1、,用特征線設(shè)計(jì)錨噴支護(hù)的理論與方法,1、熟悉赤平極射投影與實(shí)體比例投影 2、掌握隧道圍巖不穩(wěn)定塊體穩(wěn)定性分析手工圖算法 3、掌握不穩(wěn)定塊體的錨噴支護(hù)計(jì)算方法,局部不穩(wěn)定分析的原理與步驟,一、一般規(guī)定 “錨桿噴射混凝土技術(shù)規(guī)范”（GB500862001）明確規(guī)定，“對圍巖整體穩(wěn)定性驗(yàn)算，可采用數(shù)值解法或解析解法；對局部可能失穩(wěn)的圍巖塊體的穩(wěn)定性驗(yàn)算，可采用塊體極限平衡方法” 。 對IV、V級(jí)圍巖中毛洞跨度大于5m的工程，除應(yīng)按照本規(guī)范表4.1.2-1的規(guī)定，選擇初期支護(hù)的類型與參數(shù)外，尚應(yīng)對圍巖進(jìn)行穩(wěn)定性驗(yàn)算；對III級(jí)圍巖，還應(yīng)進(jìn)行監(jiān)控量測，以便最終確定支護(hù)類型和參數(shù)。 對I、II、III級(jí)圍

2、巖毛洞跨度大于15m的工程，除應(yīng)按照本規(guī)范表4.1.2-1的規(guī)定，選擇支護(hù)類型和參數(shù)外，尚應(yīng)對間接類比法一般是根據(jù)現(xiàn)行錨噴支護(hù)技術(shù)規(guī)范，按其圍巖類比表及錨噴支護(hù)設(shè)計(jì)參數(shù)表確定擬建工程的錨噴支護(hù)類型與參數(shù)。,局部不穩(wěn)定分析的原理與步驟,二、本章所研究的不穩(wěn)定塊體的含義 本章所研究的不穩(wěn)定塊體是指由軟弱結(jié)構(gòu)面、臨空面以及新形成的切割面所組成的較大規(guī)模的的不穩(wěn)定塊體。一般，圍巖中被幾組節(jié)理所切割成的小塊巖體，由設(shè)計(jì)中用作整體加固的錨噴支護(hù)就足以承受，不需另行局部加固。,局部不穩(wěn)定分析的原理與步驟,三、不穩(wěn)定塊體的計(jì)算與加固的步驟 1、不穩(wěn)定塊體的幾何分析 確定結(jié)構(gòu)面面積、結(jié)構(gòu)體體積和重量等，這些都是

3、穩(wěn)定性分析中的必要數(shù)據(jù)。不穩(wěn)定塊體的幾何分析是以地質(zhì)勘察工作所獲得的地質(zhì)結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀和測點(diǎn)坐標(biāo)，以及工程設(shè)計(jì)開挖的幾何參數(shù)為前提的，有了這些參數(shù)就可以通過解析法或圖算法來確定不穩(wěn)定塊體的幾何參數(shù)。 2、失穩(wěn)方式的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析 運(yùn)動(dòng)學(xué)分析的主要任務(wù)是判斷不穩(wěn)定塊體的位移運(yùn)動(dòng)趨勢和失穩(wěn)方式。運(yùn)動(dòng)學(xué)分析是在上述幾何分析的基礎(chǔ)上，再考慮載荷矢量的作用。荷載一般包括重力、地應(yīng)力及動(dòng)態(tài)力（地震力、爆破松動(dòng)力等）。不過這里只研究重力，動(dòng)態(tài)力和地應(yīng)力不予考慮。,局部不穩(wěn)定分析的原理與步驟,由于不穩(wěn)定塊體邊界切割面的情況不同，初始位移趨勢可能有多種發(fā)展結(jié)果，即可能有多種失穩(wěn)方式： （1）由于受到邊界切割面的限制，結(jié)

4、構(gòu)體不能向臨空面位移，而在某一結(jié)構(gòu)面上壓緊，或者所有結(jié)構(gòu)面不能脫開，則結(jié)構(gòu)體是穩(wěn)定的。 （2）由于切割面的影響，產(chǎn)生結(jié)構(gòu)面或結(jié)構(gòu)面交線滑動(dòng)，位移方向指向臨空面，這是形成滑動(dòng)失穩(wěn)。 （3）當(dāng)合力矢量作用于邊界面以外，或是結(jié)構(gòu)體受力位移后形成一定的力矩時(shí)，若指向臨空面，則可能產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)或傾倒。 （4）不受切割面影響，結(jié)構(gòu)體的初始位移即造成所有的結(jié)構(gòu)面上的拉開，這是形成崩落或拋出。 常見的失穩(wěn)運(yùn)動(dòng)方式是崩落和滑動(dòng)。失穩(wěn)方式不同，其穩(wěn)定的評價(jià)和分析也不同。運(yùn)動(dòng)學(xué)分析是進(jìn)一步穩(wěn)定分析的基礎(chǔ)。,局部不穩(wěn)定分析的原理與步驟,3、穩(wěn)定系數(shù)的計(jì)算分析 穩(wěn)定分析是根據(jù)巖石結(jié)構(gòu)體受力運(yùn)動(dòng)和阻滑力的對比關(guān)系，確定相對于

5、極限狀態(tài)時(shí)的穩(wěn)定程度，做出穩(wěn)定性評價(jià)。 當(dāng)運(yùn)動(dòng)學(xué)解析指出有可能滑動(dòng)時(shí)，應(yīng)根據(jù)滑動(dòng)面的構(gòu)成，采用抗剪強(qiáng)度進(jìn)行滑動(dòng)穩(wěn)定分析，求取滑動(dòng)安全系數(shù)。 對于崩落或拋出的不穩(wěn)定塊體，則可直接求出其崩落力或拋出力。 4、不穩(wěn)定塊體的加固計(jì)算和錨噴支護(hù)強(qiáng)度計(jì)算 錨噴支護(hù)是當(dāng)前加固不穩(wěn)定塊體的主要支護(hù)方式。尤其是采用錨桿或錨索支護(hù)，其加固效果遠(yuǎn)優(yōu)于其他支護(hù)型式。對可能失穩(wěn)的不穩(wěn)定塊體需進(jìn)行局部加固計(jì)算和錨噴支護(hù)的強(qiáng)度計(jì)算，以確定噴層厚度、錨桿根數(shù)和參數(shù)以及錨桿的布置方案。一般情況下，噴層厚度按整體加固要求確定，局部加固主要是計(jì)算錨桿的根數(shù)和參數(shù)。 常用的不穩(wěn)定塊體的穩(wěn)定性分析方法有圖解法和數(shù)解法。,赤平極射投影與

6、實(shí)體比例投影,一、赤平極射投影基本概念 赤平極射投影，是利用一個(gè)球體作為投影工具，通過球心作一平面ESWN（赤平面）作為投影平面。極射就是從球體的一個(gè)端點(diǎn)F發(fā)出射線，如FP，F(xiàn)稱為極點(diǎn)，P為球體上的一個(gè)質(zhì)點(diǎn)。由極點(diǎn)F向P發(fā)出的射線必然交于赤平面于M點(diǎn)，M就是P點(diǎn)在赤平面上的投影。實(shí)際上，赤平極射投影是把點(diǎn)、線、面的位置投影到球面上，然后再把它們投影到赤平面上，化立體為平面。目前，我國在工程地質(zhì)實(shí)際應(yīng)用中，習(xí)慣上采用上半球做球面投影，從下半球球極（F）發(fā)出射線的方法，投影上半球的物體。 如圖所示，AC表示該平面走向，MO表示該平面傾向；平面越陡，弧AMC越靠近圓心，兩個(gè)極端的情況，垂直時(shí)為直線A

7、C，水平時(shí)為基圓（WM表示傾角）。,工程類比法設(shè)計(jì)的原則與方法,赤平極射投影與實(shí)體比例投影,二、基本作圖法 1、兩種投影網(wǎng) 吳氏網(wǎng)與斯氏網(wǎng)，每種投影網(wǎng)都包括兩種投影圖，即經(jīng)緯網(wǎng)與極坐標(biāo)網(wǎng)。 2、吳氏網(wǎng)的特點(diǎn) 3、基本作圖,工程類比法設(shè)計(jì)的原則與方法,工程類比法設(shè)計(jì)的原則與方法,錨噴支護(hù)工程類比設(shè)計(jì)程序 應(yīng)用工程類比法確定支護(hù)參數(shù)的設(shè)計(jì)程序，一般分為初步設(shè)計(jì)階段和施工設(shè)計(jì)階段。 1、設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)階段： 2、施工設(shè)計(jì)階段：,用工程類比法設(shè)計(jì)錨噴支護(hù)參數(shù),赤平極射投影與實(shí)體比例投影,三、實(shí)體比例投影的概念 （一）實(shí)體比例投影的概念 赤平極射投影只能反映平面和直線的方位以及它們相互的角距關(guān)系，不能反映平面

8、大小，線段長短以及它們的具體位置。因此必須將赤平極射投影與實(shí)體比例的垂直投影結(jié)合起來，相互配合，才能確定出露洞室臨空面上的塊體的空間位置和形狀。 實(shí)體比例投影是研究直線、平面，以及由平面圍成的塊體在一定比例尺的平面圖上構(gòu)成影像的規(guī)律的一種圖解方法。它應(yīng)用正投影（垂直投影）的原理和方法，并與赤平投影圖相配合，根據(jù)實(shí)測的結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀和分布位置，通過作圖，求出結(jié)構(gòu)面的組合交線、組合的平面，以及由組合的平面和直線圍成的結(jié)構(gòu)體的幾何形狀和規(guī)模、分布位置和方向，而且完全變立體表示為平面表示。,赤平極射投影與實(shí)體比例投影,（二）實(shí)體比例投影與正投影的區(qū)別和聯(lián)系 1、正投影：主要應(yīng)用于機(jī)械制圖學(xué)，它根據(jù)機(jī)械零件

9、的幾何形狀做出它在各投影面上的投影。投影圖要求嚴(yán)格反映機(jī)械零件的面、線的尺寸大小，但不嚴(yán)格要求反映面和線的實(shí)際空間方向。 2、實(shí)體比例投影：有尺寸大小的概念，又有方向的概念。主要根據(jù)結(jié)構(gòu)面在水平投影面上的投影求出其組合的實(shí)體（結(jié)構(gòu)體）。投影圖除了要求反映結(jié)構(gòu)體的面和線的尺寸大小之外，還要求嚴(yán)格反映結(jié)構(gòu)體的面和線的實(shí)際空間方向，包括面的走向、傾向、傾角和線的傾向、傾角。由于實(shí)體比例投影具有方向概念，所以它的作圖和表示方法與普通正投影有所不同。實(shí)體比例投影需配合結(jié)構(gòu)面的赤平極射投影來表示結(jié)構(gòu)體各個(gè)面的走向、傾向和傾角，以及結(jié)構(gòu)體的各個(gè)棱線的傾向和傾角。,赤平極射投影與實(shí)體比例投影,四、投影原理與作

10、圖方法 做空間上點(diǎn)、線、面的實(shí)體比例投影平面一般為水平面。在實(shí)際作圖時(shí)，它常是通過結(jié)構(gòu)面實(shí)測點(diǎn)高程的一個(gè)水平面，或直接代表工程巖體的水平臨空面，如地下洞室的洞頂面。 采用水平面作為實(shí)體比例投影平面，好處在于它與赤平投影的投影平面一致，因而在做實(shí)體比例投影圖時(shí)，只要選取其方位表示與赤平投影圖的方位表示一致，通過實(shí)體比例投影圖上的已知點(diǎn)（如結(jié)構(gòu)面上實(shí)測點(diǎn)），作赤平投影圖上與之相應(yīng)的直線的平行線即可，作圖的過程非常簡單。 1、直線的投影 空間任意直線的實(shí)際長度等于實(shí)體比例投影長度與傾角的余弦之比。,赤平極射投影與實(shí)體比例投影,2、平面的投影 實(shí)體三角平面ABC的面積等于其水平面上的投影（即實(shí)體比例投

11、影）三角形的面積和傾角的余弦之比。推廣到任意形狀的平面的面積與其實(shí)體比例投影的面積的關(guān)系中去，即 其中，S已知空間任意形狀平面的實(shí)際面積；S1已知平面的實(shí)體比例投影的面積；已知平面的傾角。 在巖體結(jié)構(gòu)分析和巖體穩(wěn)定性分析中，根據(jù)結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀和它們的組合切割關(guān)系，按照實(shí)際出露位置做出實(shí)體比例投影后，就可以根據(jù)投影圖求出結(jié)構(gòu)體各個(gè)面的實(shí)際面積，求出結(jié)構(gòu)體的體積重量，進(jìn)行穩(wěn)定性的分析計(jì)算。,赤平極射投影與實(shí)體比例投影,3、結(jié)構(gòu)體的投影 在巖體結(jié)構(gòu)和巖體穩(wěn)定分析中，經(jīng)常是對由結(jié)構(gòu)面和臨空面組合切割成的具體結(jié)構(gòu)體的穩(wěn)定性進(jìn)行分析計(jì)算。在各種不同幾何形狀的結(jié)構(gòu)體中，由三個(gè)已知結(jié)構(gòu)面和一個(gè)臨空面或兩個(gè)已知結(jié)

12、構(gòu)面和兩個(gè)臨空面組成的四面體（或四面錐體）比較常見。并且這種幾何形狀的結(jié)構(gòu)比較容易用赤平投影和實(shí)體比例投影方法做出圖解。 地下洞室的臨空面通常有兩種產(chǎn)狀情況，其一是洞頂面，在作圖分析時(shí)常近似地視為水平臨空面，其二是洞壁邊墻和直立臨空面。臨空面的產(chǎn)狀不同，結(jié)構(gòu)體的實(shí)體比例投影的作圖方法也略有不同。 （1）臨空面為水平產(chǎn)狀的實(shí)體比例投影 地下洞室的臨空面為水平時(shí)，即以臨空面作為實(shí)體比例投影的投影平面。將洞室拱頂上的結(jié)構(gòu)體位于投影平面之上。,赤平極射投影與實(shí)體比例投影,分析過程如圖11-25所示。如視三角形A1B1C1為結(jié)構(gòu)體的底面積，則結(jié)構(gòu)體為O1為頂點(diǎn)的一個(gè)正錐體。它的體積為： A1B1C1為錐

13、體底面積。由于洞頂臨空面與投影平面一致，在實(shí)體比例投影上根據(jù)比例尺直接從圖上量出的三角形A1B1C1的面積即為其實(shí)際面積。h為錐體以O(shè)1為頂點(diǎn)的高度，它可以由垂直投影關(guān)系求出： h=A1O1tanA， h=B1O1tanB， h=C1O1tanC， A，B，C分別為結(jié)構(gòu)面組合交線AO、BO、CO的傾角，可在赤平投影圖上讀出。 A1O1，B1O1，C1O1的長度可在實(shí)體比例投影圖上根據(jù)作圖比例尺直接量出。,赤平極射投影與實(shí)體比例投影,（2）臨空面為直立產(chǎn)狀的實(shí)體比例投影 地下洞室的臨空面為直立時(shí)，在實(shí)際作圖時(shí)，往往是將臨空面以其走向線為旋轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)至水平位置（所以結(jié)構(gòu)面亦隨之繞同一旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)900）

14、，得出以臨空面為投影平面的結(jié)構(gòu)面赤平投影圖。然后可再按上述作圖方法做出結(jié)構(gòu)體在臨空面上的實(shí)際比例投影。,隧道圍巖不穩(wěn)定塊體穩(wěn)定性分析手工圖算法,一、洞頂四面不穩(wěn)定塊體的穩(wěn)定性分析 1.洞頂四面不穩(wěn)定塊體的幾何解析 取一水平面作為投影面，而把結(jié)構(gòu)面與投影面的交線稱為結(jié)構(gòu)面的走向線。已知三組結(jié)構(gòu)面I、J、K的走向、傾向、傾角及走向線上的某點(diǎn)位置Fi，F(xiàn)j，F(xiàn)k，求在拱頂形成的切割塊體的大小和形狀。 作圖步驟見教材P274頁 赤平投影圖實(shí)體比例投影（增加垂直隧道軸線直線投影）做出切割塊體正投影,隧道圍巖不穩(wěn)定塊體穩(wěn)定性分析手工圖算法,2.洞頂四面不穩(wěn)定塊體的滑移類型分析 假設(shè)基圓的圓心落在三結(jié)構(gòu)面所

15、圍成的曲邊三角形內(nèi)部，則該四面體稱為直四面體，直四面體的滑塌形式是直接塌落。反之，如果點(diǎn)O落在曲邊三角形外部，稱為斜四面體。它的滑移類型進(jìn)行如下分析： 在赤平投影圖上，通過錐體的頂點(diǎn)O（即圓心），作通過錐體并與洞軸線方向（TT）垂直的鉛直剖面（MNO）。如果在近圓心側(cè)，鉛直剖面（MNO）只與某一組結(jié)構(gòu)面相交，則這個(gè)錐體為單滑面錐體，并且近圓心側(cè)的那組結(jié)構(gòu)面即為滑動(dòng)面。如果在近圓心側(cè)，鉛直剖面可以分別與某兩組結(jié)構(gòu)面相交，則這個(gè)錐體為雙滑面錐體，近圓心側(cè)的那兩組結(jié)構(gòu)面將同時(shí)作為滑動(dòng)面。,隧道圍巖不穩(wěn)定塊體穩(wěn)定性分析手工圖算法,二、洞壁四面不穩(wěn)定塊體的穩(wěn)定性分析 1.洞壁四面不穩(wěn)定塊體的幾何解析 設(shè)

16、在洞壁面上，測得三組結(jié)構(gòu)面S0，F(xiàn)1，F(xiàn)2的出露位置MSO、MF1，MF2及其產(chǎn)狀，如圖所示。求開挖后，該三組結(jié)構(gòu)面在邊墻所形成的切割體位置和大小。 2.洞壁四面不穩(wěn)定塊體滑移類型分析,不穩(wěn)定塊體的錨噴支護(hù)計(jì)算方法,一、錨噴支護(hù)的承載作用 1.錨桿的承載作用 承拉作用、承剪作用。加固位于拱頂?shù)牟环€(wěn)定塊體，錨桿主要起懸吊作用，即承拉作用，此時(shí)宜垂直布置，這樣能有效發(fā)揮錨桿效用。加固拱頂不穩(wěn)定塊體，也有些錨桿起抗剪作用。通常要求錨桿與節(jié)理面成較大角度，且逆著不穩(wěn)定塊體的滑落方向布設(shè)。位于邊墻的不穩(wěn)定塊體，主要是沿著某一個(gè)或某兩個(gè)節(jié)理面產(chǎn)生滑移塌落，這是錨桿起抗剪作用。 2.錨桿的作用機(jī)理 3.噴射

17、混凝土的承載作用：在不穩(wěn)定塊體作用下，噴層破壞一般有兩種形式：沖切破壞和黏結(jié)破壞。當(dāng)噴層厚度不大時(shí)，噴層的承載力應(yīng)按噴層沖切破壞確定，而當(dāng)噴層厚度較大時(shí)或噴層與巖面黏結(jié)力很差時(shí)應(yīng)按噴層黏結(jié)破壞確定。 4.噴射混凝土的作用機(jī)理, 懸吊作用 組合梁作用 整體加固作用,錨桿的力學(xué)作用,懸吊作用：將不穩(wěn)定巖層懸吊在堅(jiān)固巖層上，阻止圍巖移動(dòng)滑落。, 組合梁作用：在巖層中打入錨桿，將若干薄弱巖層錨固在一起，類似將疊合的板梁變成組合梁，提高巖層的承載力。, 整體加固作用：錨桿群錨入圍巖后，其兩端附近巖體形成圓錐形壓縮區(qū)，按照一定間距排列的錨桿在錨固力作用下構(gòu)成一個(gè)均勻的壓縮帶，即承載環(huán)。,局部穩(wěn)定原理 危石

18、除用錨桿支護(hù)外，也可用噴射混凝土層支護(hù)。在危石重力作用下混凝土噴層可能出現(xiàn)沖切破壞和撕裂破壞。,（2）整體穩(wěn)定原理,（2）整體穩(wěn)定原理,噴混凝土層與圍巖體表面緊密粘結(jié)、咬合、使洞室表面巖體形成較平順的整體，依靠結(jié)合面處的抗拉、抗壓、抗剪能力，與巖體密貼組成“組合結(jié)構(gòu)”或“整體結(jié)構(gòu)物”共同工作。,不穩(wěn)定塊體的錨噴支護(hù)計(jì)算方法,二、不穩(wěn)定塊體作用下錨噴支護(hù)的計(jì)算 1.錨噴支護(hù)的計(jì)算原則 （1）錨桿的計(jì)算原則：當(dāng)加固拱頂崩落的不穩(wěn)定塊體時(shí)，錨桿起懸吊作用，即受拉作用；當(dāng)加固邊墻滑動(dòng)的不穩(wěn)定塊體時(shí)，起銷釘作用，即抗剪作用。對于可能很快失穩(wěn)的圍巖或危石，以及用于加固有加大規(guī)模的邊墻不穩(wěn)定塊體時(shí)可采用預(yù)應(yīng)

19、力錨桿。當(dāng)具有更大規(guī)模的不穩(wěn)定塊體時(shí)，還可以采用預(yù)應(yīng)力錨索。懸吊錨桿可以采用砂漿錨桿和內(nèi)錨頭錨桿。懸吊錨桿一般應(yīng)采用垂直布置的方式。 加固邊墻不穩(wěn)定塊體的錨桿可垂直于滑動(dòng)面布設(shè)，或者逆著滑動(dòng)方向布置，以使錨桿所提供的切向分力有助于維持滑落體的穩(wěn)定。 （2）噴層的計(jì)算原則 在不穩(wěn)定塊體作用下噴層破壞有兩種形式：沖切破壞和撕裂，所以應(yīng)按沖切破壞和黏結(jié)破壞兩類公式驗(yàn)算。然而，至今沒有合適的按黏結(jié)破壞校核噴層承載力的公式。目前，我國國家標(biāo)準(zhǔn)（GB50086-2001）只按照沖切破壞校,不穩(wěn)定塊體的錨噴支護(hù)計(jì)算方法,校核噴層厚度。當(dāng)噴層厚度小于10cm時(shí)，按沖切破壞公式驗(yàn)算，而當(dāng)噴層厚度大于10cm時(shí)，

20、仍按10cm厚度的沖切承載力計(jì)算。同時(shí)，對噴射混凝土的粘結(jié)力提出一定要求，如規(guī)定I、II類圍巖中，噴射混凝土粘結(jié)力不低于0.8MPa，III級(jí)圍巖中不低于0.5MPa。 2.錨桿的計(jì)算 （1）拱頂錨桿的計(jì)算 位于拱頂?shù)腻^桿，用來承受不穩(wěn)定巖塊的自重，因此可按懸吊理論計(jì)算。 （2）邊墻錨桿計(jì)算 邊墻錨桿主要通過錨桿的抗剪能力，以阻止不穩(wěn)定塊體的下滑，但預(yù)應(yīng)力錨桿中還要計(jì)及預(yù)加荷載所產(chǎn)生的抗滑能力。 （3）位于邊墻與拱頂之間不穩(wěn)定塊體的錨桿加固計(jì)算,不穩(wěn)定塊體的錨噴支護(hù)計(jì)算方法,3.噴層的計(jì)算 噴層具有承受不穩(wěn)定塊體的能力，但這種承載能力是很有限的，所以，對于一些巨大的不穩(wěn)定塊體主要由錨桿或預(yù)應(yīng)力

21、錨桿來承受，單純噴層只能承受不大的不穩(wěn)定塊體。,隧道及邊坡工程中常用錨桿,水泥砂漿錨桿 1、構(gòu)造：由水泥砂漿、桿體、墊板和螺母組成；桿體可采用帶肋鋼筋或高強(qiáng)度玻纖樹脂實(shí)心或空心管。墊板可用金屬材料，也可以用工程塑料。 2、特點(diǎn) （1）結(jié)構(gòu)簡單，加工安裝方便，價(jià)格便宜，對圍巖適用性強(qiáng)，具有一定的錨固力。 （2）安裝后有一個(gè)養(yǎng)護(hù)過程不能承載 （3）被動(dòng)支護(hù)，提供的支護(hù)反力依賴圍巖變形，如果安裝過晚，錨桿抗力小，作用有限。 （4）注漿不宜密實(shí)。 3、墊板作用 （1）增強(qiáng)并擴(kuò)大錨桿對巖體的錨固范圍，特別是能使表層圍巖處于三向受力狀態(tài)，極大增強(qiáng)了圍巖穩(wěn)定性。,隧道及邊坡工程中常用錨桿,（2）墊板能顯著提

22、高錨桿的系統(tǒng)剛度，使錨桿在軟巖中不至于太軟而無法與圍巖特征線相交，喪失承載圍巖壓力的條件。 （3）通過墊板將噴網(wǎng)與錨桿連成整體，從而形成噴錨網(wǎng)與圍巖的聯(lián)合體，共同承擔(dān)地層壓力的作用，這里墊板的傳遞起著重要的作用。 （4）墊板能改變錨桿的受力分布，使錨桿的軸力分布比較均勻，提高錨桿效果。,隧道及邊坡工程中常用錨桿,早強(qiáng)水泥砂漿錨桿 與水泥砂漿錨桿的唯一區(qū)別就是注漿材料（粘結(jié)劑）不同。一般在24h就具有50KN左右的錨固力，彌補(bǔ)了普通水泥砂漿早期不能承載和強(qiáng)度增長緩慢的特點(diǎn)，因而在軟弱、破碎、自穩(wěn)時(shí)間短的圍巖中顯示出一定的優(yōu)越性。 快硬水泥卷內(nèi)錨頭錨桿 構(gòu)造：快硬水泥卷（錨固劑）、桿體、墊板、螺母

23、、排氣管組成桿體內(nèi)端要求設(shè)計(jì)成左旋麻花狀結(jié)構(gòu)，其上端焊有擋圈，擋圈至麻花狀頂部的長度即為錨頭長度，擋圈具有防止攪碎的水泥從孔內(nèi)滑出的作用。 快硬水泥卷內(nèi)錨頭錨桿具有早強(qiáng)水泥砂漿錨桿能早起承載的特點(diǎn)，但是存在以下缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)中要主要控制使用，一般不能用于永久性工程，特別是重要工程。缺點(diǎn)：（1）錨固質(zhì)量受操作工藝影響，波動(dòng)較大；（2）包裝皮攪碎后混入錨固劑，嚴(yán)重影響內(nèi)錨頭的防腐耐久性；（3）注漿和排氣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)不完善，難以保證注漿飽滿，尤其是向上安裝的錨桿。,隧道及邊坡工程中常用錨桿,早強(qiáng)水泥砂漿內(nèi)錨頭錨桿 適用于在有嚴(yán)重化學(xué)腐蝕地層的搶修工程。 中空注漿錨桿 采用冷軋左旋螺紋桿體，為空心管。注漿可

24、分為無壓注漿和有壓注漿兩種，注漿時(shí)采用封堵技術(shù)的為壓力注漿，否則為無壓注漿。 中空注漿錨桿的最大特點(diǎn)是利用桿體中中空管道進(jìn)行注漿，漿液直達(dá)孔底，能保證注漿飽滿。如果是向上安裝的錨桿還設(shè)有排氣管，孔底的塑料錨固頭是用來懸掛桿體的重量，以免向上安裝時(shí)桿體下滑。 凡永久性錨桿均要求壓力注漿。在我國沿海地區(qū)得到了普遍使用。 自鉆式注漿錨桿 這種錨桿將鉆孔、注漿及錨固等功能一體化，適于鉆孔過程易塌孔，而且必須采用套管跟進(jìn)的復(fù)雜地層。,隧道及邊坡工程中常用錨桿,楔管式錨桿 由開口異徑管，上、下楔，定位銷，擋環(huán)和墊板組成。 優(yōu)點(diǎn)為： 效應(yīng)快，安裝后即能發(fā)揮錨固作用； 對圍巖能主動(dòng)提供軸向和環(huán)向壓應(yīng)力，錨固效

25、果比被動(dòng)式錨桿要好； 適應(yīng)巖層范圍較大，地下水對它的錨固效果影響很??； 操作方便，作業(yè)安全，勞動(dòng)強(qiáng)度低，安裝一根約4分鐘。 極限錨固力約為120KN，適于中、小斷面工程的臨時(shí)支護(hù)和搶險(xiǎn)工程。,一般規(guī)定,1、永久支護(hù)的錨桿應(yīng)為全長粘結(jié)型錨桿或預(yù)應(yīng)力注漿錨桿。其他類型的錨桿不能作為永久支護(hù)，當(dāng)需作永久支護(hù)時(shí)，錨孔內(nèi)必須注滿砂漿或樹脂。 2、自穩(wěn)時(shí)間短的圍巖，宜采用全長粘結(jié)式錨桿或早強(qiáng)水泥砂漿錨桿。 3、在、級(jí)圍巖條件下，錨桿應(yīng)按系統(tǒng)錨桿設(shè)計(jì)，并符合下列規(guī)定： （1）錨桿一般應(yīng)沿隧道周邊徑向布置，當(dāng)結(jié)構(gòu)面或巖層層面明顯時(shí)，錨桿應(yīng)與巖體主結(jié)構(gòu)面或巖層層面呈大角度布置。,一般規(guī)定,（2）錨桿應(yīng)按矩形排列

26、或梅花形排列 （3）錨桿間距不得大于1.5m。間距較小時(shí)，可采用長短錨桿交錯(cuò)布置。 （4）兩車道隧道系統(tǒng)錨桿長度一般不小于2.0m，三車道隧道系統(tǒng)錨桿一般不小于2.5m。 4、局部不穩(wěn)定的巖塊宜設(shè)置局部錨桿，可采用全長粘結(jié)型錨桿、端頭錨固型錨桿、預(yù)應(yīng)力錨桿，錨固端應(yīng)置于穩(wěn)定巖體內(nèi)，錨桿參數(shù)應(yīng)通過計(jì)算確定。,一般規(guī)定,5、軟巖、收斂變形較大的圍巖地段，可采用預(yù)應(yīng)力錨桿，預(yù)應(yīng)力錨桿的預(yù)應(yīng)力應(yīng)不小于100kPa。預(yù)應(yīng)力錨桿的錨固端必須錨固在穩(wěn)定巖層內(nèi)。 6、巖體破碎、成孔困難的圍巖，宜采用自進(jìn)式錨桿。,預(yù)應(yīng)力錨桿（索）,一、預(yù)應(yīng)力錨桿（索）組成 由外錨頭、錨桿體和內(nèi)錨固段組成，統(tǒng)稱預(yù)應(yīng)力錨固體系。外

27、錨頭視錨桿張拉噸位的不同，繁簡差異很大，實(shí)現(xiàn)張拉和鎖定的裝置。錨桿體（錨索體）也稱自由段或張拉段，是形成預(yù)應(yīng)力的主要構(gòu)件。錨固段又稱為內(nèi)錨頭或內(nèi)錨固段，是預(yù)應(yīng)力錨桿孔內(nèi)鎖定端，現(xiàn)場也稱為錨根。 二、外錨頭的結(jié)構(gòu)類型 結(jié)構(gòu)型式有錐筒墊板式結(jié)構(gòu)外錨頭和錨板式結(jié)構(gòu)外錨頭，前者用于螺紋鋼筋錨固體系，后者用于鐓頭錨固體系和夾片式錨固體系。 三、內(nèi)錨頭的結(jié)構(gòu)類型 內(nèi)錨頭是預(yù)應(yīng)力錨桿得以實(shí)現(xiàn)預(yù)應(yīng)力張拉的重要部件，并且對預(yù)應(yīng)力的長期保存有重要意義。,預(yù)應(yīng)力錨桿（索）,內(nèi)錨頭按其結(jié)構(gòu)形式分：機(jī)械式內(nèi)錨頭與膠結(jié)式內(nèi)錨頭；按內(nèi)錨固段圍巖受力狀態(tài)分：拉力型、壓力型、剪力型以及荷載集中型與荷載分散型。 1、機(jī)械式內(nèi)錨頭

28、：由工程塑料或金屬材料制成。 2、膠結(jié)式內(nèi)錨頭：依靠膠結(jié)材料，如水泥砂漿或樹脂將錨桿體（鋼絲或鋼絞線）和孔壁巖體粘成一個(gè)整體的內(nèi)錨頭型式。 （1）按膠結(jié)材料同鋼絲或鋼絞線粘結(jié)力決定內(nèi)錨固段長度,其中，Td錨索的設(shè)計(jì)張拉荷載(KN)；d單根鋼筋或鋼絞線的直徑(mm)；n鋼絞線或鋼筋根數(shù)；K-安全系數(shù)；qs水泥結(jié)石與鋼絞線的設(shè)計(jì)粘結(jié)強(qiáng)度（KPa），取0.8倍標(biāo)準(zhǔn)值；采用兩根及以上鋼筋或鋼絞線時(shí)，界面粘結(jié)降低系數(shù)，取0.650.85。試驗(yàn)證明握裹力在鋼筋上的分布是不均勻的，呈棗形分布。,預(yù)應(yīng)力錨桿（索）,（2）按膠結(jié)材料同巖石孔壁的粘結(jié)力決定內(nèi)錨固段長度,其中，D錨固體直徑（mm）；qr水泥結(jié)石體與

29、巖石孔壁間的粘結(jié)強(qiáng)度設(shè)計(jì)值（KPa），取0.8倍標(biāo)準(zhǔn)值。,內(nèi)錨頭錨固力并非隨錨固長度成比例增加，實(shí)驗(yàn)證明當(dāng)錨固長度超過810m時(shí)，錨固力增加很少。因此粘結(jié)式內(nèi)錨頭的最大長度不要超過10m，如果不夠可采取以下措施：對破碎軟弱巖層進(jìn)行固結(jié)灌漿；擴(kuò)大內(nèi)錨固段孔徑；采用分散型內(nèi)錨頭。,預(yù)應(yīng)力錨桿（索）,3、分散型內(nèi)錨頭：將錨固段分散。在同一鉆孔中安裝幾個(gè)單元錨桿，每個(gè)單元錨桿都有自己的桿體、自己的錨固長度，而且張拉荷載也是分別施加的。由于這種組合錨桿的各單元錨桿錨固長度小，所承受的荷載也小，內(nèi)錨固段上的軸力和粘結(jié)應(yīng)力分布比較均勻，不會(huì)產(chǎn)生逐步脫膠現(xiàn)象，從而能最大限度地調(diào)動(dòng)地層強(qiáng)度。從理論上講，這類分散

30、型錨桿的錨固長度不受限制，故特別適于軟巖和土體工程。根據(jù)起受力特征，又可分為拉力分散型、壓力分散型、剪力分散型和拉壓分散型。,預(yù)應(yīng)力錨桿（索）,四、預(yù)應(yīng)力錨桿力學(xué)特征和應(yīng)用領(lǐng)域 1、預(yù)應(yīng)力錨桿力學(xué)特征 （1）支護(hù)受力特征方面：預(yù)應(yīng)力錨桿的初始錨固力來源于張拉荷載屬于主動(dòng)支護(hù)；砂漿錨桿的錨固力依賴于圍巖的松弛變形，是以損失被錨固體位移為代價(jià)的，屬于被動(dòng)支護(hù)。 （2）支護(hù)所承擔(dān)的荷載方面：預(yù)應(yīng)力錨桿承擔(dān)的荷載為：預(yù)應(yīng)力張拉荷載PR與變形荷載PW兩部分。砂漿錨桿只承擔(dān)變形荷載PW （3）支護(hù)剛度方面：拉力型預(yù)應(yīng)力錨桿的支護(hù)剛度由桿體剛度KM和由張拉荷載所產(chǎn)生的支護(hù)剛度兩部分組成。普通砂漿錨桿屬于柔性支護(hù) （4）支護(hù)反力強(qiáng)度方面：預(yù)應(yīng)力錨桿支護(hù)反力強(qiáng)度可達(dá)到0.22MPa，完全可以和任何剛性支護(hù)媲美。表8-26,預(yù)應(yīng)力錨桿（索）,五、預(yù)應(yīng)力錨桿質(zhì)量控制 1、預(yù)應(yīng)力錨桿設(shè)計(jì)一般原則 （1）硬巖錨固可采用拉力型錨桿；軟巖錨固宜采用壓力分散型或拉力分散型錨桿。 （2）確定錨桿傾角應(yīng)避開錨桿與水平面的夾角為-100100這一范圍。 （3）