压力分散型预应力锚索注浆材料性能研究

(贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司 贵州 贵阳 550000)

压力分散型预应力锚索注浆材料性能研究

尹建伟 唐 赛

(贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司 贵州 贵阳 550000)

本文从注浆材料组成的不同类别出发，首先分别阐述了它们在注浆体中的作用。通过从浆—锚界面分析，得出注浆材料对于锚索的无粘结钢绞线和承压板的防腐、力学作用方面有积极的影响影响；通过浆—岩界面分析，注浆材料通过对锚孔围岩的润湿作用、增强作用以及力学作用来增强压力分散型预应力锚索的锚固性能。

力分散型预应力锚索；注浆材料；浆—锚界面；浆—岩界面

在路堑深挖方的支护处理方式中，预应力锚索是一种十分有效的路堑深挖方支护措施，其已在国内外各类路堑深挖方治理工程中得到广泛使用。为了提高锚索锚固段的锚固力，人们已开始逐渐认识到锚固段注浆材料的重要性[1]。

1 注浆材料

1.1压力分散型预应力锚索结构

压力分散型预应力锚索

压力分散型锚索主要结构包括承压板、无粘结钢绞线、注浆体、锚头等。主要的施工工序为钻孔、锚索的制作、锚索的安装、锚孔注浆、锚索张拉、锚索封锚、预应力损失监测。其具有良好的稳定性和防腐性，其一般适用于边坡介质为破碎软弱的岩层的边坡加固工程。

1.2注浆材料

注浆材料主要应起到以下四种作用：①阻止注浆体中原有微裂纹的扩散并延缓新裂纹的产生；②提高注浆体的力学强度；③提高注浆体的协调变形能力并改善其抗腐蚀性；④提高浆—岩界面的摩阻力。以下阐述注浆材料几种重要组成物质对注浆体性能的改善[2-6]。

1.2.1 外加剂

外加剂是为改善和调节水泥砂浆的性能而掺加的物质，锚索注浆材料的外加剂有很多种，常用的外加剂是减水剂和增稠剂。

1.2.2 无机结合料

一般的，砂、水、水泥三种物质混合组成砂浆。水泥颗粒与无机结合料颗粒的粒径会形成一种新的级配，从而提高砂浆体的力学性能。工程中把无机结合料混入砂浆中是为了改善注浆材料的强度。

1.2.3 聚合物

考虑到聚合物掺入水泥砂浆的保水率、流动性，主要选用乳液加消泡剂、锚固剂配合使用，作用主要有两点优点：①能够提高水泥砂浆的保水性、流动性；②提高浆—岩界面的粘结作用。

2.注浆材料对锚索的性能影响

2.1防腐性能

边坡锚固中的锚索受到围岩介质与预应力张拉的双重作用，对其稳定性要求很高，钢绞线和注浆体是锚索受力的主体，当其受到腐蚀破坏时，会影响锚索的锚固效果。注浆材料性能较好时对锚索的包裹会很充分，而且注浆材料性能较好使其形成的注浆体力学强度高，不易产生裂纹，这样能有效的阻止外部介质对锚索的腐蚀。

2.2力学性能

2.2.1 对轴向应力和剪应力的影响

当对锚索施加张拉预应力时，单位锚索体会受到承压板挤压而产生轴向应力和剪应力，此时当注浆体的抗压强度小于其轴向应力或者注浆体的抗剪强度小于围岩的径向压力时，注浆体会发生破坏，从而导致锚索失效[7]。说明注浆体需要有较高的力学强度，此时可以选择合适的外加剂或聚合物来增加其力学特性。

2.2.2 注浆材料粘结强度

注浆材料同锚孔围岩的粘结强度的大小是受其介质条件控制的。实验结果表明，树脂材料在煤、页岩、泥灰岩、砂岩的边坡介质下，其粘结强度为1.6-3.0 Mpa，但其在花岗岩及火成岩的边坡介质下，其粘结强度为5.0-7.0 Mpa。

3.注浆材料对锚索围岩的影响

3.1润湿作用

浆—岩界面的润湿性可用接触角θ表示：

式中

3.2增强作用

3.2.1 改性作用

在围岩中渗入注浆材料可以改善其性质，即在围岩一定深度内注浆材料与围岩发生化学反应：（1）化学胶结作用；（2）惰性充填作用；（3）离子交换作用。

3.2.2 劈裂充填作用

在围岩中，劈裂注浆要求是泵送注浆材料的泵送压力要大于围岩的压力，使围岩沿垂直于小主应力的平面(或节理面)发生劈裂，于是注浆材料渗入到围岩间隙，使得围岩间隙周围的岩层结合起来，起到加固作用；同时注浆在围岩间隙内贯通形成骨架结构，起到的充填作用；通过注浆压力，岩土体也因受挤压而致密，减小间隙宽度等，明显改善围岩的力学性质。

3.2.3 亲水效应

注浆材料需适量添加亲水的物质，提高其表面张力，增强注浆材料对围岩的润湿性，最终增强浆—岩界面的粘结强度。

3.3力学作用

3.3.1 岩土体参数的变化

由于边坡介质中注浆材料会渗入一定深度的围岩形成复合体，边坡介质反应之前的围岩参数会发生积极的变化，比如围岩间隙减少，弹性模量提高，这些都会使围岩的稳定性增强。

3.3.2 岩土体强度的提高

注浆可显著改善围岩岩层的粘结强度，即围岩的力学强度有着明显的提高，也间接地提高了围岩岩层的内摩擦角φ。注浆材料在边坡间隙扩散后凝固后可形成骨架，抗压强度得到提高。注浆材料单轴抗压强度可达以上，由前面小结可知注浆材料会在围岩中起到劈裂充填作用，形成浆岩复合体，对边坡介质进行整体改性，改性后的这种复合体的单轴抗压强度提高至少此外，注浆还可以岩层内部原有的导水通道，堵水率高达以上，这将有效的解决水对锚索造成的腐蚀。

3.3.3 岩土体渗透性的改善注浆对边坡间隙的作用机理主要表现在两方面，一是注浆材料渗入围岩以后，由于注浆材料的填充作用会明显减少围岩间隙的长度和宽度，加上复合体的产生会大幅地提高围岩的力学强度。二是注浆材料填充间隙等渗流通道使得渗透量直接减少，即渗透系数下降。

岩土体渗透性质的改善，不仅能提高路堑深挖方抵抗因水侵蚀滑动面而导致的边坡的抗滑指标降低的能力，而且还可以围岩的力学强度，提高其滑动面的抗剪强度，对锚索的锚固也是有利的。

4.结论

本文分析了注浆材料对锚索防腐性能的影响；注浆材料对锚索的影响主要是轴向应力和剪应力，选择合适的注浆材料可以提高注浆体的力学性质，降低锚索失效的风险，从而提高锚索的锚固性能；

本文从三个方面分析了注浆材料对锚索围岩的影响，一是注浆材料的润湿性；二是注浆材料对围岩的增强作用，其中劈裂充填作用尤为重要，注浆在岩土体间隙内形成起骨架作用的浆脉，起到的充填作用；三是注浆材料对岩土体的力学作用，注浆可显著改善边坡岩土体材料颗粒的胶结性质，表现为锚孔围岩强度整体的提高，包括注浆可显著改善围岩岩层的粘结强度，和间接地提高了围岩岩层的内摩擦角。

[1]梁炯婆.锚固技术十年发展与展望[M].北京：中国矿业大学出版社，1998（12）：136-141

[2]陈彦林.我国高速公路突破十万公里[N].中国公路网,2013：12-31

[3]曾宪明、范俊奇、李世民，等.制约锚固类结构发展应用的若干问题概论[J].岩土工程学报2010（7）：57-62

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