錨桿支護(hù)“三徑”匹配的研究

1支護(hù)原理
　　錨桿支護(hù)是樹脂錨固劑配以各種材質(zhì)桿體的錨桿進(jìn)行工程支護(hù)的錨桿支護(hù)技術(shù)。它的工作原理是把以樹脂膠泥為基礎(chǔ)的膠粘劑和固化劑(二者完全分開)用錨桿輕輕裝入鉆孔,隨后將錨桿以一定速度邊旋轉(zhuǎn)邊攪拌地推入到眼孔底部,把兩種化學(xué)物質(zhì)充分混合,使膠粘劑迅速聚合并使錨固段錨桿與鉆孔孔壁緊密地粘結(jié)在一起取得較高的強(qiáng)度,并通過(guò)托板的安裝和螺母的擰緊,對(duì)圍巖起到支護(hù)作用。
　　2支護(hù)“三徑”匹配原理
　　錨桿支護(hù)“三徑”匹配是指鉆孔直徑、錨桿直徑、錨固劑直徑“三徑”之間的最佳配合,從而使錨桿支護(hù)結(jié)構(gòu)整體達(dá)到最佳的支護(hù)狀態(tài)。本文以左旋無(wú)縱筋螺紋鋼錨桿為例說(shuō)明“三徑”的匹配。其它類型的錨桿與之類似。
　　2.1錨桿鉆孔直徑的確定
　　鉆孔直徑應(yīng)主要根據(jù)錨桿的錨固力、錨固成本和鉆孔效率確定。
　　樹脂錨桿錨固力在孔經(jīng)為25～29mm區(qū)間內(nèi)隨著鉆孔直徑的增加而增大,到29mm時(shí)達(dá)到最大。超過(guò)29mm后則迅速降低。孔徑為28mm時(shí)錨固力次之,孔徑為33mm時(shí),錨固力迅速下降直至為零。
　　同樣通過(guò)實(shí)驗(yàn)可以得到:對(duì)于直徑為18mm的錨桿,鉆孔直徑為26mm時(shí)錨固力最大;對(duì)于直徑為16mm的錨桿,鉆孔直徑為25mm時(shí)錨固力最大。
　　實(shí)踐結(jié)果表明:鉆孔直徑越大,錨固成本越高、鉆孔時(shí)間越長(zhǎng)。
　　2.2 錨桿直徑的確定
　　對(duì)于錨桿直徑,國(guó)外多數(shù)選用20～22mm。目前國(guó)內(nèi)根據(jù)設(shè)計(jì)及施工情況來(lái)看,桿體直徑大都在16~22mm。而且多集中在18mm左右,明顯偏小。目前國(guó)內(nèi)許多專家對(duì)錨桿長(zhǎng)度和錨桿直徑有深入研究,結(jié)果表明:錨桿長(zhǎng)度和錨桿直徑都存在著極限值,并不是通常認(rèn)為的愈長(zhǎng)愈好和愈粗愈好。
　　具有代表性的研究結(jié)果有:①對(duì)全長(zhǎng)錨固錨桿的長(zhǎng)度由錨桿尾部剪應(yīng)力不超過(guò)粘結(jié)劑的極限粘結(jié)強(qiáng)度決定,巖石愈松軟,巷道斷面愈大,錨桿的極限長(zhǎng)度愈小。認(rèn)為當(dāng)錨桿直徑為20～25mm時(shí),錨桿長(zhǎng)度難以超過(guò)2.5m。而對(duì)錨桿直徑,認(rèn)為錨桿的極限直徑是根據(jù)桿體的最大軸向力和最大剪應(yīng)力同時(shí)達(dá)到極限值來(lái)決定的;②錨桿的極限長(zhǎng)度宜大于塑性區(qū)厚度且不宜過(guò)多地超出塑性區(qū)范圍;③利用計(jì)算機(jī)通過(guò)對(duì)近萬(wàn)個(gè)數(shù)據(jù)的分析,對(duì)錨噴巷道錨桿長(zhǎng)度與錨桿直徑與噴層厚度(反映圍巖壓力大小),錨桿提供的附加支護(hù)抗力(反映錨桿受力狀態(tài)),以及圍巖穩(wěn)定的安全系數(shù)K2之間的關(guān)系研究表明,錨桿長(zhǎng)度和錨桿直徑都存在著一個(gè)合理值。我們充分汲取了以上論點(diǎn),結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),根據(jù)多年的設(shè)計(jì)和施工實(shí)踐,對(duì)“三徑”匹配做進(jìn)一步研究,提出了“三徑”匹配方案。
　　桿體直徑的增大必然提高錨桿的錨固力,同時(shí)支護(hù)成本必然增加。通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)比如下:在鉆孔直徑為29mm、錨固長(zhǎng)度與外部條件相同的情況下,以直徑為l4mm錨桿支護(hù)成本為基準(zhǔn),其他直徑錨桿支護(hù)成本增加的百分比見表1,錨固力增加的百分比見表2。
　　表1不同直徑錨桿支護(hù)成本增加百分比(%)
　　對(duì)比表1和表2可以明顯看出,隨著錨桿直徑增大,錨固成本增大,其增加的幅度為2%～14%;錨固力也增大,其增加幅度為13%～147%。兩個(gè)增加幅度相差懸殊,后者增加幅度是前者的10～11倍。由此可見,適當(dāng)加大錨桿桿體直徑在經(jīng)濟(jì)上是十分有利的。
　　但是錨桿直徑的確定應(yīng)綜合考慮各種因素。在保證錨桿具有可靠支護(hù)阻力的同時(shí),還應(yīng)考慮在技術(shù)上可行,經(jīng)濟(jì)上合理。
　　(1)滿足支護(hù)阻力的要求。(2)技術(shù)上的可行性。(3)經(jīng)濟(jì)上的合理性。綜合上述分析,結(jié)合設(shè)計(jì)、施工實(shí)際,錨桿直徑一般選取18~22mm。
　　2.3 樹脂藥卷直徑的確定
　　樹脂錨固劑直徑確定的原則:一是應(yīng)在確定的鉆孔直徑條件下,保證樹脂錨固劑能夠得到順利安裝;二是保證樹脂錨固劑能夠順利安裝的條件下,將其直徑盡量加大。樹脂錨固劑藥卷盡量加大有如下好處:一是在錨桿攪拌樹脂錨固劑時(shí),有利于樹脂膠泥和固化劑充分混合,樹脂錨固劑錨固強(qiáng)度能夠得到充分發(fā)揮;二是在用相同體積的樹脂錨固劑時(shí),由于藥卷直徑的加大,藥卷總長(zhǎng)度可以縮短,減少裝入時(shí)間和錨固劑在孔中的占據(jù)長(zhǎng)度,方便錨桿安裝。
　　綜合分析研究結(jié)果及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)證明:在29mm鉆孔中可以使用直徑18～22mm無(wú)縱筋左旋螺紋鋼錨桿或16～20mm有縱筋建筑螺紋鋼錨桿時(shí),使用樹脂錨固劑直徑為23～25mm比較合適;對(duì)與直徑為33mm鉆孔,使用直徑24～26mm無(wú)縱筋螺紋鋼錨桿或22～24mm有縱筋建筑螺紋鋼錨桿時(shí),使用樹脂藥卷直徑為28mm比較合適。
　　3結(jié)論
　　(1)鉆孔直徑對(duì)錨桿支護(hù)成本和錨固力大小影響很大。相同錨固長(zhǎng)度需要較多的樹脂藥卷、支護(hù)成本較高。在目前技術(shù)條件下,直徑20mm的無(wú)縱筋左旋螺紋鋼錨桿和直徑18～20mm的有縱筋建筑螺紋鋼錨桿宜選擇28、29mm的鉆孔,直徑18mm及以下的無(wú)縱筋螺紋鋼錨桿宜選擇26mm的鉆孔,可以獲得較大的錨固力和較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。(2)錨桿直徑對(duì)于是否能夠有效充分地均勻攪拌樹脂藥卷以及錨桿是否能夠順利安裝起著非常關(guān)鍵的作用。鉆孔直徑與錨桿直徑之差在6～10mm之間時(shí),可以獲得較大的錨固力和較好的支護(hù)效果。(3)樹脂錨固劑直徑應(yīng)比鉆孔直徑小3～6mm。(4)在全長(zhǎng)或加長(zhǎng)錨固時(shí),錨桿直徑增大后不會(huì)引起錨固成本的大幅度提高。適當(dāng)?shù)丶哟箦^桿直徑,技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。