用途和设计原则-锚杆加固围岩，快硬水泥和树脂黏结式锚杆

（一）锚杆的支护效应

锚杆（索）是用金属或其他高抗拉性能的材料制作的一种杆状构件。使用机械装置、黏结介质，将其安设在地下工程的围岩或其他工程体中，形成能承受荷载，阻止围岩变形的锚杆支护。锚杆加固围岩可以根据不同围岩的岩层产状和稳定状况灵活进行。其作用原理如下。

1.支承围岩

锚杆能约束围岩变形，并向围岩施加压力，使洞室附近的围岩保持三相应力状态，因而能阻止围岩强度的恶化，其原理如图4-6-1所示。

图4-6-1　锚杆的支撑效应

2.加固效应

按一定距离在隧道周边呈放射状布置的成组锚杆（或称系统锚杆），由于系统锚杆的加固作用，使围岩中，尤其是松动区中的节理裂隙、破裂面得以连接，因而增大了锚固区围岩的强度（即c、φ值）；锚杆对加固节理发育的岩体和围岩松动区是十分有效的，有助于裂隙岩体和松动区形成整体，成为“加固带”。（图4-6-2）

图4-6-2　锚杆的加固作用示意图

3.悬吊作用

把隧道洞壁附近具有裂隙、解理的不稳定岩体，用锚杆固定在深层的坚固稳定的岩体上，可将不稳定岩体的自重传递给深层坚固的岩体负担，以起到悬吊作用。其原理如图4-6-3所示。

4.提高层间摩阻力，形成“组合梁”

对于水平或者缓倾斜状的围岩，用锚杆群能把数层岩层连在一起，增大层理间摩阻力，从结构力学观点看，就是形成“组合梁”效应。（图4-6-4）

图4-6-3　锚杆的悬吊作用

图4-6-4　隧道的“组合梁”效应示意

（二）锚杆的分类和施工特点

锚杆的种类很多，若按其与被支护体的锚固形式来分，大致可分为端头锚固式、全长黏结式、摩擦式和混合式，其分类如图4-6-5所示。

图4-6-5　锚杆分类

端头锚固式锚杆利用内、外锚头的锚固来限制围岩变形松动，安装容易，工艺简单，安装后即可以起到支护作用，并能对围岩施加预应力。但杆体易腐蚀，锚头易松动，影响长期锚固力，一般用于硬岩地下工程中的临时加固。在隧道工程中，其常用做局部锚杆。

端头锚固式锚杆利用内、外锚头的锚固来限制围岩变形松动，安装容易，工艺简单，安装后即可以起到支护作用，并能对围岩施加预应力。但杆体易腐蚀，锚头易松动，影响长期锚固力，一般用于硬岩地下工程中的临时加固。在隧道工程中，其常用做局部锚杆。

全长黏结式锚杆采用水泥砂浆（或树脂）作为填充黏结料，不仅有助于锚杆的抗剪和抗拉以及防腐蚀作用，而且具有较强的长期锚固能力，有利于约束围岩位移。安装简便，在无特殊要求的各类地下工程中，可大量用于初期支护和永久支护。在隧道工程中，常用做系统锚杆和超前锚杆。

摩擦式锚杆是一种沿纵向开缝（或预变形）的钢管，装入比钢管直径小的钻孔，对孔壁施加摩擦力，从而约束孔周岩体变形。安装容易，安装后立即起作用，能及时控制围岩变形，又能与孔周变形相协调。但其管壁易锈蚀，故一般不适于做永久支护。在隧道工程中，常由于端头机械锚固容易失效，或全长黏结不便施工（不能生效），而采用全长摩擦式锚杆。

混合式锚固锚杆端头锚固方式与全长黏结锚固方式的结合使用，它既可以施加预应力，又具有全长黏结锚杆的优点。但安装施工较复杂，一般用于大体积、大范围工程结构的加固，如高边坡大坝、大型地下洞室等。

1.普通水泥砂浆锚杆

普通水泥砂浆锚杆，是以普通水泥砂浆作为黏结剂的全长黏结式锚杆，其构造组成如图4-6-6所示。

图4-6-6　普通水泥砂浆锚杆

普通水泥砂浆锚杆的施工顺序为：施工准备→初喷砼面上标注孔位→钻孔→清孔→往孔中注入砂浆→插入杆体→固定杆体、待强→安装垫板

2.早强水泥浆锚杆

早强水泥砂浆锚杆的构造、设计和施工与普通水泥砂浆锚杆基本相同，所不同的是早强水泥砂浆锚杆的黏结剂是由硫铝酸盐早强水泥、砂、TI型早强剂和水组成的。因此，它具有早期强度高、承载快、不增加安装困难等优点，弥补了普通水泥砂浆锚杆早强低、承载慢的不足。尤其是在软弱、破碎、自稳时间短的围岩中显示出其一定的优越性。(www.xing528.com)

另外，以快硬水泥或树脂作为黏结剂的全长黏结式锚杆，也具有以上的优点。但费用较高，在一般隧道工程中使用较少。

3.混合式锚杆

混合式锚杆从受力上讲，是一种端部锚固方式与全场黏结锚固方式相结合的锚杆，其代表类型为中空注浆锚杆。中空注浆锚杆由中空锚杆杆体和垫板、螺母、排气管等附件组成。主要设在开挖断面的拱部及围岩较差地段的拱墙。中空注浆锚构造杆如图4-6-7所示。

其施工顺序为：施工准备→布孔→钻孔、清孔→组装中空锚杆体、排气管、止浆塞→安装锚杆→连接注浆管、注浆→锚杆杆体孔口回浆→浆体待强、安装垫板螺栓

图4-6-7　自钻式中控注浆锚杆

4.摩擦锚杆

摩擦式锚杆，目前主要采用的是缝管式摩擦锚杆，是由薄钢板卷成的中空有缝的杆体和托盘组成，其支护原理先进，结构简单，安装方便，锚固力大，承载及时，支护应变能力强，适用于各类围岩的支护。缝管式摩擦锚杆构造图如图4-6-8所示。

图4-6-8　缝管式摩擦锚杆

（三）锚杆的布置

锚杆的布置分为局部布置和系统布置。

1.锚杆局部布置

局部布置主要用在坚硬且裂隙发育或有潜在龟裂及解理的围岩中。重点加固不稳定块体，隧道拱顶收啦破坏区为重点加固区。

锚杆局部布置的原则为：拱腰以上部位锚杆方向应有利于锚杆的受拉；拱腰以下及边墙部位锚杆宜逆向不稳定岩块滑动方向。

2.锚杆的系统布置

在破碎和软弱的围岩中，一般采用系统布置的锚杆，对整个围岩起到加固作用。

锚杆系统布置的原则：

（1）在隧道横断面上，锚杆宜垂直隧道周边轮廓布置，对水平成层岩层，应尽可能与层面垂直布置，或使其与层面呈斜交布置；

（2）在岩面上锚杆宜成菱形排列，纵、横间距为0.6～1.5m，其密度约为0.6～3.6根/m2；

（3）为了使系统布置的锚杆形成连续均匀的压缩带，其间距不宜大于锚杆长度的1/2，为在Ⅳ、Ⅴ级围岩中，锚杆间距宜为0.5～1.2m，但当锚杆长度超过2.5m时，若仍按间距不大于1/2锚杆长度的规定，则锚杆间的岩块可能因咬合和连锁不良而导致掉块坠落，为此，其间距不宜大于1.25m。