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机械百科

锚杆

时间:2018-01-30 23:44:34   作者:   来源:   阅读:66   评论:0

    锚杆是当代煤矿当中巷道支护的最基本的组成部分,他将巷道的围岩加固在一起,使围岩自身支护自身。现在锚杆不仅用于矿山,也用于工程技术中,对边坡,隧道,坝体进行主体加固。锚杆作为深入地层的受拉构件,它一端与工程构筑物连接,另一端深入地层中,整根锚杆分为自由段和锚固段,自由段是指将锚杆头处的拉力传至锚固体的区域,其功能是对锚杆施加预应力。

组成

    组成锚杆必须具备几个因素:
① 一个抗拉强度高于岩土体的杆体
② 杆体一端可以和岩土体紧密接触形成摩擦(或粘结)阻力
③ 杆体位于岩土体外部的另一端能够形成对岩土体的径向阻力
作用原理:锚杆作为深入地层的受拉构件,它一端与工程构筑物连接,另一端深入地层中,整根锚杆分为自由段和锚固段,自由段是指将锚杆头处的拉力传至锚固体的区域,其功能是对锚杆施加预应力;锚固段是指水泥浆体将预应力筋与土层粘结的区域,其功能是将锚固体与土层的粘结摩擦作用增大,增加锚固体的承压作用,将自由段的拉力传至土体深处[1]  。

作用

    锚杆是岩土体加固的杆件体系结构。
    通过锚杆杆体的纵向拉力作用,克服岩土体抗拉能力远远低于抗压能力的缺点。
    表面上看是限制了岩土体脱离原体。
    宏观上看是增加了岩土体的粘聚性。
    从力学观点上是主要是提高了围岩体的粘聚力C和内摩擦角φ。
    其实质上锚杆位于岩土体内与岩土体形成一个新的复合体。这个复合体中的锚杆是解决围岩体的抗拉能力低的关键。从而使得岩土体自身的承载能力大大加强。
    锚杆是当代地下开采的矿山当中巷道支护的最基本的组成部分,他将巷道的围岩束缚在一起,使围岩自身支护自身。
锚杆不仅用于矿山,也用于工程技术中,对边坡,隧道,坝体等进行主动加固。

运用

    自1912年,德国谢列兹矿最先采用锚杆支护井下巷道以来,锚杆支护以其结构简单,施工方便、成本低和对工程适应性强等特点,在土木工程(包括采矿工程)中得到了广泛应用。如我国的世纪工程———三峡工程,其大坝施工中使用了大量锚杆(索)维护开挖的边坡、岩壁。又如我国煤矿开采中,每年新掘的锚喷支护的井巷工程长达2000 km。但是,锚杆支护作用理论的研究落后于其工程应用是不争的事实,使得锚杆支护设计中,还多采用技术要求低、成本低和管理容易的工程类比的经验方法。

分类

(1)木锚杆。我国使用的木锚杆有两种,即普通木锚杆和压缩木锚杆。以下列举几个称谓的锚杆
(2)钢筋或钢丝绳砂浆锚杆。以水泥砂浆作为锚杆与围岩的粘结剂。
(3)倒楔式金属锚杆。这种锚杆曾经是使用最为广泛的锚杆形式之一。由于它加工简单,安 装方便,具有一定的锚固力,因此这种锚杆在一定范围内还在使用。
(4)管缝式锚杆。是一种全长摩擦锚固式锚杆。这种锚杆具有安装简单、锚固可靠、初锚力 大、长时锚固力随围岩移动而增长等特点。
(5)树脂锚杆。用树脂作为锚杆的粘结剂,成本较高。
(6)快硬膨胀水泥锚杆。采用普通硅酸盐水泥或矿渣硅酸盐水泥加入外加剂而成,具有速凝 、早强、减水、膨胀等特点。
(7)双快水泥锚杆。是由成品早强水泥和双快水泥按一定比例混合而成的。具有快硬快凝、 早强的特点。

种类

管缝式锚杆

    管缝式锚杆是一种全长锚固,主动加固围岩的新型锚杆,它立体部分是一根纵向开缝的高强度钢管,当安装于比管径稍小的钻孔时,可立即在全长范围内对孔壁施加径向压力和阻止围岩下滑的摩擦力,加上锚杆托盘托板的承托力,从而使围岩处于三向受力状态。在爆破振动围岩锚移等情况下,后期锚固力有明显增大,当围岩发生显著位移时,锚杆并不失去其支护抗力,它比涨壳式锚杆有更好的特性。
    管缝式锚杆主要性能和规格
1、主要技术性能
(1)初始锚固力: 3~7吨;
(2)管环拉脱荷载: 8~10吨;
(3)锚杆管抗拉断能力:12~13吨;
(4)耐腐蚀性能比A3钢高20~30%,利于长期使用。
2、规格
(1)外径(毫米):Φ30,Φ33,Φ40,Φ43(±0.5)
(2)长度(毫米):1200、1500、1800、2000、2500
(还可以根据客户的需要规格生产);
(3)材质:16Mn,20 Mnsi;
    管缝式锚杆煤矿使用比较少。

自旋锚杆

1 自旋锚杆概述自旋锚杆是螺旋锚杆的一种,如果合理使用就成为顶级锚杆。
螺旋锚杆是上世纪初期开发的软土层锚杆之一,因为这种锚杆施工简单快速被广泛应用在一些野外工程或岩土体的辅助锚固上。在长期的研究实践中,西安科技大学惠兴田教授深入分析传统螺旋锚杆并在1999年发明了一种新型的螺旋式锚杆→自旋锚杆。自旋锚杆扬弃传统螺旋锚杆的大锚叶结构,采用中空连续小旋丝结构,采用不同的施工工艺就使得自旋锚杆的应用发生了根本性变化。从而派生出一系列功能的一个全能体系。以下是各种类别自旋锚杆简述。
自攻旋进锚杆→在钻孔中自攻旋进安装不使用锚固剂就能达到70KN锚固力
创新点:不使用锚固剂的全长锚固锚杆
优点:成本低,施工速度快
缺点:安装要求钻孔精确,各项参数配合恰当。施工中难以达到要求
自攻挤压旋进锚杆→在土层中无需钻孔直接挤压旋进安装锚固力20KN/m
创新点:不钻眼,不注浆的全长锚固锚杆
优点:挤压强化土体结构使土体承载力大大提高,施工速度快,锚固及时;
缺点:钻机扭矩要求大,适应性受限,个别情况下单位锚固力小。
自旋注浆锚杆→在钻孔中安装结束后利用自旋锚杆注浆就成为具有初锚力的自旋注浆锚杆
创新点:具有初锚力且是全长锚固的注浆锚杆
优点:具有一定初锚力,适应于各种松软岩土体
缺点:注浆程序占用时间,施工环境差,速度受限制
自旋树脂锚杆→在钻孔中安装的同时自旋锚杆将树脂药卷搅拌成为具有初锚力的自旋树脂锚杆
创新点:药卷搅拌结束立即施加预应力的树脂锚杆
优点:锚固可靠,适应性广
缺点:锚杆安装需要专用钻具
自钻自锚固锚杆→在自旋锚杆中空内放入钻杆使钻眼安装一次完成是具有初锚力的自钻锚杆
创新点:钻眼安装一次完成且具有初锚力的自钻锚杆
优点:有一定的初锚力,安装快速,适应于任何岩土层
缺点:安装需要专用钻具
自旋喷浆锚杆→在土层中边喷浆边钻进安装锚注一次完成锚固力35KN/m
创新点:钻眼安装和注浆一次完成的土层锚杆
优点:适应于松散岩土体
缺点:不能用于岩体破碎带松散体
2 .全能自旋锚杆图解
自钻、自旋、自锚固--任何地层都适应
注浆、喷浆、旋喷浆--任何情况都有效
自旋锚杆:普通锚杆+自钻锚杆+注浆锚杆+特种锚杆
3 .自旋锚杆体系
自攻旋进锚杆
1. 直接自攻旋进——自攻挤压旋进锚杆锚杆上带钻头,用钻机直接带动锚杆旋入土体中。锚杆在旋进过程中挤压杆体周围土体,使紧贴杆体周围土体参数强化。
自攻挤压旋进锚杆不同于自钻锚杆,自钻锚杆的锚固全凭后期锚固注浆,注浆对于向上的孔很难达到饱和注浆,锚固可靠性较差。自旋锚杆自身形成锚固力安装结束就完成。任何角度都能够保障锚固力相同。
自攻挤压旋进锚杆适用条件:湿陷性黄土,淤泥,松散岩土。
2 .孔内自攻旋进——自攻旋进锚杆在预先钻好的孔中先钻孔,用钻机带动锚杆,在转动过程中使锚杆旋丝刻入钻孔壁内起到锚固作用。
    自钻旋进锚杆
    钻杆置于锚杆体内,边钻孔边安装锚杆。钻安一次完成,有利于保障锚固可靠性,施工速度快。
    适用条件:任何地层,特别适用于松软破碎岩土体。
    自旋注浆锚杆
    预先钻孔,将自旋锚杆旋入钻孔内,安装到位后利用杆体中空注浆,一部分浆液沿旋丝充满旋丝空间,一部分浆液渗入岩体加固岩层,使得岩体旋体锚固同时岩体得到加固注浆。
适用条件:任何地层,特别适用于松软破碎岩土体自旋喷浆锚杆。
    在复杂土体层采用锚杆边旋进边注浆,这样旋喷钻进安装结束注浆就完成。
自旋树脂锚杆
    在自旋锚杆前端放入树脂锚固剂,在自旋锚杆安装过程中树脂被加压并搅拌挤压使得树脂锚固剂充满旋丝,锚固剂和旋丝共同起到锚固作用[3]  。

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