预应力管缝锚杆在柱状节理玄武岩中的应用研究

纪辰阳

(重庆交通大学 重庆 400074)

预应力管缝锚杆在柱状节理玄武岩中的应用研究

纪辰阳

(重庆交通大学 重庆 400074)

柱状节理玄武岩的卸荷变形一直是我们施工的重难点，本文在矿区使用的管缝式锚杆进行结构改造形成预应力管缝锚杆，使其增强纵向材料的抗折断强度，并能够在横向施加预应力，在传统边坡固结灌浆的基础上利用改造的预应力管缝锚杆代替原有锚杆。

改造管缝式锚杆；施加径向预应力；锚固灌浆；粘结柱状节理玄武岩

引言

柱状节理玄武岩具有明显的特性，开挖后具有明显的松弛张裂现象，且横纵向岩石强度差别很大。基于临空面方向的松弛可以用预应力锚索解决，而与平行临空面的方向传统方法只能靠固结灌浆手段进行加固。本文借鉴管缝式锚杆的施加横向力的思想，将管缝式锚杆改造成两条管缝，通过带有螺纹的锚杆的推进旋转将管片挤向周围的岩体，并对周围岩体施加力。在预应力施加完成后在柱体节理缝隙很小的状态下进行固结灌浆。经加固使其能够优于传统的加固方法，保持柱状节理玄武岩的稳定。

一、柱状节理玄武岩的自然形态

以四川与云南金沙江水电站的柱状节理玄武岩为例，由于其在高应力区，特点明显，其柱状节理起伏、不规则，受构造运动影响柱体断面不规则且切割不完全，柱体内微裂隙发育，岩体内缓倾角构造结构面也较发育，岩体整体完整性较差，并且呈现镶嵌断续结构。柱状节理玄武岩水平向变形模量明显远大于铅直向变形模量的原因是结构面发育特征和岩体应力状态造成的的；新鲜柱状节理玄武岩中的柱状节理和微裂隙为硬性结构面，在高围压状态下呈闭合紧凑状，解除围压后极易张开、松弛。

二、预应力管缝式锚杆的特点

(一)传统管缝式锚杆的特点

传统管缝式锚杆施工本质是利用动力将锚杆嵌入预加固岩体中，通过钢管自身的弹性加固岩体，管缝式锚杆属于全长锚固类型，它的锚杆外径是大于锚固钻孔直径的，在外力作用下将锚杆嵌入岩体中然后利用钢管的弹性对孔壁产生径向压力，对岩体有一个挤密压实作用。

全长多点楔胀式管缝锚杆(竹节式锚杆)主要是利用楔胀力学原理，在预制钢管中塞入楔体使锚杆的杆体膨胀。再利用作用力与反作用力原理实现锚杆的抗滑，由于杆体膨胀，锚杆挤压孔壁产生径向压力，当岩体沿杆体轴向位移时，由于径向压力的作用下会产生较大的摩擦阻力。

(二)管缝式锚杆的改造和施加预应力的方式

进行管缝式锚杆的改造主要目的的可以尽可能的减少对开挖岩体的二次动荷载影响同时又能为柱状节理玄武岩的密实提供一个径向预应。传统管缝式锚杆已经不能满足要求，针对需求本文将对管缝式锚杆做如下改进。

将普通空心钢管沿中线分解成两部分，在内部锚杆下端设置方向螺旋。制作能够沿锚杆一向旋转，旋转锥尖向上推进空心椎体，放置在锚杆底部使用，在锚杆旋转时能够沿锚杆上升。在锚杆顶部固定与底部大小相同的椎体。施工中旋转锚杆，使底部椎体向上提升进而挤压外圈钢管挤密岩体。

有研究证明随着上部盖重厚度的增加，柱状节理玄武岩的各向异性、结构性在逐渐减弱。当盖重的厚度增大到六米时，柱状节理玄武岩的各向异性差距就会相差不大。针对柱状节理玄武岩的这一特性，在竖直方向上沿着竖直方向的节理进行预应力管缝式锚杆的施工。预应力施加后进行水泥净浆的固结灌浆。待固结的深度和广度达到后，进行锚孔的砂浆的封堵灌浆进一步保护锚杆对柱状节理玄武岩的挤密压实作用。

柱状节理玄武岩开挖出露后先进行水平向的系统锚索施工以防止岩体的松弛张裂，然后进行预应力管缝式锚杆的施工，进行挤密压实，并进行灌浆固结。待上述工序完成后进行锚孔的封堵灌浆。

预应力管缝式锚杆应与预应力锚索加固支护相互错开。预应力锚索加固之后在锚索方向上玄武岩呈现刚性。

在水平面上，与锚索垂直方向上施加预应力管缝式锚杆，使其主要挤压水平面上与锚索垂直方向的上岩石，使其空隙减小。

保证预应力管缝式锚杆在垂直斜坡方向上加固6m，胶结形成完整岩石。

三、结论

通过研究，本文得出以下结论：

(1)预应力管缝锚杆挤密岩石的作用力是通过旋转挤压，使锚杆与岩体结合更加加紧密接触，同时可以减少传统管缝式锚杆对岩体的震动。

(2)施加预应力后还可以进行灌浆锚固，使锚杆能够持久有效的发挥压实挤密作用。

(3)盖重固结灌浆方法只作用给柱状节理玄武岩一个粘结作用不能在径向给予一个挤密压实力。而预应力管缝式锚杆可以在竖直方向上给予柱状节理玄武岩一个挤密作用，同时在外围套管上按照一定间距布置固结灌浆孔，能够使将浆液在压力作用下压入柱状节理玄武岩里面，进而对柱状节理玄武岩进行粘结。这是预应力管缝锚杆的一个特有作用。

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纪辰阳，内蒙古赤峰人，重庆交通大学，水利工程，研究方向:水利水电工程。