矢量型底部灌浆锚索的研究及应用-科技论文

预应力锚固技术在完整性较好的地层取得了很好的支护效果，但普通的锚索施工采用将树脂2～3袋塞入锚孔中，然后穿入普通钢绞线，转动钢绞线利用钢绞线的端部扎破树脂包装物，树脂将钢绞线与岩壁连接在一起，故包装物夹杂其中，且树脂本身粘接度较低，因此张拉预应力较小。尤其在破碎岩层的支护效果并不理想。为解决以上问题，目前预应力锚索主要朝着以下几个方向发展：

（1）锚索自锁功能发展

灌浆式锚索的锚固体在破碎岩层中与孔壁粘结力差，锚固效果不理想；同时要等浆液达到设计强度才能施加预应力，施工速度慢；需研发带有摩擦自锁功能的锚索。这种锚索能将内涨式锚索头嵌入岩体内部，提高锚索的承载能力，起到很好的锚固作用，增强锚索的锚固力。同时由于有自锁功能，可提前施加预应力，缩短锚索施工时间，提高工程施工速度。

（2）锚索灌浆技术改进

传统上采用灌浆管进行灌浆，灌浆过程中需要插入灌浆管或排气管，施工完成后需要拔出，施工工艺复杂，效率低下，灌浆效果不理想。需在锚索灌浆基础需要进一步改进，设计出集支护作用与注浆加固作用的中空结构锚索索体。这种锚索将锚索锚固作用与灌浆管的灌浆作用有机的结合起来，可以简化灌浆施工工艺，加快锚固施工速度。

（3）锚索张拉端的改进

矿井及边坡支护时，有时候其钻孔孔道与岩壁不垂直，传统锚具在张拉时会由于孔口折角而产生剪切应力，造成预应力损失和锚索的断丝现象。锚索张拉端需要进一步改进，需设计出具有自动调向的矢量型锚具，消除孔口剪切应力，避免孔口形成折角而产生剪切应力使其断丝，降低预应力损失，提高锚固强度和可靠性。

为此，我们研究、开发了矢量型底部灌浆锚索。

一、矢量型底部灌浆锚索原理：

矢量型底部灌浆锚索即利用底部灌浆锚索及矢量锚具配套使用对矿山井巷支护、隧道、边坡等进行支护（如图），其中底部灌浆锚索包括摩擦自锁结构、底部灌浆组件。摩擦自锁结构中塞环与钢绞线连接采用内外特殊锯齿型螺纹的连接套，该部件整体经过特殊热处理，然后将塞环、连接套用冷挤压变形的方式固定在锚索上，塞环采用正火处理提高机械性能。内涨锚头采用切割弹性槽的方式且进行整体碳氮共渗，形成表面硬度很高（HRC62），而芯部又具有很好弹性的组织来满足设计的要求。内涨锚头尾部设计单向支撑片尖角，用专用千斤顶进行张拉时有很好弹性和刚性的支撑片尖角嵌入岩体内固定住内涨锚头，塞环锥体进入内涨锚头使之膨胀与岩体结合在一起，当达到设计荷载后，千斤顶回油，矢量锚具的夹持体夹持钢绞线自锚在矢量承载体中。为充分发挥夹持体外部硬内部弹性好的优点，夹持体与承载体配合之间采用差异化角度配合，夹持体有微量弹性变形使夹持体夹持力更加均匀。承载体与支撑座之间采用圆弧面接触，依据矢量原理，锚具随着锚索受力方向自动调整路径与岩孔同心，避免锚索受剪应力影响及摩擦到孔壁而造成预应力损失。

二、底部灌浆技术原理 

矢量型底部注浆锚索底部灌浆的原理即是把已施加过预应力的矢量锚索立即利用锚索中心的预设灌浆管进行压浆，将锚索的支护作用与注浆加固作用有机的结合起来，通过浆液在压力下渗透到岩孔周围的裂隙中，对出现松动的岩体起粘接固化作用，岩体裂隙相通时，混凝土将相邻的预应力锚索从内部连结成一个整体（如图）。制造索体的钢丝由原来的光圆变为现在的带肋螺旋预应力钢丝，增加索体与混凝土的握裹力，以达到更好的锚固效果。以22系列锚索为例，同样锚索施加的预应力，底部灌浆施加的力比普通的高1～2倍。浆液采用稳定浆液，它是一种具有良好的流动性、低析水率、高稳定性的浓浆浆液。既在普通水泥浆液中加入粘性土（如膨润土）、矿物质及高效减水剂，加入粘性土和矿物质可以改善水泥浆液的性质，增加浆液粘度，阻止浆液的沉降分离，并能分散水泥颗粒，降低水灰比。加入高效减水剂，它能吸附在水泥颗粒表面，在一定时间内起着阻碍或破坏水泥颗粒之间的凝固作用，改善浆液的流动性能，浆液的流变参数粘度和凝聚力随减水剂掺量的增加而减少，但减少到一定程度后，在增加掺量，降粘幅度就会减缓，一般为0.5%。这样可以大幅提高水灰比，减少混凝土凝固后水的析出而形成的孔隙和水对锚索的腐蚀。通过高速搅拌来降低浆液的粘度、凝聚力和析水率，使水泥颗粒相互分离，便于灌浆。孔口采用倒锥形高强度止浆塞，注浆后用螺堵将注浆口拧紧完成灌浆。