锚喷支护施工

第九章锚喷支护施工主讲：孟杏微2010-05-28本章重点、难点：1、掌握干喷法和湿喷法；2、掌握喷射混凝土的基本材料和添加剂；3、熟悉常用的锚杆类型。喷射混凝土支护施工定义：喷砼是将砂石料、水泥和速凝剂、水等材料，借助喷射机高速喷敷在岩面上，形成砼喷层，用以支护围岩。喷射混凝土施工的作用原理（1）充填黏结作用（2）封闭作用（3）结构作用特点：能立即封闭新开挖暴露出的岩石，能很快获得较高的强度。作用：1、避免岩石风化；2、防渗；3、其与岩石固结并加固表面，减少隧洞周边应力集中。喷射混凝土支护施工喷射混凝土材料组成：水泥、砂、石、水、掺合料基本材料的选用：1、水泥：425号硅酸盐水泥、525号矿渣水泥。2、砂：中砂和中粗纱（细度模数在3左右，平均粒径为0.35～0.5mm），砂的含水率对喷射砼工艺影响很大（6％为宜）。喷射混凝土材料基本材料的选用：3、石子：优先选用卵石，在级配良好（表7-8）的基础上，最大粒径为15mm。4、水：所用水质必须满足规范的有关规定，且不影响速凝效果为宜。喷射混凝土材料速凝剂：掺入混凝土中使混凝土迅速凝结硬化的外加剂，粉状固体，主要成分是（铝矾土、纯碱、生石灰按照一定比例烧制成的熟料）经过磨细而制成的。喷射混凝土材料速凝剂的应用：作用：1、能提高砼的早期强度；2、降低喷射砼回弹量；3、防止因新喷射砼重力作用脱皮掉块，可以适当增大一次喷射的厚度，有利于开挖面的迅速支护。不良影响：所有速凝剂对砼的长期强度和耐久性都有不利影响，速凝剂的凝固时间越快对砼的极限强度的不利影响也就越大。喷射混凝土材料速凝剂的应用：确定配合比：使用速凝剂前必须进行速凝剂与水泥相容性的试验，找出最终速凝快、强度高的理想实用配合比。凝结时间：我国规范要求掺入速凝剂的砼初凝时间不得大于5min，终凝时间不得超过10min。喷射混凝土材料硅灰在喷射砼中的应用：硅灰，又叫硅微粉，也叫微硅粉或二氧化硅超细粉，一般情况下统称硅灰。硅灰是在冶炼硅铁合金和工业硅时产生的SiO2和Si气体与空气中的氧气迅速氧化并冷凝而形成的一种超细硅质粉体材料。喷射混凝土材料提高抗压强度，增强结构密实性，提高抗化学侵蚀和机械破坏的能力；增强喷射混凝土与其他介质的粘结效应；减少回弹；大大减少粉尘。硅灰在喷射砼中的应用：硅粉的掺量水泥质量（％）不同龄期的抗压强度（MPa）1d7d28d519.928.544.37.518.430.553.51020.030.050.4硅灰在喷射砼中的应用：喷射混凝土材料喷射混凝土材料纤维材料的应用：作用：在普通喷射砼中加入富于延性的纤维，可改变喷射砼的物理力学性能。表9-2现状：目前应用最多的为钢纤维，尤其在水电地下工程中应用较多。提高材料抗拉强度；阻止基材中原有缺陷（微裂缝）的扩展并延缓新裂缝的出现；提高基材的抗变能力并从而改善其韧性和抗冲击性。喷射混凝土材料纤维材料的应用：纤维长度：钢纤维长度、直径都影响喷射砼施工性能和喷射砼结构的性能。最适宜的长度为25～30mm，直径为0.35～0.71mm。用量：钢纤维掺入率直接影响喷射砼的压送性能和回弹。1%～1.3%喷射混凝土材料纤维材料的应用：喷射混凝土材料纤维材料的应用：增加流动性的措施：钢纤维的掺入影响砼的流动性，为了避免堵塞，可增加水泥浆量，减少骨料最大粒径，增加骨料中含砂率，减少压送距离，使喷射压力保持均匀。喷射距离：钢纤维砼喷射距离以1m为好。喷射厚度：应根据喷射效率、回弹量、喷射方向、是否掺入速凝剂等因素确定。一般不小于最大骨料粒径的两倍。喷射混凝土材料除了以上三种掺合料外，还有一些混凝土外加剂：缓凝剂、早强剂、减水剂，防冻剂等等喷射混凝土的几种工艺干喷与湿喷：图9-1喷射方法干喷法湿喷法定义：是将砂石料、水泥、和速凝剂干拌后，用压缩空气输送至喷嘴，加水混合喷出。优点：喷射设备简单、使用方便，出料性能好；缺点：砼质量不易控制，回弹率高，水泥水化不充分，干拌合料与输送管壁摩擦产生的静电作用对人体有害。定义：将砂石料、水泥和水拌合后用压缩空气或泵通过输料管送到喷嘴，在喷嘴处加速凝剂，并用压缩空气补给能量后喷出。优点：作业半径大，粉尘少，回弹率低，砼质量好，消除静电作用对人体的危害。缺点：大型湿喷机械昂贵。水喷头压缩空气速凝剂细骨料粗骨料水泥外加剂搅拌机干式喷射机干喷工艺喷射混凝土的几种工艺水喷头压缩空气速凝剂细骨料粗骨料水泥外加剂搅拌机湿式喷射机湿喷工艺喷射混凝土的几种工艺喷射混凝土的几种工艺干喷法和湿喷法主要区别有三点：（1）水和速凝剂的施加方式不同；（2）干喷法用粉状速凝剂，湿喷法多用液体速凝剂；（3）喷射机不同，干式喷射机和湿式喷射机。喷射混凝土的几种工艺水泥裹砂石法喷射工艺：1、水泥裹砂法喷射工艺：①工艺流程（图9-2）；喷射混凝土的几种工艺水泥裹砂石法喷射工艺：优点：（1）一次喷射厚度较厚，与岩面粘结力和喷射混凝土本身强度有所提高；（2）减少粉尘浓度和回弹量；（3）可泵性好，抗渗性能好。喷射混凝土的几种工艺水泥裹砂石法喷射工艺：2、双裹并列法喷射工艺：其与水泥裹砂法喷射工艺的不同，是将裹砂砂浆改为经过裹砂和裹石处理的“双裹砼”。喷射混凝土的几种工艺水泥裹砂石法喷射工艺：3、潮料掺浆法喷射工艺（潮喷法）：以水泥裹砂法为基础，发展而来的。如图9-3喷射混凝土的几种工艺潮料掺浆法喷射工艺：喷射混凝土的几种工艺模喷一次衬砌砼工艺：1、分类：吹入式、流入式、压涂式、涂敷式；2、工艺流程，图9-5；3、现状；例：鹰山隧道，如图9-4喷射混凝土的几种工艺模喷一次衬砌砼工艺：4、时间要求：向模内喷射砼最好要连续进行，间隙停待时间不要超过初凝时间，否则应做施工缝处理；5、简易模喷法与干喷法相比，在施工中应注意的问题。喷射混凝土的几种工艺模喷一次衬砌砼工艺：5、简易模喷法与干喷法相比，在施工中应注意的问题：(1)适当减少速凝剂的掺入量；(2)增加混凝土的水灰比；(3)因喷射距离短，可适当降低风压。喷射混凝土的几种工艺模喷一次衬砌砼工艺：喷射混凝土机具喷射机上料机搅拌机喷射机械手选择喷射工具：1、喷射机：国内混凝土喷射机种类较多，按照喷射料的干湿程度分为干喷机、潮喷机和湿喷机三类。其中干喷机最为广泛，但粉尘太大。喷射混凝土机具喷射混凝土施工选择喷射工具：1、喷射机：转子式国产喷射机应用最广；国内发明了喷射用机械手，优点很多；国外使用砼喷射三联机，其由三部分组成。2、搅拌机：常用普通型，有条件可选用强制型。配料装置、运输装置、机械手干喷机湿喷机普通搅拌机强制搅拌机喷射混凝土施工工艺参数的选择：1、配合比：规范要求水泥：砂：石=1:2:2。在允许的范围内，尽量减少石的用量，因石是回弹的主要原因2、工作压力：正常作业时，喷射机工作罐里的气压。气压决定回弹、粉尘和砼质量工作压力=0.1+0.0013x输料管长空载压力=0.001x输料管长喷射混凝土施工工艺参数的选择：3、水压：一般比气压高0.1MPa。4、喷嘴与受喷面的间距：1m5、喷嘴与受喷面的倾角：垂直时回弹最小。6、一次喷射厚度：夹角越大，一次喷射厚度越小。7、喷射层之间的间歇时间：15～20min。8、水灰比：0.4～0.45。喷射混凝土施工施工中几个问题的处理：1、回弹率高；2、局部剥落；3、失脚；4、产生裂隙；5、渗漏水；锚杆支护施工岩土锚固是在地层（岩土体）深处设置一系列受拉杆件（筋体），用灌浆材料将杆件（筋体）与地层紧密固结在一起，通常对其施加预应力，同时这些杆件（筋体）也将地层与结构物连锁起来，用来加固岩土体的不稳定部分或将结构物的拉应力传递给稳定的岩土体，以保持岩土体与结构物的稳定。锚杆作用抗浮作用锚杆作用边坡加固锚杆作用挡土墙加固滑坡治理锚杆作用结构纠偏锚杆支护施工定义：将杆件打入围岩内，及时、可靠、主动加固围岩。分类：1、按杆材分；2、按工程性质分；3、按支护作用分；4、根据特殊需要；5、按锚固方式分；6、按锚固机理分。木锚杆、竹锚杆、金属锚杆、玻璃纤维锚杆、树脂锚杆、塑料锚杆一次性锚杆、可重复使用的锚杆局部锚杆、系统锚杆施压预应力又进行灌浆的混合锚杆集中锚固、全长锚固机械锚固锚杆、胶结锚固锚杆、摩擦锚固锚杆锚杆的结构锚杆是一种将拉力传至稳定岩层或土层的结构体系，主要由锚头、自由段和锚固段组成，如图所示：1-台座；2-锚具；3-承压板；4-支挡结构；5-钻孔；6-自由隔离层；7-钢筋；8-注浆体；Lf-自由段长度；La-锚固段长度锚杆类型和适用条件1、预应力与非预应力锚杆2、荷载集中型和荷载分散型锚杆3、机械固定型锚杆4、胶结材料固定型锚杆5、全长摩擦型锚杆6、中空注浆锚杆预应力与非预应力锚杆非预应力锚杆是指锚杆锚固后不施加外力，锚杆处于被动受力状态；预应力锚杆是指锚杆锚固后施加一定的外力，使锚杆处于主动受力状态。荷载集中型荷载分散型荷载集中型与荷载分散型锚杆荷载分散型锚杆承载体构造荷载集中型粘结应力分布特征荷载分散型粘结应力分布特征机械固定型锚杆金属倒楔式锚杆涨壳式锚杆涨壳式锚杆胶结材料固定型锚杆砂浆锚杆快硬水泥卷固定型锚杆树脂固定型锚杆砂浆锚杆砂浆锚杆支护的特点：砂浆锚杆参数设计：1、锚固力：按锚杆本身强度验算优点：施工简单，成本低缺点：砂浆凝固时间长，对于要求迅速支护的不稳地层难以单独奏效。1214dPb砂浆锚杆砂浆锚杆参数设计：1、锚固力：按锚孔孔壁与砂浆的粘结力验算tgCldpb12砂浆锚杆砂浆锚杆参数设计：2、锚杆长度：①对于锚固有限松动岩块，锚杆应穿过松动块深入坚固岩体1～2m。mllL2~1砂浆锚杆砂浆锚杆参数设计：2、锚杆长度：②当隧洞拱部需全锚固，可设想在拱顶形成一个跨洞抛物面承载拱圈。BL184.040.1砂浆锚杆砂浆锚杆参数设计：2、锚杆长度：②稳定岩层中的永久支护锚杆的锚固长度由砂浆的粘结力决定。表9~53、锚杆间距：KHd10211砂浆锚杆砂浆锚杆施工要点：1、水泥砂浆锚杆钻孔2、水泥与砂子的比例3、砂浆应拌合均匀，随拌随用，一次拌合的砂浆应在初凝前用完。4、注浆过程5、插入锚杆6、检验砂浆锚杆砂浆锚杆施工缺点：1、普通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，灌浆饱满程度难于保证。2、由于锚杆施工中砂浆饱满度难以控制．钻孔内的孔隙为地下水(特别是含腐蚀介质的地下水)的入侵提供了通路，导致钢质杆体的锈蚀，严重影响锚杆的耐久性。砂浆锚杆砂浆锚杆施工缺点：3、在软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，普通砂浆锚杆的应对能力差。快速锚固剂锚固工艺定义：锚固工艺中，快速锚固剂相当于砂浆锚杆中的砂浆，只是凝结速度比砂浆快得多。种类：快硬水泥卷锚固剂、树脂锚固剂适用范围：快速锚固剂常用于需要立即起到锚固作用的临时支护中，在永久支护中用得不多。快硬水泥卷固定型锚杆快硬水泥凝固剂特点：强度可在1.5~1h内增长至20MPa，水泥的终凝时间小于12min，水泥卷的外套由长纤维透水纸制作，吸湿性强。快硬水泥施工过程：扎孔浸水、放入底孔、边搅边插、安装托板。托板安装：锚杆安装后，由于爆破震动和应力松弛等，托板可能松动，因此在喷射砼施工前，应经常检查托板紧固情况，如有松动及时拧紧。快硬水泥凝固剂树脂固定型锚杆树脂锚固剂特点：树脂锚固长度在20～25cm时，施工1h后，锚固力可达60～80kN以上。树脂锚杆施工过程：将锚固剂送进锚杆孔内，然后插入锚杆，并随即用机械转动杆体，同时逐渐向洞内推送，最后在锚杆尾部安装垫板，拧紧螺母。树脂锚固剂全长摩擦型锚杆管缝式锚杆又称开缝式或摩擦式锚杆，它是采用高强度钢板卷压成带纵缝的管状杆体用凿岩机强行压入比杆径小1.5～2.5ｍｍ的锚孔。由于管壁弹性恢复力挤压孔壁而产生锚固力，属全长锚固型自锚式锚杆。1－开缝钢管；2－挡环；3－托板管缝式锚杆管缝式锚杆中空注浆锚杆杆体为表