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中空型注浆锚杆与一般砂浆锚杆的工作性能比较
冶金部建筑研究总院xx
xx图强工程资料有限公司xx
大纲:
锚杆支护是提高岩土工程牢固性的一种最经济有效的方法。本文解析了普
通砂浆锚杆的弊端,比较了中空注浆锚杆与一般砂浆锚杆的工作特点,提出了
应用长远的隐性效益的见解来对待锚杆的经济性,并指出中空注浆锚杆系统的
出现和发展是我国岩土锚杆技术进步的一个标志。
随着交通、能源等基础设施建设力度的加大,在地道、地下硐室和边坡
中,作为能充发散挥岩体自稳能力的锚固技术已获取迅速发展,岩石锚杆用量
日异月新,显示出广阔的发展远景。在这类新形势下,如何选择安全和可靠的
锚杆构造形式,防范因锚杆弊端而造成塌方冒顶事故和其他工程病害,保证工
作的长远牢固,就成为当前岩土界一个无法回避的重要问题。本文解析了一般
砂浆锚杆的弊端,比较了中空注浆锚杆与一般砂浆锚杆的工作特点,提出了应
用长远的隐性效益的见解来对待锚杆的经济性,有助于岩土工程界正确对待中
空注浆锚杆的工作特点与发展远景。
1、一般砂浆锚杆的技术弊端
工程实践表示,一般砂浆锚杆虽拥有成本廉价,施工简略等优点,但其自
身固有的技术弊端却暗藏着对锚杆工程质量和锚固收效的严重威胁,这是不容
忽视的。一般砂浆锚杆的主要弊端有:
a、一般砂浆锚杆常采用先灌浆后插筋的工艺,人为因素对灌浆饱满度影响
较大,特别是当施工向上仰斜或长度大于
,灌浆饱满程度更难于保证,常以致实质的有效锚固区与设计
要求相差甚远,而当前又缺乏检验砂浆饱满度的有效方法,锚杆的抗拔试验也
无法判断这类全长粘结型锚杆可否满足设计要求(因只要在不小于锚杆体直径的
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25~35倍的长度内灌满砂浆,在极限荷载的作用下总是杆体钢材出现颈缩与破
坏),所以当前广泛使用的砂浆锚杆留下的深深的隐患,更危险的是平时这类隐
患是不被人们察觉的。
b、一般砂浆锚杆一般不设垫板和螺母(有时仅设置垫板,但无带丝扣的螺
母),无法在锚杆安装后供应托板力,锚杆的作用完利处于被动状态,只有当岩
体位移时,锚杆才开始发挥作用,这就不利于控制岩体开挖后早期的松动与位
移。
c、由于锚杆施工中砂浆饱满度难以控制,钻孔内的孔隙、空腔以及杆体钢
筋裸露现象常常难以防范,为地下水(特别是含腐化介质的地下水)的入侵供应了
通路,以致钢质杆体的锈蚀,将严重影响锚杆长远性。
d、在柔弱破碎岩体等不良地层中钻孔,拔出钻杆后,常出现塌孔现象,普
通砂浆锚杆的对付能力差。
2、中空注浆锚杆的构造与特点

为了从根本上战胜一般砂浆锚杆的弊端,改进锚杆的施工工艺和工作特
性,保证锚杆工程质量,几年来杭州图强公司先后开发了RD一般中空注浆锚杆
系列、EX钢质涨壳中空注浆锚杆系列、SD自进式中空注浆锚杆系列和YD预应
力中空自进式注浆锚杆,以及相应的DML30-2型锚杆专用注浆泵和扭力扳手等
配套装置,形成了完满的中空注浆锚杆系统,能适应不同样地层和不同样设计承载
力的岩土锚固工程的要求。
一般中空注浆锚杆由中空杆体、硬质塑料锚头、止浆塞、垫板和螺母组成
(图1)
图1一般中空注浆锚杆
钢质涨壳中空注浆锚杆由中空杆体、钢质涨壳锚头、止浆塞、垫板和螺母
组成(图2)
图2钢质涨壳中空注浆锚杆
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自进式中空注浆锚杆由中空杆体、自进钻头、联接套、止浆塞、垫板和螺
母组成(图3)
图3自进式中空注浆锚杆
预应力中空自进式注浆锚杆由中空杆体、自进钻头、连接套、对中器、PE
套管、自由段钢套管、止浆塞、垫板和螺母组成(图4)
图4预应力中空自进式注浆锚杆

中空注浆锚杆拥有以下一些特点,从而大大提高了锚杆的可靠性与适应
性。
a、一般中空注浆锚杆采用先插入中空杆体,后在中空杆体的孔腔中由内向
外灌注水泥浆,且锚孔外端口有止浆塞和托板,能有效地防范浆液的外溢,保
证杆体与孔壁间的注浆饱满,这样就能沿锚杆全长传达剪应力和拉应力,保证
锚固范围内的岩体获取加固。必要时,还可以够推行压力注浆,使浆液向杆体周
边岩体的裂隙内浸透扩散,使锚固范围内的岩体获取进一步加固。
b、浆液凝固后,可用扭力扳手拧紧螺母,供应10KN左右的托板抗力,与
托板紧贴的岩层处可形成球形压力区(图5b),从而有利于控制岩体开挖后的初
期变形,阻拦破碎岩块掉落。
c、采用涨壳式中空注浆锚杆或预应力自进式中空注浆锚杆,经过拧紧螺母
或张拉装置能主动地将张拉荷载传达给岩土体,锚杆外端部岩石的球形或锥形
压力区明显增大(图5c、5d),并能提高柔弱构造面或暗藏滑移面的抗剪强度。
按必然间距排列的涨壳式或自进式预应力锚杆可使锚固范围内的岩体组成压应
力拱带,明显增强隧洞或边坡工程的牢固性。
d、在柔弱破碎,成孔困难的地层中,采用将钻杆与中空锚杆杆体合二为一
(钻头留置在地层内)的自进式锚杆,并可经过连接套,方便地将锚杆加长,这样
就从根本上扭转了在柔嫩、破碎等不良地层中无法安设锚杆或锚杆长度不能够满
足设计要求的状况。
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e、中空锚杆不但可保证杆体与孔壁间的空隙内注浆饱满,而且由于配置了
锚头、止浆塞及连接套,可使杆体在锚孔内居中,从而保证锚杆拥有设计要求
的均匀的保护层厚度,大大提高了锚杆的长远性。
图5不同样种类锚杆对岩体预应力的影响
a—一般砂浆锚杆b—一般中空注浆锚杆
c—涨壳中空注浆锚杆d—预应力中空注浆锚杆
图6在硐室上方
用系统的预应力
锚杆将松弛岩石锁紧,
形***造岩石拱
3、中空注浆锚杆与一般砂浆锚杆的比较
经过前面的解析,能够就工作特点对中空注浆锚杆与一般砂浆锚杆作一比
较(见表1)
中空注浆锚杆与一般砂浆锚杆的工作特点比较(表1)
锚杆种类
工作性能一般砂浆锚杆中空注浆锚杆
1、灌浆质量与有效锚固长度灌浆饱满度差,杆体周边的注浆体与岩壁出现
孔隙、空腔,大大削弱了有效锚固长度(面积),
造成严重的质量隐患能有效控制注浆饱满度,保证设计要求的有效锚固长
度(面积),必要时还可以够采用压力注浆,进一步加固杆体周边松弛岩体
2、托板力与预应力无托板力,无预应力有托板力,当采用涨壳式或预应力
中空注浆锚杆时,能对岩体施加预应力,提高岩体柔弱构造面与暗藏滑移面的
抗剪强度,在必然的条件下能在岩体锚固区形成压应力拱带
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3、对不良岩层的适应性在柔弱破碎成孔困难的不良地层中,常常无法施工
锚杆或迫使减短锚杆长度采用钻杆和杆体合二为一的自进式锚杆,能在不良地
层中安设锚杆
4、长远性杆体周边砂浆不饱满,且因杆体不居中,保护层厚度不均匀,导
致锚杆长远性差杆体与孔壁间注浆饱满,且杆体居中,拥有足够的均匀的保护
层厚度,锚杆拥有优异的长远性
4、中空型注浆锚杆的经济性
从短期的显性效益来看,以地道工程为例,由于中空注浆锚杆的单价较
高,与采用一般砂浆锚杆对照,每延米地道锚杆综合成本及每延米地道总造价
均有所增加。按浙江省交通设计研究院98年供应的资料(表2),在IV、III、II类
围岩中,RD25N中空锚杆较Ф22mm砂浆锚杆成本增加了10~26%,由此使地道
成本总造价约增加
%~
%。
由于中空锚杆的推行应用,特别是近几年的飞速发展,产量大幅度增加,总成本
下降,2003年的价格与一般砂浆锚杆比较价已相差无几,(我公司依照浙江省交通
设计研究院98年供应的资料参照计算)。RD25N中空锚杆较Ф22mm砂浆锚杆成
本增加了
~16%,由此使地道成本总造价约增加
%~
%。
从长远的隐性效益来看,中空注浆锚杆能在锚杆全长充分锚固,并能在开
挖后马上供应必然的支护抗力,控制围岩的松动和变形,防范或缓减工程施工
及使用时期塌方冒顶事故或其他病害的发生,特别是杆体周围拥有足够而均匀
的保护层厚度,大大增强了锚杆的长远性。这些隐含的经济效益则是一般砂浆
锚杆所无法比较的。
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中空注浆锚杆与一般砂浆锚杆的比较
项目
围岩
种类每延米地道综合造价(万元)
锚杆xx(m)锚杆分布
纵向(m)×横向(m)每延米地道长锚杆数量总长度(m)/根数每延米地道长锚
杆综合成本(元)RD25中空锚杆较Ф22mm砂浆锚杆成本增加(%)
RD25中空锚杆对地道总造价增加(%)
Ф22mm
砂浆锚杆RD25中空锚杆Ф22mm砂浆
锚杆RD25中空锚杆Ф22mm砂浆
锚杆RD25中空锚杆
199820031998200319982003
IV


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437316~1910~

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III


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22552009~
209110~

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II


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98823~2616~
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注:
1、Ф22mm砂浆锚杆每延米一致按32~34元计,RD25N中空锚杆每延米成
本按1998年53~55元计;RD25N中空锚杆应用推行后,其总成本下降,每延米成
本按1998年49~51元计
2、表中资料为浙江省地道工程实例;双车道地道断面为67㎡。
3、围岩种类按国家标准《锚杆喷混凝土支护技术规范》(GB50086_2001;)
5、结语
中空注浆锚杆系统能保证锚杆杆体与孔壁间注浆饱满,充发散挥锚杆的锚
固效应。特别是涨壳式中空锚杆与预应力中空锚杆在岩体开挖后能马上供应支
护抗力(托板力或预应力),有效地保护岩体的固有强度,阻拦围岩的松动和变
形,增强岩土工程的牢固性。其杆体为足够的浆液包裹,大大提高了抵抗腐化
的能力,显示出优异的长远性。
中空注浆锚杆诚然比砂浆锚杆单价高,但由于其质量可靠,锚固效应与加
固作用远优于砂浆锚杆,所以经过调整锚杆参数(间距和长度)后,实质的工程成
本支出与砂浆锚杆相差无几。而中空型注浆锚杆则可防范或缓减塌方冒顶事故
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及其他工程病害的发生,长远性获取明显改进,其长远的隐性经济效益是不能够
低估的。
总之,中空型注浆锚杆系统构造奇特、技术先进、质量可靠,对地层的适
应性强,长远性好,拥有广阔的发展远景。它的出现和发展是此刻我国岩土锚
固技术进步的一个标志。
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