1、全长预应力锚固全长预应力锚固提提 纲纲1 1、全长锚固发展历程全长锚固发展历程2 2、不同锚固形式对比分析、不同锚固形式对比分析3 3、全长锚固应注意的几个问题、全长锚固应注意的几个问题全长锚固发展历程全长锚固发展历程11 1）端头锚固端头锚固l 自自19121912年以来，锚杆支护逐渐成为了矿山、土建、水力水年以来，锚杆支护逐渐成为了矿山、土建、水力水电、交通等领域的岩土控制的主要手段，锚固方式经历了电、交通等领域的岩土控制的主要手段，锚固方式经历了端头锚固、全长锚固和加长锚固端头锚固、全长锚固和加长锚固等典型阶段。等典型阶段。胀壳式锚杆，胀壳式锚杆，PdPd=50kN=50kN金属倒楔式锚
2、杆金属倒楔式锚杆PdPd=3050kN=3050kN竹锚杆，竹锚杆，PdPd=1020kN=1020kN楔缝锚杆，楔缝锚杆，PdPd=4060kN=4060kN2 2）全长锚固全长锚固l 管缝式锚杆属摩擦式锚固，可以全长提供径向支护阻力，管缝式锚杆属摩擦式锚固，可以全长提供径向支护阻力，支护效率低，已被淘汰支护效率低，已被淘汰l 水泥砂浆锚杆需进行二次注浆，工序复杂，已淘汰。水泥砂浆锚杆需进行二次注浆，工序复杂，已淘汰。管缝式锚杆管缝式锚杆PdPd=5080kN=5080kN水泥砂浆锚杆，水泥砂浆锚杆，杆体直径杆体直径1625mm1625mmPdPd=80160kN=80160kN3 3）加长
3、锚固加长锚固l 树脂锚杆是指以树脂锚固剂为粘结材料为金属锚杆，煤矿树脂锚杆是指以树脂锚固剂为粘结材料为金属锚杆，煤矿主流支护技术。主流支护技术。l 19501950年代起源于西德、年代起源于西德、6060年代欧洲推广、年代欧洲推广、7070年代进入美国、年代进入美国、澳大利亚，逐渐成为煤矿主力支护材料。澳大利亚，逐渐成为煤矿主力支护材料。l 我国起步于我国起步于19701970年代，经八五、九五攻关，在年代，经八五、九五攻关，在、类围岩进行试验应用，现已全面推广。类围岩进行试验应用，现已全面推广。19501950年代年代19601960年代年代19701970年代年代19801980年代以降年
4、代以降研发研发西德埃森采西德埃森采矿研究所矿研究所试验试验德、法、英德、法、英端锚，价昂端锚，价昂发展发展全长锚固、锚注全长锚固、锚注破碎围岩破碎围岩成熟成熟美、澳、中美、澳、中加长锚固加长锚固4 4）树脂）树脂锚固类别（锚固类别（1 1）锚固锚固方式方式u端头锚固端头锚固（2060cm），锚杆长度），锚杆长度30%u加长锚固，锚杆长度加长锚固，锚杆长度30%90%u 全长锚固超过锚杆全长的全长锚固超过锚杆全长的90%4 4）树脂）树脂锚固类别（锚固类别（2 2）受力受力u 预应力，锚杆安装完成后施加预应力，锚杆安装完成后施加u非预应力，只有托板，不加力非预应力，只有托板，不加力4 4）树脂）
5、树脂锚固类别（锚固类别（3 3）材料材料u不饱和聚脂、环氧树脂、聚脂树脂不饱和聚脂、环氧树脂、聚脂树脂u 水泥基材料，无机材料水泥基材料，无机材料项目项目单位单位指标指标项目项目单位单位指标指标1d抗压强度抗压强度MPa55凝胶时间快速Kmin1.11.8抗拉强度抗拉强度MPa12中速Zmin45密度密度g/cm32.0搅拌时间快速Ks17收缩率收缩率0.5中速Zs20树脂锚固剂主要技术性能指标树脂锚固剂主要技术性能指标水泥基材料应具有早强速凝及微膨胀等特性！水泥基材料应具有早强速凝及微膨胀等特性！4 4）树脂）树脂锚固类别（锚固类别（4 4）施工施工u灌注式灌注式先插锚杆先插锚杆后注砂浆后注
6、砂浆先注砂浆先注砂浆后插锚杆后插锚杆u药卷式药卷式中空式锚杆中空式锚杆实心式锚杆实心式锚杆中空注脂锚杆中空注脂锚杆：内置卷式锚固剂，在水压的冲击下经混合器混合从锚杆顶端沿钻孔流出，充满钻孔实现全长锚固。不同锚固形式对比分析不同锚固形式对比分析21 1）非全长锚固概述非全长锚固概述l 适用条件适用条件：围岩变形量小，地质结构简单，原岩应力小。：围岩变形量小，地质结构简单，原岩应力小。l 缺点：缺点：p锚固效能低，不易形成锚固承载结构，被动承载锚固效能低，不易形成锚固承载结构，被动承载p预紧力易衰减甚至丧失预紧力易衰减甚至丧失p锚固端易脱粘锚固端易脱粘浅部浅部中深部中深部深部深部 l ll l围岩
7、多点位移变形与锚固荷载演化围岩多点位移变形与锚固荷载演化1 1）非全长锚固概述非全长锚固概述l 深部围岩破裂松动范围普遍较大，在深部围岩破裂松动范围普遍较大，在23m23m以上以上l 深井、强采动、高地压巷道，非全长锚固可靠性差，不宜采深井、强采动、高地压巷道，非全长锚固可靠性差，不宜采用用1 1）非全长锚固锚固力突然消失）非全长锚固锚固力突然消失l 非全长锚固，浅部围岩碎胀破裂后，易造成托锚力消失，整非全长锚固，浅部围岩碎胀破裂后，易造成托锚力消失，整个杆体不再受力，锚固整体失效，似杆体突然断裂。个杆体不再受力，锚固整体失效，似杆体突然断裂。2 2）非全长锚固渐次脱粘）非全长锚固渐次脱粘l
8、受围岩层理特性及锚固材料的复合影响，锚固材料易发生第受围岩层理特性及锚固材料的复合影响，锚固材料易发生第2 2界面界面(树脂与围岩树脂与围岩)的脱粘，造成锚固力振荡波动，似退锚的脱粘，造成锚固力振荡波动，似退锚3 3）全长锚固的工况相对较平稳）全长锚固的工况相对较平稳l 杆体锚固力经历初始锚固力、工作锚固力和残余锚固力三个杆体锚固力经历初始锚固力、工作锚固力和残余锚固力三个阶段，巷道围岩控制效果较理想。阶段，巷道围岩控制效果较理想。4 4）全长误区一：只有全长锚固，没有预紧力）全长误区一：只有全长锚固，没有预紧力l 在弹性状态的硬岩中施加非预应在弹性状态的硬岩中施加非预应力锚杆力锚杆,只能只能
9、悬吊临界状态悬吊临界状态的岩块的岩块,基本上不能起组合作用基本上不能起组合作用l 全长锚固的非预应力锚杆全长锚固的非预应力锚杆,主要用主要用于变形大的软弱岩体中于变形大的软弱岩体中,以控制岩以控制岩石的塑性变形石的塑性变形l 此类为非主动支护此类为非主动支护5 5）全长锚固误区二：粘结胶凝、等待结束后方施加预紧力）全长锚固误区二：粘结胶凝、等待结束后方施加预紧力l 锚杆安设完毕后，施加预紧力后，锚杆安设完毕后，施加预紧力后，在中硬岩石中，轴力方向影响范围在中硬岩石中，轴力方向影响范围约为约为15301530倍杆体直径；软岩中，倍杆体直径；软岩中，约为约为40504050倍杆体直径，相当于倍杆体
10、直径，相当于7501200mm7501200mm的锚固深度。的锚固深度。6 6）边施加预紧力，粘结材料边固，实现杆体预应力全长分布）边施加预紧力，粘结材料边固，实现杆体预应力全长分布l 中性点理论中性点理论：锚杆与孔壁之间剪应力为零的点称为中性点：锚杆与孔壁之间剪应力为零的点称为中性点l 无论考虑应变是否软化，无论考虑应变是否软化，应力应沿杆体全长分布应力应沿杆体全长分布l 实现后张状态下的实现后张状态下的先张效应先张效应中性点原理及计算中性点原理及计算沿杆体全长应力分布沿杆体全长应力分布全长锚固应注意的全长锚固应注意的几个问题几个问题3l 理论理论p锚杆的实际工况十分复杂锚杆的实际工况十分复
11、杂p锚杆全长承载性能分析锚杆全长承载性能分析l 锚固材料锚固材料p锚杆：锚杆：400600MPa400600MPa以上高强、超高强，长度以上高强、超高强，长度2.53.0m2.53.0mp锚索：锚索：1860MPa1860MPa以上高强度以上高强度p粘结材料：单位长度的粘结力达到要求，第粘结材料：单位长度的粘结力达到要求，第2 2界面不脱粘界面不脱粘l 灌浆工艺及机具灌浆工艺及机具p先锚后注：在预紧状态下实现全长锚固，端部速凝先锚后注：在预紧状态下实现全长锚固，端部速凝p小型灌浆泵，扭矩转换器，封孔长度小型灌浆泵，扭矩转换器，封孔长度p实现实现“后张后张”状态下控制围岩的状态下控制围岩的“先张
12、先张”效应效应l 理论理论p锚杆的实际工况十分锚杆的实际工况十分复杂；锚杆复杂；锚杆全长承载性能全长承载性能分析分析锚杆杆体受力可锚杆杆体受力可至少可至少可分为三类：增长型、降低型和波浪型分为三类：增长型、降低型和波浪型围岩处于三向锚固状态围岩处于三向锚固状态l 长短锚杆匹配长短锚杆匹配l 粘结式锚杆与管缝式锚杆匹配粘结式锚杆与管缝式锚杆匹配l 粘结式锚杆与注浆锚杆匹配粘结式锚杆与注浆锚杆匹配巷道开挖巷道开挖支护支护加固加固三向应力状态三向应力状态稳稳定定围围岩岩恢复恢复三向应力状态三向应力状态改善改善围岩完整性围岩完整性二向应力状态二向应力状态 提高提高围岩强度围岩强度只有三向锚固才能同时实
13、现以上三种功能只有三向锚固才能同时实现以上三种功能l 理论理论l 锚固材料锚固材料p锚杆：锚杆：400600MPa400600MPa以上高强、超高强，长度以上高强、超高强，长度2.53.0m2.53.0mp锚索：锚索：1860MPa1860MPa以上高强度以上高强度p单位长度的粘结力达到要求，第单位长度的粘结力达到要求，第2 2界面不脱粘界面不脱粘p性能高可替代树脂锚固剂的灌浆材料性能高可替代树脂锚固剂的灌浆材料p双速药包双速药包p克服现有水泥基材料粘结力多在克服现有水泥基材料粘结力多在14t14tl实现强初撑、急增阻、高工作阻力实现强初撑、急增阻、高工作阻力l 灌浆工艺及机具灌浆工艺及机具p
14、先锚后注：在预紧状态下实现全长锚固，端部速凝先锚后注：在预紧状态下实现全长锚固，端部速凝p小型灌浆泵，扭矩转换器，封孔长度小型灌浆泵，扭矩转换器，封孔长度 o变形量/mm支护载荷/MPa15324锚固剂性能及封装锚固剂性能及封装l 锚固剂的使用应尽量减少多次施工、繁杂工序，尤其是顶板锚固剂的使用应尽量减少多次施工、繁杂工序，尤其是顶板锚杆滞后灌注式难以发展：锚杆滞后灌注式难以发展：l 药包式药包式（无需要搅拌式）（无需要搅拌式）l 时效差异性时效差异性（快速（快速+中速或慢速）中速或慢速）l 药包长度药包长度，“三径三径”匹配，锚固因子匹配，锚固因子231la54l 理论理论l 锚固材料锚固材料l 灌浆工艺及机具灌浆工艺及机具p先锚后注：在预紧状态下实现全长锚固先锚后注：在预紧状态下实现全长锚固p端部速凝端部速凝p小型灌浆泵，扭矩转换器，封孔长度小型灌浆泵，扭矩转换器，封孔长度帮部帮部钻机钻机顶板顶板钻机钻机小型注浆泵小型注浆泵l 若采用灌注式，先灌粘结材料，后插锚杆若采用灌注式，先灌粘结材料，后插锚杆l 若采用药包式，与现在工艺相同，易于接受若采用药包式，与现在工艺相同，易于接受谢谢大家谢谢大家！
