第一篇：水利工程施工地下洞室錨桿支護(hù)拱效應(yīng)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

《水利工程施工》地下洞室錨桿支護(hù)拱效應(yīng)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

張文奇

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

（1）通過地下洞室支護(hù)系統(tǒng)錨桿拱效應(yīng)實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步深入與拓展對地下洞室噴錨支護(hù)知識的了解；

（2）直觀展示地下洞室的系統(tǒng)錨桿支護(hù)原理，改善地下工程施工部分內(nèi)容的實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)的不足；

（3）提高學(xué)生的動手能力，培養(yǎng)學(xué)生開展工程實(shí)驗(yàn)的能力。

二、實(shí)驗(yàn)原理

當(dāng)在地下洞室進(jìn)行噴錨支護(hù)后，洞室頂端山體形成以系統(tǒng)錨桿頭和緊固端為頂點(diǎn)的錐形體壓縮區(qū)，如果將錨桿沿洞室頂拱按一定間距徑向排列，在錨固力作用下，每根錨桿周圍形成的錐形體壓縮區(qū)彼此重疊聯(lián)結(jié)，在圍巖中形成一連續(xù)壓縮帶，該區(qū)域不僅能保持自身的穩(wěn)定，而且承受上部圍巖壓力，阻止上部圍巖的松動和變形發(fā)展。通過錨桿對破碎巖體施加錨固力是形成加固拱地前提。

本次實(shí)驗(yàn)在一個拱形石料槽中安設(shè)錨桿并填充碎石料來模擬地下洞室支護(hù)的系統(tǒng)錨桿加固拱的作用，錨桿的上下兩端都采用墊片加螺母來對石料施加錨固力，實(shí)驗(yàn)原理如下圖：

（1）先安裝石料槽底板，在石料槽內(nèi)不設(shè)置錨桿的情況，將粒徑40-60mm的石料裝進(jìn)拱槽內(nèi)，拆卸裝置石料槽底板，觀察石料完全塌落情況；

（2）再次安裝石料槽底板，再將下端固定好墊片的錨桿安放在底板上；

（3）將粒徑40-60mm的石料重新裝入拱形石料槽，保證錨桿位置無過大變動；（4）石料裝滿石料槽后，旋鈕錨桿頂部的碟形螺母，在墊片的作用下對石料施加足夠的錨固力；

（5）拆卸裝置的石料槽底板，觀察石料的錨固情況，若石料不完全掉落，呈連續(xù)拱形，則實(shí)驗(yàn)成功，系統(tǒng)錨桿的拱效應(yīng)得到驗(yàn)證。

三、實(shí)驗(yàn)用品

拱形石料槽、集中錨固錨桿40支、工具箱（手套、老虎鉗、錘子）、鐵鍬、斗車、石料（粒徑40-60mm）。

四、實(shí)驗(yàn)步驟

（1）將錨桿錨固端的墊片和螺栓拆開放好；

（2）分區(qū)域?qū)⒉鸷玫腻^桿插入石料槽的底板的孔洞中，并倒入第一層石料；（3）直至所有錨桿都立在石料槽對應(yīng)的孔洞中，并倒入第一層石料將錨桿固定；（4）用錘子輕輕錘石料，壓實(shí)第一層石料；

（5）待第一層石料壓實(shí)之后，再進(jìn)行第二層石料下料；

（6）分層下料，分層壓實(shí)，直至下料高度距離錨桿端部10cm左右；

（7）壓實(shí)結(jié)束后，裝上墊片并調(diào)整至水平，旋鈕錨桿頂部的蝶形螺母，在墊片的作用下對石料施加足夠的錨固力；

（8）待螺栓全部擰緊之后，拆卸裝置的石料槽底板，觀察石料的錨固情況，石料不完全掉落，且呈連續(xù)拱形。

五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果

石料不完全掉落，呈連續(xù)拱形，實(shí)驗(yàn)成功，系統(tǒng)錨桿的拱效應(yīng)的到驗(yàn)證。

六、分析與討論

錨桿支護(hù)原理

（1）錨桿的懸吊作用

懸吊作用是指用錨桿將軟弱的直接頂板吊掛在其上的堅(jiān)固老頂之上。如圖1所示，或者是用錨桿將因巷道開挖而引起松動的巖塊連接在松動區(qū)外的完整堅(jiān)固巖石上，使松動巖塊不至冒落。

（2)錨桿的組合梁理論

利用錨桿的拉力將層狀巖層組合起來形成組合梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行支護(hù)，這就是錨桿組合梁作用。組合梁作用的本質(zhì)在于通過錨桿的預(yù)拉應(yīng)力將原視為疊合梁的巖層擠緊，增大巖層間的摩擦力；同時，錨桿本身也提供一定的抗剪能力，阻止其層間錯動。錨桿把數(shù)層薄的巖層組合成類似鉚釘加固的組合梁，這時被錨固的巖層便可看成組合梁，全部錨固層能保持同步變形，頂板巖層抗彎剛度得以大大提高。

（3）錨桿鍥固作用

是指在圍巖中存在一組或多組不同產(chǎn)狀的不連續(xù)面的情況下，由于錨桿穿過這些不連續(xù)面，防止或減少了圍巖沿不連續(xù)面的移動。

（4）擠壓加固拱作用

形成以錨桿頭和緊固端為頂點(diǎn)的錐形體壓縮區(qū)。如將錨桿沿拱形巷道周邊按一定間距徑向排列，在預(yù)應(yīng)力作用下，每根錨桿周圍形成的錐形體壓縮區(qū)彼此重疊聯(lián)結(jié)，在圍巖中形成一連續(xù)壓縮帶。它不僅能保持自身的穩(wěn)定，而且能承受地壓，組織上部圍巖的松動和變形。

顯然，對錨桿施加預(yù)緊力是形成加固拱的前提。

（5）錨桿的減跨作用

如果把不穩(wěn)定的頂板巖層看成是支撐在兩幫的疊合梁，由于可視懸吊在老頂上的錨桿為支點(diǎn)，安設(shè)了錨桿就相當(dāng)于在該處打了點(diǎn)柱增加了支點(diǎn)而減少了頂板的跨度，從而降低了頂板巖層的彎曲應(yīng)力和撓度，維持了頂板與巖石的穩(wěn)定性，使巖石不易變形和破壞。這就是錨桿的“減跨”作用，它實(shí)際上來源于錨桿的懸吊作用。

錨桿是用金屬或其他高抗拉性能材料制作的桿狀構(gòu)件，配合使用某些機(jī)械裝置、膠凝介質(zhì)，按一定施工工藝，將其錨固與地下洞室圍巖的鉆孔中，起到加固圍巖、承受荷載、阻止圍巖變形的作用。

在工程中，按錨桿與圍巖的錨固方式，基本上可分為集中錨固與全長錨固兩類。楔縫式錨桿和脹殼式錨桿屬于集中錨固的兩種錨桿，他們是有錨桿端部的楔瓣或脹圈擴(kuò)開以后所提供的嵌固力而得到錨固的。

全長錨固的錨桿有砂漿錨桿和樹脂錨桿等，他們是由水泥砂漿或樹脂在桿體和錨孔間所提供的摩擦力和粘結(jié)力而得到錨固的。全長錨固的錨桿由于錨固可靠耐久，工程建設(shè)中運(yùn)用較多。其中，由水泥砂漿膠結(jié)的螺紋鋼筋錨桿，由于施工簡便，經(jīng)濟(jì)可靠，使用更為普遍。

隨著我國基本建設(shè)速度的加快，有許多大跨度、大斷面的地下洞室在十分復(fù)雜的巖體中修建，對錨桿材料及錨固介質(zhì)有更高的要求。如采用高強(qiáng)度或超高強(qiáng)度的金屬作為桿件材料，并對桿體進(jìn)行冷拉、滾絲處理，可大大提高支護(hù)效果。樹脂是一種高分子材料，具有優(yōu)越的粘結(jié)性能，較以快硬水泥為主要材料的砂漿錨固，在施工中具有較好的操控性和可靠性。

根據(jù)圍巖變形與破壞的特性，從發(fā)揮錨桿不同作用的角度考慮，錨桿在洞室的布置有局部錨桿和系統(tǒng)錨桿。

局部錨桿主要用來加固危石，防止掉塊。為了保證危巖的有效錨固，錨桿應(yīng)錨入穩(wěn)定巖體。

系統(tǒng)錨桿一般按梅花形排列，連續(xù)錨固在洞壁內(nèi)。他們將被結(jié)構(gòu)面切割的巖塊串聯(lián)起來，保持和加強(qiáng)巖塊的聯(lián)鎖、咬合和嵌固效應(yīng)，是分割的圍巖組成一體，形成以連續(xù)加固拱，提高圍巖的承載能力。

系統(tǒng)錨桿不一定要錨入穩(wěn)定巖層。當(dāng)圍巖破碎時，用短而密的系統(tǒng)錨桿，同樣可取得較好的錨固效果。