝土与围岩紧密粘结，粘结强度1.0Mpa，能在结合面105喷射混凝土充填张开裂隙而加固岩体喷射混凝土使危石荷载传递给稳定岩体喷射混凝土充填张开裂隙而加固岩体喷射混凝土使危石荷载传递给稳106喷射混凝土锚杆支护加固岩石拱试验喷射混凝土锚杆支护加固岩石拱试验107喷射混凝土加固岩石拱荷载试验试件名称试件形式与加荷方式破坏荷载(kN)50kN荷载拱中挠度（mm)碎块状围岩拱739喷射混凝土加固拱7010.4喷射混凝土加固岩石拱荷载试验试件名称试件形式与加荷方式破坏荷108喷锚支护接触应力实测结果工程名称岩性描述覆盖层厚度(M)跨度(M)喷射混凝土(CM)锚杆最大径向应力(MPa)平均径向应力(MPa)最大切向应力(MPa)平均切向应力(MPa)加拿大温格华遂洞60+21测站软弱的潮湿的砂岩806.015有0.770.482.70.96德国SCHWAIKHEIM遂洞(断面I)塑性黏土质泥灰岩201020有0.260.10.50.25墨西哥墨西哥城排水隧道砂质凝灰岩和砂501420有0.80.566.53.2德国FRANKFURT南部隧道黏土\砂106.720有0.270.152.51.5奥地利TARBELAG3号测站片麻岩\千枚岩\石灰岩1502220有0.80.39.02.2奥地利陶恩隧道2139站破碎千枚岩9001115有0.80.42.51.5中国普济隧道泥质页岩407.015无0.630.39.24.1喷锚支护接触应力实测结果工程名称岩性覆盖层厚度跨度喷射混凝土109喷射混凝土与围岩间的良好黏结,在其结合面上即能承受径向力也能承受切向力。并使径向力转化为切向力,形成加固岩石拱。埋深、跨度、地质条件均有很大差异的地下工程，采用喷锚支护后测得的平均径向应力，一般变化于0.3—0.5MPa间。喷锚支护与围岩共同工作的实质，是更有效的调节围岩----支护间的应力状态，发挥围岩的自承作用。喷射混凝土与围岩间的良好黏结,在其结合面上即能承受径110洞顶形成岩石拱洞顶形成岩石拱111岩石锚杆特别是预应力锚杆可牢固地锚固于围岩深部，具有明显改善围岩力学特性的作用。（4）深入性提高岩石强度加固拱效应改善应力状态提高岩体完整性岩石锚杆特别是预应力锚杆可牢固地锚固于围岩深部，具有112锚杆加固拱荷载试验结果试件名称试件形式与加荷方式破坏荷载（kN）50kN荷载时拱中挠度（毫米）碎块状岩石拱739锚杆加固拱5071.2锚杆加固拱荷载试验结果试件名称试件形式与加荷方式破坏荷载（113D5孔张拉前后轴线方向压缩变形曲线D1孔张拉前后轴线方向压缩变形曲线改善应力状态，形成压应力区对开挖损伤区锚固效应的测试D5孔张拉前后轴线方向压缩变形曲线D1孔张拉前后轴线方向114

波速变化率大于10%的测点在钻孔内分布直方图提高岩体的完整性波速变化率大于10%的测点在钻孔内分布直方图提115提高岩石弹模30%左右提高岩石弹模30%左右116灵活性：主要指可根据围岩地质条件及时调整支护类型、加固方式、支护步骤和施工程序等。既可系统加固，也可局部加固；既可单喷，也可喷锚联合；既可单一的喷锚永久支护，也可与钢拱架相结合或喷锚作为初期支护，最终与混凝土衬砌相复合。（5）灵活性（可调整性）灵活性：主要指可根据围岩地质条件及时117

特别是可根据软弱结构面的产状，在洞体的不同部位采用不同深度、不同方位的锚杆，以便有针对性地加固薄弱环节。特别是可根据软弱结构面的产状，在洞体的118公路工程中岩土锚固技术(程良奎)课件119喷锚支护的可分性用于稳定塑性流变隧道围岩喷锚支护的可分性用于稳定塑性流变隧道围岩120（6）密封性高水泥含量高砂率低水灰比无施工缝良好的不透水性改善了混凝土的抗冻性阻止充填物流失喷射工艺（6）密封性高水泥含量无施工缝喷射1214.3隧道洞室喷锚支护的新进展自上世纪八十年代以来，二滩、小浪底、龙滩、水布垭、彭水、三峡、小湾、构皮滩、溪洛渡等一大批水电站的地下厂房、主变室、尾水洞、尾闸室均采用单一的喷锚支护作为永久支护，取得了良好的稳定效果。（1）大跨度、高边墙洞室群工程采用单一的锚喷支护，积累了丰富经验。4.3隧道洞室喷锚支护的新进展自上122小浪底：

跨度：26.2m

高度：61.4m

三峡：

跨度：32.6m

高度：86.24m

水布垭：

跨度：23.0m

高度：66.5m国内水电系统大型洞室断面尺寸彭水：

跨度：30.0m

高度：78.5m

龙滩：

跨度：30.3m

高度：75.1m

溪洛渡：

跨度：33.0m

高度：85.0m小浪123围岩条件

Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级

支护形式

15～20cm厚配筋喷射混凝土或

纤维喷射混凝土

6～9m长系统锚杆或

系统锚杆＋1500KN~2000KN

预应力长锚杆围岩条件

Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级

124龙滩电站喷锚支护结构图龙滩电站喷锚支护结构图125龙滩电站地下洞室喷锚支护完成图龙滩电站地下洞室喷锚支护完成图126彭水电站主厂房彭水电站主厂房127三峡电站地下主厂房三峡电站地下主厂房128水布垭水利枢纽地下主厂房水布垭水利枢纽地下主厂房129锦屏一级电站地下主厂房锦屏一级电站地下主厂房130公路工程中岩土锚固技术(程良奎)课件131

（1）.低预应力锚杆（张拉锚杆，RockboltTensioned）

●端部树脂卷锚固

●端部快硬水泥卷锚固

●涨壳式中空锚杆

张拉锚杆取代非预应力的长粘结型锚杆，对隧道、洞室顶拱的锚杆支护具有重要作用：

●确保施工质量和锚固效果●迅速提供支护抗力（60～150kN），有利于控制岩体变形●形成压应力拱4.4岩石锚固技术4.4岩石锚固技术132形成压应力拱形成压应力拱1331）涨壳式中空锚杆杭州图强公司Willams公司1）涨壳式中空锚杆杭州图强公司Willams公司134●立即提供支护抗力

●系统布置，能形成压应力拱●注浆饱满，耐久性强●立即提供支护抗力135公路工程中岩土锚固技术(程良奎)课件136公路工程中岩土锚固技术(程良奎)课件137

2）树脂卷锚杆（张拉锚杆）不饱和聚酯树脂与无机填充料混合制成卷体，安装与孔底经搅拌后，几分钟内即可提供>60KN的抗力。树脂锚杆施工工艺2）树脂卷锚杆（张拉锚杆）树脂锚杆施工工艺138

3）快硬水泥卷锚杆（张拉锚杆）水泥与早强剂掺合后制成卷体，施工时整卷先浸水再置于孔底，经搅拌后浆锚杆杆体锚固于锚孔底端，能在锚杆安装后1h提供60KN的抗力。快硬水泥卷锚杆施工工艺3）快硬水泥卷锚杆（张拉锚杆）快硬水泥卷锚139（2）摩擦型锚杆

1）缝管锚杆

（2）摩擦型锚杆1）缝管锚140

2）水涨式锚杆

上述两种摩擦型锚杆及胀壳式中空锚杆对控制高应力硬岩岩爆取得良好效果。

2）水涨式锚杆上述两种摩擦141在软弱破碎成孔困难地层，可将中空杆体作为钻杆，形成自进式中空锚杆。（3）中空注浆锚杆普通型自钻型在软弱破碎成孔困难地层，可将中空杆体作为钻杆，形成142适用于受海水侵蚀的岩石锚固工程（如青岛海底隧道工程）。（4）防腐型胀壳式中空锚杆适用于受海水侵蚀的岩石锚固工程（如青岛海底隧道工程143（5）地下开挖工程主要破坏模式与锚杆的设置

（5）地下开挖工程主要破坏模式与锚杆的设置

144公路工程中岩土锚固技术(程良奎)课件145公路工程中岩土锚固技术(程良奎)课件146（6）不良岩层隧道的综合治理技术超前锚杆或管棚；工作面预注浆或封闭；钢拱架与喷锚支护联合支护；尽快设置仰拱。（6）不良岩层隧道的综合治理技术超前锚杆或管棚；147（1）.喷射纤维混凝土●钢纤维●合成纤维（聚丙烯和聚丙烯腈）喷射钢纤维砼的特点：

可显著提高：●抗拉、抗弯强度●韧性●抗冲击性●早期强度●抗冻融、疲劳强度、耐磨性等4.5喷射混凝土技术（1）.喷射纤维混凝土4.5喷射混凝土技术148喷射钢纤维混凝土这是一种典型的复合材料。常用的钢纤维直径为0.25～0.4mm，长20～30mm，长径比一般为60～100，掺量不小于60kg/m3。具有以下三种作用：

提高材料抗拉强度；阻止基材中原有缺陷（微裂缝）的扩展并延缓新裂缝的出现；提高基材的抗变能力并从而改善其韧性和抗冲击性。喷射钢纤维混凝土这是一种典型的复合材149喷射钢纤维的早期相对强度1－喷射钢纤维砼；2－喷射混凝土48h以内的抗压强度喷射钢纤维的早期相对强度48h以内的抗压强度150喷射聚丙烯和聚丙烯腈砼的特点：

●

粘稠性高

●

增加一次喷层厚度、降低回弹

●

阻止收缩开裂

●

增大抗冲击性和疲劳强度喷射聚丙烯和聚丙烯腈砼的特点：●粘稠性高151干拌法与湿拌法喷射混凝土干拌法与湿拌法喷射工艺简图(a)湿拌法喷射；(b)干拌法喷射（2）湿拌法（wetmix)喷射砼干拌法与湿拌法喷射混凝土干拌法与湿拌法喷射工艺简图（2）湿152湿拌法的不足之处：对潮湿或含水地层适应性差；对难以进出的区域施工，由于机械较庞大也颇不方便，对使用量较少的工程也欠灵活性。湿拌法的优点：●施工效率高●施工粉尘小●回弹量低●砼匀质性好，改善混凝土品质湿拌法的不足之处：对潮湿或含水地层适应性差；湿拌法的优点：153湿拌法喷射机械

国外：泵送型湿喷机；稠密流；效率高（可达20m3/h）

国内：风动型(TK－500)湿喷机。稀薄流；效率较低湿拌法喷射机械国外：泵送型湿喷机；稠密流；效率高（可154湿喷混凝土施工湿喷混凝土施工155世界各国干拌和湿拌法喷射砼的比例使用干拌法为主使用湿拌法为主国别湿拌法（％）干拌法（％）国别湿拌法（％）干拌法（％）奥地利595法国6040加拿大595意大利9010德国1585日本8020美国1090挪威991葡萄牙2080瑞典8020匈牙利1090瑞士6535摩洛哥1090美国6040世界各国干拌和湿拌法喷射砼的比例使用干拌法为主使用湿拌法为主156（3）新型喷射砼外加剂与外掺料1).低碱或无碱类速凝剂粉状液体●

早期强度高8～10Mpa（1天）

●

28天强度损失率小或不损失2).硅粉(掺至为水泥重5％～8％）

●

早期与后期强度显著提高

●

粘结强度增长

●

回弹率明显降低

（3）新型喷射砼外加剂与外掺料1).低碱或无碱类速凝剂157硅粉硅粉是制造硅铁金属的一种副产品。将高纯度石英和煤在电弧炉内还原，从过滤炉排除的气体中可得到硅粉。其微粒尺寸为水泥颗粒的1/60，具有很高的活性，掺量一般为水泥质量的10％。硅粉硅粉是制造硅铁金属的一种副产品。将158优点：提高抗压强度，增强结构密实性，提高抗化学侵蚀和机械破坏的能力；增强喷射混凝土与其他介质的粘结效应；减少回弹；大大减少粉尘。优点：提高抗压强度，增强结构密实性，提高抗化学侵蚀和机械破坏159掺入硅粉的喷射混凝土强度德国因斯布鲁克大学建材研究所测定结果：掺硅粉的喷射混凝土的抗压强度掺入硅粉的喷射混凝土强度德国因斯布鲁克大学建材研究所测定结果160中铁西南研究院测得的结果湿拌喷射混凝土的抗压强度硅粉的掺量水泥质量（％）不同龄期的抗压强度（MPa）1d7d28d519.928.544.37.518.430.553.51020.030.050.4中铁西南研究院测得的结果湿拌喷射混凝土的抗压强度不同龄期的抗161掺入硅粉的喷射混凝土粘结强度德国因斯布鲁克大学建材研究所测得的结果：掺入硅粉的喷射混凝土的抗拉粘结强度掺入硅粉的喷射混凝土粘结强度德国因斯布鲁克大学建材研究所测得162掺入硅粉对回弹的影响哈根巴哈试验隧道，曾测得掺入硅粉为水泥质量7.5%的喷射混凝土回弹率8％，比不掺硅粉的喷射混凝土约减少回弹60％。掺入硅粉对回弹的影响哈根巴哈试验隧道1635桥梁结构物与受拉基础的锚固（1）拱形结构受拉基础锚固5桥梁结构物与受拉基础的锚固（1）拱形结构受拉基础锚固164（2）悬索结构受拉基础锚固（2）悬索结构受拉基础锚固165悉尼通往土岛某805m跨斜拉桥采用单锚承载力为16700kN的预应力锚杆抵抗上浮力

预应力锚杆长40~46m，锚孔直径310mm，共用22根（3）桥墩的抗浮锚固悉尼通往土岛某805m跨斜拉桥采1666.1锚杆的荷载试验与验收标准（1）锚杆荷载试验的目的与试验内容确定锚杆的极限抗拔力，验证锚杆设计参数与施工工艺的合理性；检验锚杆的工程质量是否满足设计要求；检验锚杆在特殊的工作条件及地层条件下的工作性能。6岩土锚固工程的试验与监测6.1锚杆的荷载试验与验收标准（1）锚杆荷载试验的目的与试167锚杆主要试验项目目的与实施时间锚杆主要试验项目目的与实施时间168（2）试验内容基本实验；蠕变试验；验收试验。（2）试验内容基本实验；169（3）基本试验（极限抗拔力试验）（3）基本试验（极限抗拔力试验）170任何一种新型锚杆，或已有锚杆用于未曾应用过的地层，或设计采用的灌浆体/地层间的粘结强度值无试验数据和工程经验验证时，应进行锚杆的基本试验（极限抗拔力试验）。试验数量不少于三根。锚杆极限抗拔力试验应采用多循环张拉试验，其加荷、持荷、卸荷方法应符合以下规定。任何一种新型锚杆，或已有锚杆用于未曾应用过的地层，或设计采用171锚杆基本试验方法

锚杆基本试验方法172锚杆基本试验荷载－弹性位移、荷载－塑性位移曲线

锚杆基本试验的结果整理应符合以下规定：锚杆基本试验荷载－弹性位移、荷载－塑性位移曲线锚杆基本试验173（4）蠕变试验塑性指数大于17的土中锚杆;极度风化的泥质岩或节理裂隙发育且张开裂隙内充填粘性土的岩锚。应做锚杆蠕变试验的条件：（4）蠕变试验塑性指数大于17的土中锚杆;应做锚杆蠕变试验的174锚杆蠕变试验加载等级及观测时间注：Nt＝锚杆轴向拉力设计值锚杆蠕变试验加载等级及观测时间注：Nt＝锚杆轴向拉力设计值175锚杆蠕变量－时间对数关系锚杆蠕变量－时间对数关系176蠕变率△1－t1时所测得的蠕变量；△2－t2时所测得的蠕变量.锚杆蠕变试验测得的最后一级荷载作用下的蠕变率应不大于2mm/对数周期式中：蠕变率△1－t1时所测得的蠕变量；锚杆蠕变试验测177（5）验收试验验收锚杆数量：不少于工程锚杆总量的5％（也不少于3根）进行单循环张拉试验。最大试验荷载：永久锚杆：1.5Nt临时锚杆：1.2Nt分级加载，再分级卸载。

1）国标《锚杆喷射混凝土技术规范》50086-2001规定：（5）验收试验验收锚杆数量：1）国标《锚杆喷射混凝土技术规范1782）新修订国标《岩土锚固与喷射混凝土支护技术规范》（初稿）规定：验收试验锚杆数量：全部工程锚杆，其中5%多循环张拉验收试验其余单循环张拉验收试验2）新修订国标《岩土锚固与喷射混凝土支护技术规范》（初稿）179锚杆多循环张拉验收试验加荷、持荷和卸荷方式

多循环验收试验的加荷、持荷、卸荷应符合下图规定：锚杆多循环张拉验收试验加荷、持荷和卸荷方式多循环验收试验