喷锚支护

1
Q N0 sinn qr cos
N
qr sin
N0 cos
喷射混凝土的计算和设计
q rh cd b
组合拱高度及计算跨度：
hZ hy d l0 L hy d
喷混凝土组合拱计算
算例
一地下洞室，开挖宽10m，高12m，顶部为割圆拱。围岩为石英 砂岩，属稳定性较差的Ⅴ级围岩，重度为25kN / m3。采用16锰 dm 20mm 的螺纹钢筋砂浆锚杆，Rg 340MPa 。喷混凝土为C20， 抗力设计强度为0.84MPa。钻孔直径38mm，砂浆与钢筋的粘结 力为3MPa，与钻孔岩石粘结力2MPa。设计该洞室的喷锚结构。
15.2 围岩分级
围岩分级依据
围岩分级是工程类比设计的重要依据，主要目的 是便于运用工程类别方法获得地下工程喷锚支护 设计参数。
围岩分级中主要考虑指标
a. 岩体的结构特征及其完整性 b. 岩体的物理力学性质 c. 地下水的影响 d. 原岩应力的影响
围岩分级方法
单因素岩石力学指标分级法 多因素综合指标分级法 定性与定量多因素指标相结合分级法 组合指标函数法
锚喷设计原则上需要考虑： a. 工程地质条件和岩体力学特性 b. 依据不同的围岩压力特点，对拱、墙等不同部位，采用 不同的支护参数。 c. 喷锚支护设计力求体现喷锚支护灵活的特点，对于围岩 局部和整体加固采取等强度支护原则，对于不同的岩体 和不同的部位分别采用不同的支护类型与参数。 d. 喷锚支护设计应遵循实测位移评价的原则。
根据局部变形理论，梁端位移： y P 2
R
梁端的弹性拉力： ky 2P
4
k 4EI
1.3154
k 3
考虑强度安全系数： K u
d
3.65
KG
U u
4
/
3
k E
1/ 3
按整体作用原理的设计
锚杆的设计和计算
锚杆长度应超过组合拱高度：
l KhZ le
K取1.2.
组合拱计算跨度：
15.1 概述
喷锚支护为由喷混凝土、锚杆、钢筋网组成的喷 锚联合支护或喷锚网联合支护，既可以用于加固 局部岩体而作为临时支护，也可以作为永久支护。
喷锚支护施工及时、与围岩密贴，共同变形，主 要作用是加固围岩。
喷锚结构的设计主要采用工程类别法，必要时辅 以监控量测法和理论验算法。
喷锚结构的施工主要是运用新奥法施工原理。
Ⅴ 一般第四系的半干硬至硬塑的黏性土及稍湿至潮湿的碎石土，卵石
土、圆砾、角砾土及黄土。非黏性土呈松散结构、黏性土及黄土成 松软结构
Ⅵ 软塑状黏性土及潮湿、饱和粉细砂层、软土等
350~251 <250
15.3 喷锚支护设计
喷锚支护的设计，是将喷射混凝土和锚杆作为加强和利用 围岩自身承载力的手段，因此设计时，必须从具体围岩的 变形、破坏和稳定性出发，进行分析研究，针对不同的围 岩，采取不同的设计原则。
450~351
坚硬岩，岩体破碎，碎裂结构
较坚硬岩，岩体较破碎~破碎，镶嵌碎裂结构
较软岩或软硬岩互层，且以软岩为主，岩体较完整-较破碎，
Ⅳ 中薄层状结构
土体：1.略具压密或成岩作用的黏性土及砂性土 2.黄土 3.一般钙质、铁质胶结的碎石土、卵石土、大块石土
较软岩，岩体破碎；软岩，岩体较破碎~破碎；极破碎各类岩体。碎、 裂状、松散结构
采用2.5m。 锚杆间距：a dm
2
Rg 2.0 Khy 2
340
1.5150 25103
136cm
取： a 1.2m
喷混凝土厚度计算
如取单位宽度为1.0m计算，则均布荷载为：
弯矩：
q a b 251.21.0 15kN / m
2
2
M 1 qa2 1 15 1.22 2.16kN m
按局部作用原理的设计
锚杆的设计和计算
由静力平衡：
Q
G sin sin
N
G sin
sin
锚杆所需截面积：
As
KN Rt
As
KQ
s
sin
锚杆加固拱顶危岩
锚杆设计长度：
l lm hr le
当危岩处于侧壁上时：
N
G
sin
sin
Q G cos G sin tan
锚杆加固侧壁危岩
10
10
应力：
M W
2.16103 100 d 3 / 6
129.6 d2
l
h
l
h
0.84MPa
所以：d 12.4cm 取： d 12cm
以上按悬吊设计原理计算时，喷锚结构参数为：锚杆直径20cm， 长2.5m，间距1.2m，喷混凝土厚度12cm。
15.4 施工信息的反馈
施工开挖前就能准确的确定各项支护参数以及最优 开挖支护方案，并非易事。
围岩分级表
采用定性和定量多因素指标相结合的分级方法。
围岩 级别
围岩或土体主要定型特征
Ⅰ 坚硬岩，岩体完整，巨整体状或巨厚层状结构
坚硬岩，岩体较完整，块状或厚层状结构
Ⅱ 较坚硬岩，岩体完整，块状整体结构
围岩基本质量指标（BQ） 或修正的文言基本指[BQ]
>550
550~451
Ⅲ
坚硬岩，岩体较破碎，巨块（石）碎（石）状镶嵌结构；较 坚硬岩或较软硬岩层，岩体较完整，块状体或中厚层结构
l0 L hZ
组合拱原理的计算
组合拱假定为两端固定的等截面圆拱，荷载按自重形式均布与
拱轴上。
q hb
h N0KL
KL
lm 6
拱脚处截面内力为：
QNnn
Hn sinn Vn sinn
Vn cosn Hn cosn
任意径向截面内力为：
M
M0
N0r1 cos qr2 sin
cos
施工信息反馈，即所谓的信息化设计是一种新的围 岩稳定性评价方法和地下工程设计方法。
喷射混凝土的计算和设计
采用喷混凝土支护洞室，要求喷射混凝土层应有足够的抗拉力， 使喷层在节理面处不出现冲切破坏；同时喷层和围岩间也应有 足够的粘结力，使喷层不出现撕裂现象。这种观点称为局部加 固原理。
喷层厚度：
dC
KG
U S
喷混凝土加固
根据弹性地基梁理论，将喷层看作弹性地基上半无限长梁验算。
PG U
【解】 锚杆参数的计算
锚杆长度： l l1 hy l2 l3
锚固长度：
l1
dm Rg
4 m
2 340 57cm 43
l1
d
2 m
Rg
dz 4 z
22 340 3.8 4 2
45cm
取：l1 57cm
取：
hy
h
1 0.910 6
1.5m
l2 5cm l3 20cm
则： l 0.57 1.5 0.05 0.2 2.32m