[科普中国]-预应力锚杆

预应力锚杆由锚头、杆体及垫板组成，通过锚头产生的锚固力对围岩施加一定的预压应力，主动地加固围岩。

预应力锚杆种类根据锚固方式或锚固材料的不同，常用的预应力锚杆有机械胀壳预应力锚杆、树脂预应力锚杆、水泥药卷预应力锚杆。

机械胀壳预应力锚杆机械胀壳预应力（下图所示）锚杆的基本原理是利用其锥形的端部在沿螺纹旋转时，将两片带有倒钩的外壳胀开，使其压紧在岩壁上而产生锚固力。其优点是装锚后能立即发挥支护作用，并且可以通过拧紧螺帽对锚杆施加低吨位（不超过50～80kN）的预应力，缺点是锚固会逐渐松弛，需要经常拧紧螺帽，且杆体没有砂浆保护，容易锈蚀，故多用作临时支护。若后续对杆体进行水泥注浆，可以作为永久支护。

机械胀壳式锚杆适合于坚硬的岩石，由于与楔形体接触的岩石变形和破坏，它们在密集节理化岩石和软弱岩石效果中不太好，也不适用附近受到爆破振动的锚同。

树脂预应力锚杆树脂预应力锚杆的锚固端采用树脂卷作为锚固剂，由树脂药包、杆体及垫板等组成。树脂预应力锚杆具有承载快、锚固力大、安全可靠、施工操作相对简便、适用范围广等优点，且控制围岩位移和抗震性能好，适用于Ⅰ～Ⅳ类的围岩主动支护，克服了机械胀壳预应力锚杆不宜使用在密集节理化岩石和软弱岩石的弱点。但是锚同端的树脂药包需要机械高速搅拌均匀才能迅速凝固发挥端头锚固作用．限制了它在一些机械不方便到达区域的使用。

树脂预应力锚杆的杆体材料宜用Ⅱ级钢筋，直径为16～32mm；锚头的锚同长度宜为500～1000mm；设计锚固力不应低于50kN。鉴于树脂锚杆的长期抗腐蚀保护能力存在某些不确定性，现行一般的做法是采用端头锚同采用树脂卷并施加预应力，自由拉伸杆体采用水泥注浆，确保锚杆的长期耐久性。

水泥药卷预应力锚杆水泥药卷预应力锚杆的锚固端采用快硬水泥药卷作为锚固剂，通过快硬水泥对岩壁和杆体的粘结而起张拉锚固作用。自由张拉段采用缓凝水泥药卷作为后续锚杆的锚固与防腐层。

水泥药卷制作简便、材料来源广泛、成本低，便于机械化操作，安装速度快，无粉尘危害，适用于Ⅰ～IV类的围岩支护。

水泥药卷预应力锚杆的杆体材料宜用Ⅱ级钢筋，直径为16～32mm；锚头的锚固长度宜为1000～2000mm；设计锚固力不应低于50kN1。

预应力锚杆预紧力锚杆在安装过程中依靠安装机械主动施加的作用于巷道围岩上的应力称为锚杆支护的预应力。能够施加预应力的锚杆称为预应力锚杆。锚杆支护的预应力是由锚杆杆体受拉并通过托盘和锚固端作用于锚固区域的岩体而形成的，此时锚杆杆体承受的轴向拉力即为锚杆预紧力。

锚杆支护预应力的大小与锚杆布置密度、锚杆预紧力的大小等因素密切相关，在锚杆支护施工过程中，常用单个锚杆的预紧力来说明锚杆支护预应力的大小。

影响锚杆预紧力大小的因素有锚杆杆体强度、锚固剂的性能、被锚固岩体的性质、锚杆的施工质量、锚杆尾部螺母承受的预紧扭矩等。其中锚杆尾部螺母承受的预紧扭矩是最主要的影响因素。锚杆杆体强度限制锚杆预紧力的大小，较低的锚杆杆体强度说明杆体承受的拉应力较小。另外，锚固岩体的可锚性对锚杆预紧力的施加起到限制作用，在松软或裂隙岩体中，由于可锚性较差，岩体和树脂之问的黏聚力较弱，限制了锚杆的锚固力，同时对锚杆预紧力的施加亦有一定的影响。

一般而言，锚杆预紧力大小的选择应遵循以下原则：围岩不发生明显离层、滑动和出现拉应力。锚杆预紧力为锚杆杆体屈服载荷的30%～50%。锚杆直径、长度越大，强度越高，要求预紧力越高1。

施工技术要点（1）预应力锚杆主要录用高强度精轧螺纹钢作为主要受力构件，对钢筋进行预应力张拉、锁定、施加加同荷载。预应力锚杆框架主要应用于锚固地层为碎块状及以上地层，效果较佳；对于锚同地层为类土质、全风化等情况，在使用时应根据锚固地层的物理力学参数等设置锚固段长度。

（2）预应力锚杆的材料应满足下列要求：

①预应力杆体材料坷常采川高强精轧螺纹钢筋。当预应力值较小时，预应力筋也可采用HRB级普通钢筋。

②水泥浆体材料。水泥一般采用普通硅酸盐水泥，必要时可采用抗硫酸盐水泥，不得使用高铝水泥；细集料应选用粒径小于2mm的中细砂；采用符合要求的水质，不得使用污水，不得使用pH小于4的酸性水。

③塑料套管材料。材料应具有足够的强度，保证其在加工和安装过程中不致损坏，具有抗水性和化学稳定性，与水泥砂浆和防腐剂接触无不良反应。

④隔离架应由钢、塑料或其他杆体无害的材料制作，不得使用木质隔离架。

⑤防腐材料。在锚杆服务年限内，应保持其耐久性，在规定的工作温度内或张拉过程中不开裂、变脆或成为流体，不得与相邻材料发生不良反应，应保持其化学稳定性和防水性，不得对锚杆自由段的变形产生任何限制。

（3）预应力锚杆应按设计要求进行基本试验，基本试验数量不得少于3根，基本试验孔具有相同边坡锚孔深度的代表性。基本试验宜在工程施工作业开始之前进行，并完成试验报告，提交给监理工程师和设计代表，待试验报告批准，设计锚固参数确认或调整后，方可进行锚固工程施工作业。试验孔的具体位置应由监理工程师和设计代表现场确定。对于已经失稳或稳定性差的边坡，经监理工程师和设计代表同意后，可采用试验孔与工程孔同步进行的施工方‘案。

（4）钻孔机具应根据锚固地层的类别、锚孔孔径、锚孔深度以及施工场地条件等选择。锚孔钻造直采用潜孔钻机或锚杆钻机冲击成孔，未经设计允许不得采用地质钻机成孔。

（5）锚孔钻进须采用无水干钻，严禁带水钻进；钻孔速度应根据钻机性能和锚固地层严格控制，防止钻孔扭曲和变径，造成下锚困难或其他意外事故。

（6）钻孔达到设计深度后，不能立即停钻，须稳钻1～2min。钻孔结束后，须使用高压空气（风压0.2～0.4MPa）将孔内岩粉及杂质全部清除出孔外。

（7）锚孔成孔后．须经现场监理检验合格，方可进行下道工序。孔径、孔深检查一般采用设计孔径的钻头和标准钻杆在现场监理旁站的条件下验孔，要求验孔过程中钻头平顺推进，不产生冲击或抖动，钻具验送长度满足设计锚孔深度，退钻要求顺畅，用高压空气（风压0.2～0.4MPa）吹验，不存在明显飞溅沉渣及水体现象。同时要求复查锚孔孔位、倾角和水平方向角，待全部锚孔施工分项工作合格后，即可认为锚孔检验合格。锚孔底部的偏斜应满足设计要求，可用钻孔测斜仪控制和检测。

（8）锚杆杆体的组装与安放应满足下列要求：

①按设计要求制作锚杆，为使锚杆处于钻孔中心，应在锚杆杆件上安设定中架或隔离架（钢筋杆体沿轴线方向每隔1.0～2.0m设置一个定中架）。

②锚杆钢筋或钢丝平直、顺直、除油除锈。杆体自由端应用塑料管包扎，与锚固体连接处用铅丝绑扎。

③安放锚杆杆体时，应防止杆体扭曲、压弯，注浆管宜随锚杆一同放入孔内，管端距孔底50～100mm，杆体放入角度与钻孔倾角保持一致，安好后使杆体始终处于钻孔中心。

④若发现孔壁坍塌，应重新透孔、清孔，直至能顺利送入锚杆为止。

（9）锚孔注浆采用常压注浆、孔底返浆法进行施工。待孔口溢出浆液或排气管停止排气时，可停止注浆。注浆完毕应将外露的钢筋清洗干净，并保护好。

（10）注浆作业过程应做好注浆记录，同时，每批次注浆都应进行浆体强度试验，且浆体样品不得少于两组，保证满足设计浆体强度要求。注浆过程应认真做好现场施工注浆记录，每批次注浆都应进行浆体强度试验，试件不得小于两组。浆体未达到设计强度的70%时，严禁在锚筋体端头悬挂重物和拉绑碰撞。

（11）预应力张拉与锁定施工时，锚杆张拉至设计轴向拉力值的1.05～1.1倍，土质为砂土时保持10min，土质为黏性土时保持15min，然后卸荷至锁定荷载进行锁定作业。锚杆张拉荷载分级观测时间遵守相关规范要求。

（12）预应力锚固工程注浆完成后，待强度满足设计要求时，应进行预应力抗拔力检测；张拉锁定后，需依据相关规定和规范要求进行锚固工程质量抽检试验。

（13）锚固工程检测合格后，方可进行封锚施工。封锚时钢筋应采用机械切割余留锚筋，严禁电弧烧割。锚筋切除时预留长度应不少于100mm外露锚筋，封锚混凝土强度宜不低于20MPa。

本词条内容贡献者为:

李岳阳 - 副教授 - 江南大学