(02)岩土锚杆(索)的类型、工作特性及适用条件-12-20

（2）多段扩体型锚杆
扩体型锚杆承载力计算
z 砂性土
z 黏性土
7.全长摩擦型锚杆
（1）缝管锚杆
缝管锚杆结构构造： 1－开缝钢管；2－挡环；3－托板
缝管锚杆外形
缝管锚杆的工作特性
z 使围岩处于三维压缩状态（三向预应力） z 立即提供支护抗力； z 锚固力随时间而增加； z 围岩位移后锚杆仍能保持较高的承载力。
传统的机械固定型锚杆结构
楔缝式锚杆
涨壳式锚杆
南非贝尔公司 涨壳锚杆
法国生产的 涨壳锚杆
机械固定型锚杆特性
z 及时提供支护抗力或预加预应力； z 会在岩层中产生大的应力，对岩层强度要求较 高； z 通常无防腐措施，使用寿命有限； z 加工工艺复杂，成本高于粘结型锚杆； z 对钻机直径、深度控制要求较严。
机械固定与胶结料固定相结合的锚杆
涨壳式中空灌浆锚杆
美国威廉姆斯(williams)生产的涨壳式锚杆结构
威廉姆斯岩石锚杆注浆浆液流动图
杭州图强公司生产的涨壳式中空锚杆结构
涨壳式中空锚杆作用于岩石时能形成压应力区
不同类型低预应力锚杆的性能比较
不同类型低预应力锚杆工作时形成的剪力锥
5、可重复高压灌浆型锚杆
无锚头预应力锚杆的构造 (a)在临时锚墩上对杆体张拉 (b)拆除临时锚头及锚墩后的 锚杆剖面图
荷载从锚杆传递到结构物的方法
(a)常规方法传递；(b)通过凹槽内的锚头传递； (c)通过上（第二）粘结段传递
（1）叶尼塞河sayane-shushensh Hps消力池底 板的预应力锚固
消力池表面粘结锚固的最终的结构型式质量检验： z 锚杆拉力值为1021kN，一年后测定的拉力损失为20％ z 使用几年后，洪水未对消力池表面产生任何影响
天津百货大楼软土基坑工程 (-13.5 m)最大 位移量仅 5 cm(1994)
6、扩体型锚杆
锚杆荷载传递方式的比较 (a)摩擦型 (b)摩擦－支承复合型
（1）底端扩体型锚杆
爆炸成型的底 端扩体锚杆
用旋转叶片形成的扩体锚杆 固定地层 砂 固定长度：6～10m 极限承载力 900～1400 kN 比Φ=12cm的圆柱体锚固体承载 力提高2～3倍。
（2）水胀式锚杆(swellex bolt)
机械整形
Φ41mm Φ28mm
水胀式锚杆
工作特性：与缝管锚杆相似 适用范围：
z 软岩支护 z 强岩爆区段支护 z 初期支护
8、无锚头型锚杆
当由于某些原因，在对预应力锚杆进行张 拉后，不容许锚头外露于结构物表面。 可采用在结构物表面安设临时的可拆除传 力墩座，并在与结构物表面相邻的钻孔灌注水 泥浆形成上粘结段。并在上粘结段具有与临时 传力墩座具有相同锁定力时，即拆除锚墩。这 就是无锚头型锚杆。
荷载集中型锚杆粘结应力分布特征
z单孔复合锚固； z荷载分散； z灌浆体由受拉变为受压。
压力分散型结构构造图
压力分散型锚杆(单孔复合锚固）粘 结应力分布特征
压力分散型锚固的耐久性显著提高
拉力集中型 z 简单防腐 z 灌浆体受拉易开裂
压力分散型 z 多层防腐 z 灌浆体受压不易开裂
4、机械固定型和胶结固定型锚杆
2、拉力型与压力型锚杆
拉力型锚杆和压力型锚杆结构示意图 (a)拉力型锚杆 (b)压力型锚杆
拉力型与压力型锚杆的荷载分布 （77年Mastrantuono与Tomiolo报导）
3、荷载集中型与荷载分散型(SBMA)锚杆
荷载集中型
荷载分散型
荷载分散型锚杆承载体的构造
荷载集中型与荷载分散型锚杆工作特性比较
胶结料固定型锚杆
z 非成卷式水泥浆固定 z 快硬水泥卷固定 z 树脂卷固定
用速凝（黑色）和缓凝（带点色）树脂固定的岩石锚杆
(a)树脂固定的张拉锚杆 (b)全长用速凝和缓凝树脂 的张拉锚杆 (c)全长用树脂锚固的非张 拉锚杆
树脂锚杆用的树脂卷
(a)用塑料袋包装； (b)用玻璃管包装； 1－固化剂加填料；2－玻璃管； 3－不饱和聚酯树脂；4－堵头； 5－聚乙烯袋；6－玻璃管；7－硬塑料盖。
深圳海川工程技术有限公司生产的路威 2006FRP锚杆技术性能
（1）锚杆基本尺寸 锚杆外径 Φ＝19.6mm，螺纹底径 Φ=18mm 有效直径 18.8mm (有效面积 S＝277.45mm） （2）拉伸试验
（3）螺母与杆体螺纹结合力
（4）剪切强度
• 密封性 • 均匀性 • 重复性
锚杆结构图
注浆套管工作原理

预埋二次劈裂灌浆管 密封装置
重复高压灌浆型锚固技术的优越性
z 抗拔力提高 60~120% ； z 蠕变量减小 1/2~2/3 ； z 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
上海太平洋饭店软土基坑锚固工程 (1986)
（2）类型
1）普通中空注浆锚杆
适用于各类隧道与洞室工程，特别是隧道与洞 室的顶部。
2）自钻式中空注浆锚杆
钻杆即为锚杆杆体，在难以成孔的困难复杂岩层中 应用具有独特优势。
3）涨壳式中空锚杆
Williams公司的涨壳式中空锚杆的细部构造及工作原理 (a)细部构造； (b)涨壳工作时形成的抗力
10、纤维增强塑料锚杆
（2）莫斯科运河船闸闸墙的无锚头型 锚固
莫斯科运河老钢筋混凝土船闸的修补
船闸闸墙的张拉
9 中空注浆锚杆（系列）
（ 1 ） 特点： z 杆体为表面带有标准联结螺纹的中空杆体，可采 用连接套接长，在狭小空间可施工大于10m长的 锚杆； z 注浆时浆液由中空杆体底端流向孔口，止浆塞与 托板能有效阻止外溢，可保证杆体与孔壁间注浆 饱满，使锚杆伸入的岩体范围得到有效加固； z 通过连接套与对中环，使杆体居中，杆体被均匀 的砂浆保护层包裹，显著提高了耐久性； z 必要时，可通过自由段的隔离措施，对锚杆施加 预应力。
1、预应力锚杆与非预应力锚杆
预应力锚杆与非预应力锚杆结构构造比较 （a）预应力锚杆 (anchor) （b）非预应力锚杆(bolt)
预应力锚杆与非预应力锚杆受力特性比较
预应力锚杆与非预应力锚杆的比较
预应力锚杆 非预应力锚杆
1、安装后能及时提供支护抗力， 1、安装后地层移动锚杆才能被动 使岩体处于三轴应力状态 地发挥作用 2、控制地层与结构物变形能力强 2、控制地层与结构物变形能力差 3、按一定密度布置锚杆，施加预 3、难于在地层内形成压缩区 应力后能在地层内形成压缩区， 有利于地层稳定 4、预加应力后，能明显地提高潜 4、仅靠杆体自身强度发挥其抗拉 在滑移面或岩石软弱结构面的抗 抗剪作用 剪强度 5、张拉工序能检验锚杆的承载能 5、尚缺乏检验此类锚杆施工质量 力 与承载力的有效方法 6、结构构造与施工工艺比较复杂 6、结构简单，施工方便
纤维增强塑料是一种以合成树脂为粘结 剂、复合纤维为增强材料制成的复合材料。 其相对密度为1.8～2.1 抗拉强度高达 600～700 Mpa 纤维增强锚杆的优点： z 防腐蚀，耐久性好； z 绝缘，防静电； z 抗拉和粘结强度高； z 重量轻，同等规格的杆体约为钢材的1/4； z 易于切割
纤维增强塑料锚杆的技术性能
围岩处于三维压缩状态
1－杆体和托板作用在岩石上的力； 2－岩石；3－托板；4－挡环
岩石移动使锚杆 进一步锁紧岩石
锚杆锚固力随时间而增长的曲线 1－黑色页岩；2－锰矿体； 3－绿泥岩 缝管锚杆的锚固力与拔出量的关系 1－砂岩；2－锰矿体；3－绿泥岩
缝管锚杆适用范围
z 软弱岩层 z 受爆破震动影响的矿山隧道 z 高应力岩爆地层
岩土锚杆（索）的 类型、工作特性及适用条件
中冶集团建筑研究总院
程良奎
目录
1、预应力与非预应力锚杆 2、拉力型与压力型锚杆 3、荷载集中型与荷载分散型锚杆 4、机械固定型锚杆与胶结材料固定型锚杆 5、可重复高压灌浆型锚杆 6、扩体型锚杆 7、全长摩擦型锚杆 8、无锚头型预应力锚杆 9、中空注浆锚杆 10、纤维增强塑料锚杆