趙振廣 李京玲 李大華

在井巷施工中,錨桿支護的頂板管理效果、降低成本等優(yōu)點明顯地超過了其他支護系統(tǒng),使得錨桿支護得到了推廣[1]。目前,錨桿支護不僅廣泛應用于世界主要產(chǎn)煤國家的煤礦,而且也應用于冶金、水利水電、鐵路公路、軍工及建筑等工程之中,伴隨著“21世紀—地下工程世紀”的來臨,錨桿支護技術更得到廣泛和深入的研究及推廣[2]。然而,由于傳統(tǒng)錨桿的桿體材料多為鋼材,其易腐蝕性使其應用范圍受到限制,并且由于現(xiàn)代工程對耐久性的要求越來越高,鋼材的使用壽命因電解及銹蝕受到強烈挑戰(zhàn)。隨著新型材料——玄武巖纖維的出現(xiàn)及研究,中華人民共和國交通運輸部于2009年末發(fā)布了玄武巖纖維及其制品的行業(yè)標準。

最近,又有人提出用玄武巖纖維筋材加固井巷工程的觀點及一些研究建議,為了促進此項研究的發(fā)展,本文針對玄筋錨桿中涉及到的一些主要參數(shù)和錨固性能進行了研究。

1 傳統(tǒng)錨桿基本參數(shù)及錨固性能

傳統(tǒng)錨桿基本參數(shù)及錨固性能如表1所示。

表1 傳統(tǒng)錨桿基本參數(shù)及錨固性能[3]

從表1中關于錨桿長度的數(shù)據(jù)可以看出,錨桿的長度一般在1.5 m～6 m之間,實際生產(chǎn)中多為1.8 m。但不論哪種錨桿,都必須選擇適當?shù)腻^桿長度,如果長度過短,各種錨桿均起不到支護作用。長度過長,除施工場地受限及浪費材料外,還會因其不易保證施工質(zhì)量而不安全,同時也會使安裝錨桿所用的時間變長,施工效率降低。

另外,從表1中錨桿的錨固力數(shù)據(jù)可以看出,錨桿的錨固力一般不超過120 kN,也就是說錨桿桿體一般不會承受超過120 kN的拉拔力,因此,錨桿桿體只要能滿足120 kN的抗拉拔能力,即可滿足一般錨固的應用要求。

從適用條件來看,楔縫式錨桿、倒楔式錨桿等點錨式錨桿對圍巖類型級別要求較高,而水泥砂漿錨桿、管縫式錨桿等全長錨固式錨桿對圍巖級別要求較低。

2 玄筋錨桿基本參數(shù)在工程應用中的研究

2.1 玄筋錨桿長度的確定

實際生產(chǎn)中,錨桿的長度是根據(jù)所錨固區(qū)域的圍巖特征來確定的,應根據(jù)施工區(qū)域?qū)嶋H圍巖狀況,結合類似圍巖的工程經(jīng)驗選擇合理的錨桿長度。對于玄武巖纖維筋來說,其優(yōu)良的可切割性能使其可方便地加工各種長度的錨桿,滿足不同圍巖條件對錨桿長度的要求,其長度可根據(jù)工程需要,參考傳統(tǒng)錨桿的長度要求。

2.2 玄筋錨桿直徑的選擇

中華人民共和國交通運輸部于2009年末發(fā)布了玄武巖纖維及其制品的行業(yè)標準,它規(guī)范了目前玄武巖纖維復合筋的市場。當前,玄武巖纖維復合筋的直徑有3 mm,6 mm,8 mm,10 mm,12 mm,14 mm,16 mm,18 mm,20 mm和25 mm等規(guī)格,并分為有螺紋及無螺紋兩種不同外觀形式。標準還指出,玄武巖纖維復合筋“光桿”時的抗拉強度不小于 750(800～1 100)MPa,若為螺紋筋材,相應性能指標應以95%折算[4],從而得出玄武巖纖維復合筋的抗拉拔力如表2所示。

從表2中可以看出,當玄武巖纖維復合筋直徑為16 mm時,其棒材和螺紋筋材的抗拉拔力均超過120 kN,所以建議選取直徑為16 mm的筋材作為玄筋錨桿桿體。

2.3 玄筋錨桿的錨固方式選擇

按照基本錨固類型,錨桿可分為點錨固錨桿和全長灌注錨桿。點錨固錨桿是用粘結或機械的方式使錨頭錨固到巖體內(nèi),錨尾加托板等附屬結構的錨桿。點錨固錨桿施工方便,但是,它只有托板承載,一旦松弛,支撐作用全部消失,托板周圍巖石剝落后,支撐作用也會消失。另外,整個錨桿在荷載長期作用下也將會延長。因此,若對玄筋錨桿進行點錨固方式安裝,宜在安裝過程中施加一定的預應力方可解決點錨固方式所固有的缺點。

表2 玄武巖纖維復合筋抗拉拔力表

全長灌注錨桿是用快凝、高強度樹脂或無機水泥灌注到錨桿全長范圍,無需施加預張力的錨桿。全長粘結錨桿施工分為先注漿和后注漿兩種方式,先注漿是先在錨桿孔內(nèi)注滿砂漿,然后插入錨桿。后注漿方式是將錨桿先插入孔內(nèi),然后注漿固結而成。采用全長灌注方式使用較廣泛的為砂漿錨桿和鋼絲繩錨桿,砂漿錨桿縱向抗壓強度大,一般采用先注漿方式施工,而鋼絲繩錨桿是利用廢舊鋼絲繩,經(jīng)除銹去油和破股平直后作為錨桿使用的,當縱向受壓時,容易彎曲變形,所以都是使用后注漿方式進行施工的[5]。對于玄筋錨桿來說,它是由玄武巖纖維縱向粘結而成的,當縱向受壓時,容易造成纖維筋開裂,所以當采用全長灌注錨固方式時,建議采用后注漿方法施工。

3 結語

1)玄筋錨桿有足夠強的承載能力替代傳統(tǒng)錨桿。2)直徑16 mm的玄武巖纖維筋能夠滿足普通的錨固力要求。3)玄筋錨桿的錨固方式可以為點錨固和全長灌注錨固。4)本文建議僅為理論及經(jīng)驗推導,尚需進行進一步的試驗驗證。

[1] 毛光寧.美國錨桿支護綜述[J].中國煤炭,2001,27(11):54-60.

[2] 孔 衡,馬念杰,王夢恕,等.錨固技術及其理論研究現(xiàn)狀和方向[J].中國煤炭,2001,27(11):24-28.

[3] 《采礦手冊》編輯委員會.采礦手冊(第2卷)[M].北京:冶金工業(yè)出版社,1990:459.

[4] 呂 洋,鄭玉元,聶 淼.樁錨支護體系在貴陽危舊房改造工程中的應用[J].山西建筑,2009,35(4):117-118.

[5] JT/T 2007.2-37,公路工程、玄武巖纖維及其制品[S].

[6] 解世俊.金屬礦床地下開采[M].第2版.北京:冶金工業(yè)出版社,2008:116-122.