软弱地层端头自膨胀扩大型锚固方法

摘要

本发明公开了一种软弱地层端头自膨胀扩大型锚固方法，适用于矿山软岩巷道、隧道、边坡、基坑等岩土工程的支护，尤其适用于软弱地层中岩土体的加固。针对软弱岩土体中难以形成有效锚固结构的问题，提出利用膨胀性树脂锚固剂固化反应过程中膨胀特性形成的自膨胀力对软弱地层的围岩形成挤压力，从而在锚固段形成一段大于原始钻孔直径的锚固段，构成了端头扩大型锚固结构，提高了锚固结构的可靠性和锚固力。所述软弱地层端头自膨胀扩大型锚固结构的工艺简便，施工成本较低，对软弱岩土体加固效果较好。所述软弱地层端头自膨胀扩大型锚固结构具有自膨胀性、可锚固性、高锚固力、高可靠性等特征，是一种施工简便、可行、经济的锚杆支护技术。

权利要求

1.一种软弱地层端头自膨胀扩大型锚固方法，按照锚杆直径设计孔径在软弱岩土体（1）中完成钻孔（2）的施工，清理钻孔，其特征在于包括如下步骤：a．将不同类型的树脂锚固剂顺序放入钻孔（2）中，首先在钻孔（2）内装入孔底弱膨胀性树脂锚固剂（4），之后放入锚固段中部高膨胀性树脂锚固剂（6），然后再放入初始锚固段弱膨胀性树脂锚固剂（5）；

b．将锚杆（3）插入已装好树脂锚固剂的钻孔（2）中，开动锚杆钻机，控制钻机先慢速旋转，待锚杆（3）分别穿过不同类型的树脂锚固剂直至孔底后，再快速旋转搅拌树脂锚固剂3~

5 min；

 c．钻机停止旋转搅拌后，钻孔（2）中不同类型树脂锚固剂按其膨胀率的大小形成对软弱地层“弱－强－弱”的挤压空间，孔底弱膨胀性树脂锚固剂（4）膨胀后形成对软弱地层的挤压空间一（8），初始锚固段的弱膨胀性树脂锚固剂（5）膨胀后形成对软弱地层的挤压空间二（7），锚固段中部的高膨胀性树脂锚固剂（6）膨胀后形成对软弱地层的挤压空间三（9），挤压空间三（9）的膨胀挤压范围大于挤压空间一（8）和挤压空间二（7）；

d．按常规方法在锚杆（3）外露端安装托盘（10）、螺母（11），对锚杆体（3）施加预紧力，实现软弱地层的端头锚固;所述锚固段的总长度为1.0～2.0 m，孔底弱膨胀性树脂锚固剂（4）和初始锚固段的弱膨胀性树脂锚固剂（5）的长度为0.3～0.6 m，锚固段中部的高膨胀性树脂锚固剂（6）的长度为0.4～0.8 m。

所述孔底弱膨胀性树脂锚固剂（4）采用快速凝固的树脂锚固剂，初始锚固段的弱膨胀性树脂锚固剂（5）采用中速或慢速凝固的树脂锚固剂，锚固段中部的高膨胀性树脂锚固剂（6）采用慢速或超慢速凝固的阻燃型聚氨酯树脂锚固剂，以保证孔底弱膨胀性树脂锚固剂（4）和初始锚固段的弱膨胀性树脂锚固剂（5）先固化，锚固段中部的高膨胀性树脂锚固剂（6）再发生固化，形成对软弱地层“弱－强－弱”的挤压空间。

说明书

软弱地层端头自膨胀扩大型锚固方法

技术领域：

[0001] 本发明涉及矿山软岩巷道、隧道、边坡、基坑等工程领域，特别涉及一种软弱地层端头自膨胀扩大型锚固方法。背景技术：

[0002] 锚杆支护是软弱岩土体支护的常用技术之一，传统的锚杆支护具有简单、快捷、方便施工的优点，但是对于软弱地层岩土体，由于其锚固面积有限，很难提供足够的锚固力，从而导致锚杆端部受拉而脱锚，造成锚杆支护失效。一般而言，软弱地层中岩土体强度较低，锚杆锚固后极易被拔出，无法发挥锚杆对岩土体的主动加固作用；尤其是地下工程的施工空间有限，大型施工设备难以使用，造成施工大孔径锚杆钻孔较为困难。

[0003] 为克服软弱地层中锚杆锚固力较低的不利因素，需提高锚杆的承载力与锚固力，目前多采用提高锚杆的锚固长度与锚固接触面积等措施。如整体扩大锚杆钻孔的直径，可增加锚固剂与岩土体的接触面积；或将锚杆由端头锚杆变为全长锚固，在一定程度上提高了锚杆的锚固力，但会造成施工效率低下、支护成本增加，且锚杆的锚固效果不显著，存在锚杆与其锚固体共同被拔出的现象；或采用扩孔钻机对锚固段进行扩孔处理，可将锚杆锚固段一定长度范围内钻孔的直径扩大，这样可以增加锚杆的锚固接触面积，从而提高锚杆的抗拔力，但这样对于软弱岩土体的稳定是不利的，甚至会出现钻孔垮塌及大变形破坏等现象，影响工程进度；或采用伞式钻头，可高效地完成锚杆锚固段的扩孔施工，其施工进度相对较快，但其成本较高，工艺相对复杂。因此，传统上提高软弱岩土层中锚杆锚固力的措施，仅仅是从如何增加锚杆的锚固长度与面积等方面考虑，尚未认识到树脂锚固剂的膨胀性及其膨胀后产生的膨胀力对软弱岩土体的挤压加固作用，尚未利用膨胀性树脂锚固剂的自膨胀挤压特性提高锚固结构的可靠性和锚固力。因此，需找一种简单、便捷、经济，又能满足安全要求的端头扩大锚杆支护技术迫在眉睫。发明内容：

[0004] 本发明的目的是要克服已有技术中的不足之处，提供一种工艺简单、安全、经济、效果显著的软弱地层端头自膨胀扩大型锚固结构。

[0005] 为了实现上述目的，本发明的软弱地层端头自膨胀扩大型锚固方法，按照锚杆直径设计钻孔孔径，在软弱岩土体中施工钻孔，并清理钻孔，包括如下步骤：

[0006] a.将不同类型的树脂锚固剂顺序放入钻孔中，首先在钻孔内装入孔底弱膨胀性树脂锚固剂，之后放入锚固段中部高膨胀性树脂锚固剂，然后再放入初始锚固段弱膨胀性树脂锚固剂；

[0007] b.将锚杆插入已装好树脂锚固剂的钻孔中，开动锚杆钻机，控制钻机先慢速旋转，待锚杆分别穿过不同类型的树脂锚固剂直至孔底后，再快速旋转搅拌树脂锚固剂3～5min；

[0008] c.钻机停止旋转搅拌后，钻孔中不同类型树脂锚固剂按其膨胀率的大小形成对软弱地层“弱－强－弱”的挤压空间，孔底弱膨胀性树脂锚固剂膨胀后形成对软弱地层的挤压空间一，初始锚固段的弱膨胀性树脂锚固剂膨胀后形成对软弱地层的挤压空间二，锚固段中部的高膨胀性树脂锚固剂膨胀后形成对软弱地层的挤压空间三，挤压空间三的膨胀挤压范围大于挤压空间一和挤压空间二；

[0009] d.按常规方法在锚杆外露端安装托盘、螺母，对锚杆体施加预紧力，实现软弱地层的端头锚固。

[0010] 所述锚固段的总长度为1.0～2.0m，孔底弱膨胀性树脂锚固剂和初始锚固段的弱膨胀性树脂锚固剂的长度为0.3～0.6m，锚固段中部的高膨胀性树脂锚固剂的长度为0.4～0.8m。

[0011] 所述孔底弱膨胀性树脂锚固剂采用快速凝固的树脂锚固剂，初始锚固段的弱膨胀性树脂锚固剂采用中速或慢速凝固的树脂锚固剂，锚固段中部的高膨胀性树脂锚固剂采用慢速或超慢速凝固的阻燃型聚氨酯树脂锚固剂，以保证孔底弱膨胀性树脂锚固剂和初始锚固段的弱膨胀性树脂锚固剂先固化，锚固段中部的高膨胀性树脂锚固剂再发生固化，形成对软弱地层“弱－强－弱”的挤压空间。

[0012] 有益效果：本发明针对软弱岩土体中难以形成有效锚固结构的问题，通过树脂锚固剂固化反应过程中的膨胀特性形成膨胀力对软弱地层产生挤压加固作用，利用锚固端的弱膨胀性树脂锚固剂与锚杆体和围岩间形成的锚固结构与高膨胀性树脂锚固剂与锚杆体和围岩间形成的锚固结构组合成复合锚固结构，在不改变原有锚杆材料、施工设备及工艺的基础上，使用不同类型的膨胀性树脂锚固剂，通过树脂锚固剂固化反应过程中膨胀特性形成膨胀应力，从而对软弱地层产生挤压加固作用，提高了锚杆的锚固接触和端面承载面积，为锚杆提供了足够的抗拔力与锚固力。一方面形成较大空间填充膨胀后树脂锚固剂固结体，扩大了锚杆的锚固接触面积和端面承载面积，从而提高了锚杆的抗拔力，增强了锚杆的锚固力，另一方面通过挤压软弱岩土体，使得钻孔周围岩土体介质密实增加，从而使得其物理与力学性能得到改善，也有利于锚固结构的形成。通过膨胀性树脂锚固剂膨胀过程中形成的自膨胀应力对软弱地层的围岩形成挤压力，在锚固段形成一段大于原始钻孔直径的锚固段，构成端头扩大型锚固结构。可在软弱地层中形成有效锚固结构，提高了锚固结构的可靠性和锚固力，软弱岩土层中端头自膨胀扩大型锚固结构的锚固力可达60～80kN，实现对软弱地层的主动锚固支护。充分利用树脂锚固剂的固化反应过程中自膨胀挤压特性及其膨胀后产生的膨胀力实现软弱岩土体的挤压加固作用，可以达到传统扩大头锚杆对锚固结构锚固力和可靠性的改善，避免了传统的提高锚杆锚固力措施的缺陷，在保证施工安全的基础上，能够节约支护成本，提高施工效率。其工艺简单、安全、经济、效果显著，具有广泛的实用性。

附图说明

[0013] 图1为本发明软弱地层端头自膨胀扩大型锚固结构施工示意图。

[0014] 图2为本发明弱膨胀性树脂锚固剂固化反应膨胀效果示意图。

[0015] 图3为本发明弱膨胀性树脂锚固剂与高膨胀性树脂锚固剂固化反应膨胀效果示意图。

[0016] 图中；1－软弱岩土体，2－钻孔，3－锚杆体，4－孔底弱膨胀性树脂锚固剂，5－初始锚固段弱膨胀性树脂锚固剂，6－锚固段中部高膨胀性树脂锚固剂，7－初始锚固段弱膨胀性树脂锚固剂固化反应膨胀后形成的挤压空间，8－孔底弱膨胀性树脂锚固剂固化反应膨胀后形成的挤压空间，9－锚固段中部高膨胀性树脂锚固剂固化反应膨胀后形成的挤压空间，10－高强度锚杆托盘，11－高强度螺母。具体实施方式：

[0017] 下面结合附图对本发明的一个实施例作进上步的描述：

[0018] 本发明的软弱地层端头自膨胀扩大型锚固方法，具体步骤如下：

[0019] a.按照锚杆直径设计钻孔孔径，在软弱岩土体1中施工钻孔2，并清理钻孔，之后安放树脂锚固剂：将不同类型的树脂锚固剂顺序放入钻孔2中，首先在钻孔2内装入孔底弱膨胀性树脂锚固剂4，之后放入锚固段中部高膨胀性树脂锚固剂6，然后再放入初始锚固段弱膨胀性树脂锚固剂5；所述锚固段的总长度为1.0～2.0m，孔底弱膨胀性树脂锚固剂4和初始锚固段的弱膨胀性树脂锚固剂5的长度为0.3～0.6m，锚固段中部的高膨胀性树脂锚固剂6的长度为0.4～0.8m。

[0020] b.用搅拌器将锚杆3杆尾与钻机机头联接，将锚杆3插入已装好树脂锚固剂的钻孔2中，开动锚杆钻机，控制钻机先低速旋转，待锚杆3分别穿过不同类型的树脂锚固剂至孔底后，再高速旋转，通过锚杆搅拌树脂锚固剂3～5min；

[0021] c.钻机停止旋转搅拌后，钻孔2中不同类型树脂锚固剂按其膨胀率的大小形成对软弱地层“弱－强－弱”的挤压空间，孔底弱膨胀性树脂锚固剂4膨胀后形成对软弱地层的挤压空间一8，初始锚固段的弱膨胀性树脂锚固剂5膨胀后形成对软弱地层的挤压空间二7，锚固段中部的高膨胀性树脂锚固剂6膨胀后形成对软弱地层的挤压空间三9，挤压空间三9的膨胀挤压范围大于挤压空间一8和挤压空间二7；所述孔底弱膨胀性树脂锚固剂4采用快速凝固的树脂锚固剂，初始锚固段的弱膨胀性树脂锚固剂5采用中速或慢速凝固的树脂锚固剂，锚固段中部的高膨胀性树脂锚固剂6采用慢速或超慢速凝固的阻燃型聚氨酯树脂锚固剂，以保证孔底弱膨胀性树脂锚固剂4和初始锚固段的弱膨胀性树脂锚固剂5先固化，锚固段中部的高膨胀性树脂锚固剂6再发生固化，形成对软弱地层“弱－强－弱”的挤压空间。

[0022] d.将搅拌器换为安装器，开动钻机，按常规方法在锚杆3外露端安装托盘10、螺母11，对锚杆体3施加预紧力达设计要求，实现软弱地层的端头锚固。

[0023] 一般弱膨胀性树脂锚固剂固结体体积自由膨胀率为其自身体积的5～10倍，在岩土体约束条件下的体积膨胀率为其自身体积的2～3倍，产生的自膨胀应力可达岩土体强度的1.5～2倍；高膨胀性树脂锚固剂固结体体积自由膨胀率为其自身体积的25～30倍，在岩土体约束条件下的体积膨胀率为其自身体积的5～8倍，产生的自膨胀应力为岩土体强度的2～3倍。具体的锚固剂组分参数需根据岩土体物理与力学性质和树脂材料特性通过试验确定。根据选择的固化剂类型和组分比例的不同及细骨料掺量的变化控制锚固剂的固化反应过程中的膨胀率，从而产生合理的膨胀应力，形成对软弱岩土体的有效挤压加固作用。