壓力分散型預應力錨索注漿材料性能研究

(貴州省交通規(guī)劃勘察設計研究院股份有限公司 貴州 貴陽 550000)

壓力分散型預應力錨索注漿材料性能研究

尹建偉 唐 賽

(貴州省交通規(guī)劃勘察設計研究院股份有限公司 貴州 貴陽 550000)

本文從注漿材料組成的不同類別出發(fā)，首先分別闡述了它們在注漿體中的作用。通過從漿—錨界面分析，得出注漿材料對于錨索的無粘結(jié)鋼絞線和承壓板的防腐、力學作用方面有積極的影響影響；通過漿—巖界面分析，注漿材料通過對錨孔圍巖的潤濕作用、增強作用以及力學作用來增強壓力分散型預應力錨索的錨固性能。

力分散型預應力錨索；注漿材料；漿—錨界面；漿—巖界面

在路塹深挖方的支護處理方式中，預應力錨索是一種十分有效的路塹深挖方支護措施，其已在國內(nèi)外各類路塹深挖方治理工程中得到廣泛使用。為了提高錨索錨固段的錨固力，人們已開始逐漸認識到錨固段注漿材料的重要性[1]。

1 注漿材料

1.1壓力分散型預應力錨索結(jié)構(gòu)

壓力分散型預應力錨索

壓力分散型錨索主要結(jié)構(gòu)包括承壓板、無粘結(jié)鋼絞線、注漿體、錨頭等。主要的施工工序為鉆孔、錨索的制作、錨索的安裝、錨孔注漿、錨索張拉、錨索封錨、預應力損失監(jiān)測。其具有良好的穩(wěn)定性和防腐性，其一般適用于邊坡介質(zhì)為破碎軟弱的巖層的邊坡加固工程。

1.2注漿材料

注漿材料主要應起到以下四種作用：①阻止注漿體中原有微裂紋的擴散并延緩新裂紋的產(chǎn)生；②提高注漿體的力學強度；③提高注漿體的協(xié)調(diào)變形能力并改善其抗腐蝕性；④提高漿—巖界面的摩阻力。以下闡述注漿材料幾種重要組成物質(zhì)對注漿體性能的改善[2-6]。

1.2.1 外加劑

外加劑是為改善和調(diào)節(jié)水泥砂漿的性能而摻加的物質(zhì)，錨索注漿材料的外加劑有很多種，常用的外加劑是減水劑和增稠劑。

1.2.2 無機結(jié)合料

一般的，砂、水、水泥三種物質(zhì)混合組成砂漿。水泥顆粒與無機結(jié)合料顆粒的粒徑會形成一種新的級配，從而提高砂漿體的力學性能。工程中把無機結(jié)合料混入砂漿中是為了改善注漿材料的強度。

1.2.3 聚合物

考慮到聚合物摻入水泥砂漿的保水率、流動性，主要選用乳液加消泡劑、錨固劑配合使用，作用主要有兩點優(yōu)點：①能夠提高水泥砂漿的保水性、流動性；②提高漿—巖界面的粘結(jié)作用。

2.注漿材料對錨索的性能影響

2.1防腐性能

邊坡錨固中的錨索受到圍巖介質(zhì)與預應力張拉的雙重作用，對其穩(wěn)定性要求很高，鋼絞線和注漿體是錨索受力的主體，當其受到腐蝕破壞時，會影響錨索的錨固效果。注漿材料性能較好時對錨索的包裹會很充分，而且注漿材料性能較好使其形成的注漿體力學強度高，不易產(chǎn)生裂紋，這樣能有效的阻止外部介質(zhì)對錨索的腐蝕。

2.2力學性能

2.2.1 對軸向應力和剪應力的影響

當對錨索施加張拉預應力時，單位錨索體會受到承壓板擠壓而產(chǎn)生軸向應力和剪應力，此時當注漿體的抗壓強度小于其軸向應力或者注漿體的抗剪強度小于圍巖的徑向壓力時，注漿體會發(fā)生破壞，從而導致錨索失效[7]。說明注漿體需要有較高的力學強度，此時可以選擇合適的外加劑或聚合物來增加其力學特性。

2.2.2 注漿材料粘結(jié)強度

注漿材料同錨孔圍巖的粘結(jié)強度的大小是受其介質(zhì)條件控制的。實驗結(jié)果表明，樹脂材料在煤、頁巖、泥灰?guī)r、砂巖的邊坡介質(zhì)下，其粘結(jié)強度為1.6-3.0 Mpa，但其在花崗巖及火成巖的邊坡介質(zhì)下，其粘結(jié)強度為5.0-7.0 Mpa。

3.注漿材料對錨索圍巖的影響

3.1潤濕作用

漿—巖界面的潤濕性可用接觸角θ表示：

式中

3.2增強作用

3.2.1 改性作用

在圍巖中滲入注漿材料可以改善其性質(zhì)，即在圍巖一定深度內(nèi)注漿材料與圍巖發(fā)生化學反應：（1）化學膠結(jié)作用；（2）惰性充填作用；（3）離子交換作用。

3.2.2 劈裂充填作用

在圍巖中，劈裂注漿要求是泵送注漿材料的泵送壓力要大于圍巖的壓力，使圍巖沿垂直于小主應力的平面(或節(jié)理面)發(fā)生劈裂，于是注漿材料滲入到圍巖間隙，使得圍巖間隙周圍的巖層結(jié)合起來，起到加固作用；同時注漿在圍巖間隙內(nèi)貫通形成骨架結(jié)構(gòu)，起到的充填作用；通過注漿壓力，巖土體也因受擠壓而致密，減小間隙寬度等，明顯改善圍巖的力學性質(zhì)。

3.2.3 親水效應

注漿材料需適量添加親水的物質(zhì)，提高其表面張力，增強注漿材料對圍巖的潤濕性，最終增強漿—巖界面的粘結(jié)強度。

3.3力學作用

3.3.1 巖土體參數(shù)的變化

由于邊坡介質(zhì)中注漿材料會滲入一定深度的圍巖形成復合體，邊坡介質(zhì)反應之前的圍巖參數(shù)會發(fā)生積極的變化，比如圍巖間隙減少，彈性模量提高，這些都會使圍巖的穩(wěn)定性增強。

3.3.2 巖土體強度的提高

注漿可顯著改善圍巖巖層的粘結(jié)強度，即圍巖的力學強度有著明顯的提高，也間接地提高了圍巖巖層的內(nèi)摩擦角φ。注漿材料在邊坡間隙擴散后凝固后可形成骨架，抗壓強度得到提高。注漿材料單軸抗壓強度可達以上，由前面小結(jié)可知注漿材料會在圍巖中起到劈裂充填作用，形成漿巖復合體，對邊坡介質(zhì)進行整體改性，改性后的這種復合體的單軸抗壓強度提高至少此外，注漿還可以巖層內(nèi)部原有的導水通道，堵水率高達以上，這將有效的解決水對錨索造成的腐蝕。

3.3.3 巖土體滲透性的改善注漿對邊坡間隙的作用機理主要表現(xiàn)在兩方面，一是注漿材料滲入圍巖以后，由于注漿材料的填充作用會明顯減少圍巖間隙的長度和寬度，加上復合體的產(chǎn)生會大幅地提高圍巖的力學強度。二是注漿材料填充間隙等滲流通道使得滲透量直接減少，即滲透系數(shù)下降。

巖土體滲透性質(zhì)的改善，不僅能提高路塹深挖方抵抗因水侵蝕滑動面而導致的邊坡的抗滑指標降低的能力，而且還可以圍巖的力學強度，提高其滑動面的抗剪強度，對錨索的錨固也是有利的。

4.結(jié)論

本文分析了注漿材料對錨索防腐性能的影響；注漿材料對錨索的影響主要是軸向應力和剪應力，選擇合適的注漿材料可以提高注漿體的力學性質(zhì)，降低錨索失效的風險，從而提高錨索的錨固性能；

本文從三個方面分析了注漿材料對錨索圍巖的影響，一是注漿材料的潤濕性；二是注漿材料對圍巖的增強作用，其中劈裂充填作用尤為重要，注漿在巖土體間隙內(nèi)形成起骨架作用的漿脈，起到的充填作用；三是注漿材料對巖土體的力學作用，注漿可顯著改善邊坡巖土體材料顆粒的膠結(jié)性質(zhì)，表現(xiàn)為錨孔圍巖強度整體的提高，包括注漿可顯著改善圍巖巖層的粘結(jié)強度，和間接地提高了圍巖巖層的內(nèi)摩擦角。

[1]梁炯婆.錨固技術(shù)十年發(fā)展與展望[M].北京：中國礦業(yè)大學出版社，1998（12）：136-141

[2]陳彥林.我國高速公路突破十萬公里[N].中國公路網(wǎng),2013：12-31

[3]曾憲明、范俊奇、李世民，等.制約錨固類結(jié)構(gòu)發(fā)展應用的若干問題概論[J].巖土工程學報2010（7）：57-62

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