预应力锚索参数设计与工程应用

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1、预应力锚索参数设计与工程应用【1-煤炭科学研宄总院北京100013,2-双鸭山矿业（集团）公司物资供应公司黑龙江双鸭山155100】摘要综合介绍了预应力锚索系列和主耍参数设计方法。在计算公式中引入锚具效率系数和张拉应力控制系数等重要参数，对确定锚索安全系数有重要参考价值。关键词锚索系列参数设计1引言锚索支护技术近年来发展迅速，尤其在我国煤矿巷道支护屮占的比例越来越大，应用范围也越来越广。目前锚索支护的应用已从岩巷发展到煤巷，在需要加大支护长度和支护强度的地方，这是一条十分有效的途径。凡是遇到困难条件的支护问题，往往用锚索支护来解决。锚索支护的显著特点是：锚索长度较长，能够锚入到深部较稳定的

2、岩层中；锚索可施加预泣力，承载力大。一般说来，要提高锚索支护的可靠性，首先要保证锚索产品的质量，其次要保证锚索支护有足够的长度、适当的密度以及可靠的承载力。锚索支护是一种主动支护，它的应用极大地提高了巷道支护的整体水平，对保证安全生产、实现高产高效起到了重要作用。“九五”攻关以来，锚索支护成为煤矿巷道支护的主耍形式，煤矿锚杆支护技术得到大面积推广，煤巷锚索支护也随之得到长足的发展。煤巷锚索支护技术的成功应用有效地解决了煤巷支护的难题。2预应力锚索预应力锚索是向岩层传递力的一种支护手段，它可按给定的方向和荷载大小将力从岩体表面传递到岩层深处，从而使被加固的岩体受到一个有益的预压应力。在这一过

3、程中，岩体得到加同并使其强度增力U，其他力学性能也会得到改善。预应力锚索的作用有以下几个方面特点：①预应力锚索由高强度材料组成并有可靠的锚固体系，因而它能提供数量可观的预应力；②预应力锚索的长度一般较长，能够锚入到深部比较坚固稳定的岩层中去；③预应力锚索可按给定的载荷大小、方向设计和施工，冃标明确，参数可灵活调整；④施工工艺简便，影响因素小，而且还能与其它加固措施相配合。预应力锚索在结构上要形成系列，以满足岩巷和煤巷的不同需要；配套机具要小型化、轻型化和实用化；在施工工艺上也要形成一套完整的施工方法。2.1预应力锚索分类和系列化2.1.1预应力锚索分类预应力锚索按不同的方法有多种分类，但考

4、虑到正处在发展阶段，锚索类型还比较简单，因此按用途和锚同方式综合分类。预应力锚索综合分类见图1。图1预应力锚索综合分类2.1.2预应力锚索系列目前，预应力锚索系列参数见表1。表1预应力锚索系列（注：计算以Ol5.24mm、强度1860MPa的钢绞线为例。）单朿锚索采用树脂锚固剂卷锚同，在实际应用上具有明显优势，其突出特点是施工简便、可快速承载，己成为煤矿巷道支护中的主要手段，通过大面积推广应用，社会效益、经济效益十分显著。这项技术略加改进也可应用在水工硐室、交通隧道及其它地下工程的初次支护和局部补强支护上。2.1.3锚索材料构成锚索的主要材料通常选用下列三种，即高强预应力钢绞线、高强预应力

5、钢丝和精轧螺纹钢筋。井下一般应选用强度高、韧性好和低松弛的钢绞线，运输与安装十分方便。①15.24mm、强度1860MPa和①17.8mm、强度1860MPa的钢绞线目前使用较为广泛。较大直径的钢绞线也开始试用。值得指出的是，也冇用玻璃纤维增强塑料杆体作为锚索材料的，这种材料的优点是耐腐蚀，易切割。锚索所采用的配套锚具需选用符合GB/T14370—2000规定的夹片式锚具，并应与所用钢绞线的规格和强度级别相匹配。其它附件可采用钢、塑材料制造，但不得采用木质和有色金属材料。特殊需要的防腐材料应保持耐久性和化学稳定性。2.2预应力锚索主要参数设计锚索设计载荷应为：Nt?m?n?Sn?Rm式中•

6、•Nt——设计承载力，N;m一一张拉应力控制系数；n—一钢绞线根数；Sn——钢绞线参考截面面积，mm2；Rm——钢绞线抗拉强度，MPa。锚索极限载荷应为：Ru??a?n?Sn?Rm式中：Ru—一锚索极限载荷，N;?a一一锚具效率系数，取0.95;n一一钢绞线根数；Sn一一钢绞线参考截面面积，mm2；Rm——钢绞线抗拉强度，MPa。锚索安全系数为：K?RuNt式中：K——安全系数；Ru锚索极限载荷，N;Nt铺索设计载荷，N。将前两个公式代入，即得出：K??a因此，锚索的安全系数与锚具效率系数?a和张拉应力系数m有关。也可给出K值再反算出m值，但影响安全系数的因素必须明确。由于矿山井巷工程的复

7、杂条件，本文建议张拉应力控制系数取0.60为宜。如果岩层条件较好，也可取0.65。2.3岩巷砂浆锚多束固锚索多束锚索主要用于岩巷、交岔点、人硐室及破损井巷工程的加固，也可用于露天矿边坡治理。多束锚索结构见图2。（1-钢绞线；2-锚具；3-球铰垫片；4-垫片；5-钢垫座；6-自由段索体；7、10-水泥砂浆；8-对中支架；9-架线环；11-导向帽；12-排气管）图2多束锚索结构示意图这种锚索在结构上采用了钢结构垫座和可调角度