玄筋錨桿在應(yīng)用中基本參數(shù)及錨固性能的研究*

趙振廣 李京玲 李大華

在井巷施工中,錨桿支護(hù)的頂板管理效果、降低成本等優(yōu)點(diǎn)明顯地超過(guò)了其他支護(hù)系統(tǒng),使得錨桿支護(hù)得到了推廣[1]。目前,錨桿支護(hù)不僅廣泛應(yīng)用于世界主要產(chǎn)煤國(guó)家的煤礦,而且也應(yīng)用于冶金、水利水電、鐵路公路、軍工及建筑等工程之中,伴隨著“21世紀(jì)—地下工程世紀(jì)”的來(lái)臨,錨桿支護(hù)技術(shù)更得到廣泛和深入的研究及推廣[2]。然而,由于傳統(tǒng)錨桿的桿體材料多為鋼材,其易腐蝕性使其應(yīng)用范圍受到限制,并且由于現(xiàn)代工程對(duì)耐久性的要求越來(lái)越高,鋼材的使用壽命因電解及銹蝕受到強(qiáng)烈挑戰(zhàn)。隨著新型材料——玄武巖纖維的出現(xiàn)及研究,中華人民共和國(guó)交通運(yùn)輸部于2009年末發(fā)布了玄武巖纖維及其制品的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

最近,又有人提出用玄武巖纖維筋材加固井巷工程的觀點(diǎn)及一些研究建議,為了促進(jìn)此項(xiàng)研究的發(fā)展,本文針對(duì)玄筋錨桿中涉及到的一些主要參數(shù)和錨固性能進(jìn)行了研究。

1 傳統(tǒng)錨桿基本參數(shù)及錨固性能

傳統(tǒng)錨桿基本參數(shù)及錨固性能如表1所示。

表1 傳統(tǒng)錨桿基本參數(shù)及錨固性能[3]

從表1中關(guān)于錨桿長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)可以看出,錨桿的長(zhǎng)度一般在1.5 m～6 m之間,實(shí)際生產(chǎn)中多為1.8 m。但不論哪種錨桿,都必須選擇適當(dāng)?shù)腻^桿長(zhǎng)度,如果長(zhǎng)度過(guò)短,各種錨桿均起不到支護(hù)作用。長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng),除施工場(chǎng)地受限及浪費(fèi)材料外,還會(huì)因其不易保證施工質(zhì)量而不安全,同時(shí)也會(huì)使安裝錨桿所用的時(shí)間變長(zhǎng),施工效率降低。

另外,從表1中錨桿的錨固力數(shù)據(jù)可以看出,錨桿的錨固力一般不超過(guò)120 kN,也就是說(shuō)錨桿桿體一般不會(huì)承受超過(guò)120 kN的拉拔力,因此,錨桿桿體只要能滿足120 kN的抗拉拔能力,即可滿足一般錨固的應(yīng)用要求。

從適用條件來(lái)看,楔縫式錨桿、倒楔式錨桿等點(diǎn)錨式錨桿對(duì)圍巖類(lèi)型級(jí)別要求較高,而水泥砂漿錨桿、管縫式錨桿等全長(zhǎng)錨固式錨桿對(duì)圍巖級(jí)別要求較低。

2 玄筋錨桿基本參數(shù)在工程應(yīng)用中的研究

2.1 玄筋錨桿長(zhǎng)度的確定

實(shí)際生產(chǎn)中,錨桿的長(zhǎng)度是根據(jù)所錨固區(qū)域的圍巖特征來(lái)確定的,應(yīng)根據(jù)施工區(qū)域?qū)嶋H圍巖狀況,結(jié)合類(lèi)似圍巖的工程經(jīng)驗(yàn)選擇合理的錨桿長(zhǎng)度。對(duì)于玄武巖纖維筋來(lái)說(shuō),其優(yōu)良的可切割性能使其可方便地加工各種長(zhǎng)度的錨桿,滿足不同圍巖條件對(duì)錨桿長(zhǎng)度的要求,其長(zhǎng)度可根據(jù)工程需要,參考傳統(tǒng)錨桿的長(zhǎng)度要求。

2.2 玄筋錨桿直徑的選擇

中華人民共和國(guó)交通運(yùn)輸部于2009年末發(fā)布了玄武巖纖維及其制品的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),它規(guī)范了目前玄武巖纖維復(fù)合筋的市場(chǎng)。當(dāng)前,玄武巖纖維復(fù)合筋的直徑有3 mm,6 mm,8 mm,10 mm,12 mm,14 mm,16 mm,18 mm,20 mm和25 mm等規(guī)格,并分為有螺紋及無(wú)螺紋兩種不同外觀形式。標(biāo)準(zhǔn)還指出,玄武巖纖維復(fù)合筋“光桿”時(shí)的抗拉強(qiáng)度不小于 750(800～1 100)MPa,若為螺紋筋材,相應(yīng)性能指標(biāo)應(yīng)以95%折算[4],從而得出玄武巖纖維復(fù)合筋的抗拉拔力如表2所示。

從表2中可以看出,當(dāng)玄武巖纖維復(fù)合筋直徑為16 mm時(shí),其棒材和螺紋筋材的抗拉拔力均超過(guò)120 kN,所以建議選取直徑為16 mm的筋材作為玄筋錨桿桿體。

2.3 玄筋錨桿的錨固方式選擇

按照基本錨固類(lèi)型,錨桿可分為點(diǎn)錨固錨桿和全長(zhǎng)灌注錨桿。點(diǎn)錨固錨桿是用粘結(jié)或機(jī)械的方式使錨頭錨固到巖體內(nèi),錨尾加托板等附屬結(jié)構(gòu)的錨桿。點(diǎn)錨固錨桿施工方便,但是,它只有托板承載,一旦松弛,支撐作用全部消失,托板周?chē)鷰r石剝落后,支撐作用也會(huì)消失。另外,整個(gè)錨桿在荷載長(zhǎng)期作用下也將會(huì)延長(zhǎng)。因此,若對(duì)玄筋錨桿進(jìn)行點(diǎn)錨固方式安裝,宜在安裝過(guò)程中施加一定的預(yù)應(yīng)力方可解決點(diǎn)錨固方式所固有的缺點(diǎn)。

表2 玄武巖纖維復(fù)合筋抗拉拔力表

全長(zhǎng)灌注錨桿是用快凝、高強(qiáng)度樹(shù)脂或無(wú)機(jī)水泥灌注到錨桿全長(zhǎng)范圍,無(wú)需施加預(yù)張力的錨桿。全長(zhǎng)粘結(jié)錨桿施工分為先注漿和后注漿兩種方式,先注漿是先在錨桿孔內(nèi)注滿砂漿,然后插入錨桿。后注漿方式是將錨桿先插入孔內(nèi),然后注漿固結(jié)而成。采用全長(zhǎng)灌注方式使用較廣泛的為砂漿錨桿和鋼絲繩錨桿,砂漿錨桿縱向抗壓強(qiáng)度大,一般采用先注漿方式施工,而鋼絲繩錨桿是利用廢舊鋼絲繩,經(jīng)除銹去油和破股平直后作為錨桿使用的,當(dāng)縱向受壓時(shí),容易彎曲變形,所以都是使用后注漿方式進(jìn)行施工的[5]。對(duì)于玄筋錨桿來(lái)說(shuō),它是由玄武巖纖維縱向粘結(jié)而成的,當(dāng)縱向受壓時(shí),容易造成纖維筋開(kāi)裂,所以當(dāng)采用全長(zhǎng)灌注錨固方式時(shí),建議采用后注漿方法施工。

3 結(jié)語(yǔ)

1)玄筋錨桿有足夠強(qiáng)的承載能力替代傳統(tǒng)錨桿。2)直徑16 mm的玄武巖纖維筋能夠滿足普通的錨固力要求。3)玄筋錨桿的錨固方式可以為點(diǎn)錨固和全長(zhǎng)灌注錨固。4)本文建議僅為理論及經(jīng)驗(yàn)推導(dǎo),尚需進(jìn)行進(jìn)一步的試驗(yàn)驗(yàn)證。

[1] 毛光寧.美國(guó)錨桿支護(hù)綜述[J].中國(guó)煤炭,2001,27(11):54-60.

[2] 孔 衡,馬念杰,王夢(mèng)恕,等.錨固技術(shù)及其理論研究現(xiàn)狀和方向[J].中國(guó)煤炭,2001,27(11):24-28.

[3] 《采礦手冊(cè)》編輯委員會(huì).采礦手冊(cè)(第2卷)[M].北京:冶金工業(yè)出版社,1990:459.

[4] 呂 洋,鄭玉元,聶 淼.樁錨支護(hù)體系在貴陽(yáng)危舊房改造工程中的應(yīng)用[J].山西建筑,2009,35(4):117-118.

[5] JT/T 2007.2-37,公路工程、玄武巖纖維及其制品[S].

[6] 解世俊.金屬礦床地下開(kāi)采[M].第2版.北京:冶金工業(yè)出版社,2008:116-122.