GB-50086—2001锚杆喷射混凝土支护技术规范-.doc

GB-500862001锚杆喷射混凝土支护技术规范-中华人民共和国国家标准锚杆喷射混凝土支护技术规范GB500862001条文说明目次1总则33围岩分级44锚喷支护设计84.1一般规定84.2锚杆支护设计124.3喷射混凝土支护设计155现场监控量测265.1一般规定265.2现场监控量测的内容与方法265.3现场监控量测的数据处理与反馈276光面爆破297锚杆施工317.1一般规定317.2全长粘结型锚杆施工327.3端头锚固型锚杆施工327.4摩擦型锚杆施工337.5预应力锚杆施工347.6预应力锚杆的试验和监测358喷射混凝土施工368.1原材料368.2施工机具368.3混合料的配合比与拌制378.4喷射前的准备工作388.5喷射作业398.6钢纤维喷射混凝土施工418.7钢筋网喷射混凝土施工428.8钢架喷射混凝土施工428.9水泥裹砂喷射混凝土施工438.10喷射混凝土强度质量的控制449安全技术与防尘479.1安全技术479.2防尘4810质量检查与工程验收4910.1质量检查4910.2工程验收511总则1.0.1、1.0.2锚杆喷射混凝土支护（简称锚喷支护）已在国内地下工程中获得广泛应用，并收到了明显的技术经济效果。但是，由于国内没有一本完整的、统一的技术规范，锚喷支护工程设计保守，不适当地增加工程投资及设计、施工不当，工程质量低劣，危及安全使用的现象不乏其例，甚至出现隧洞工程片帮、冒顶，造成国家财产严重损失的事例也时有发生。制订本规范，是为了使锚喷支护的设计、施工和验收有一个全国统一的标准，符合技术先进、经济合理、安全适用、确保质量的要求，更好地推动地下工程建设的发展。本规范主要适用于矿山巷道、竖井、斜井、铁路隧道、公路隧道、城市地铁、水工隧洞及各类地下工程的锚杆喷射混凝土初期支护和后期支护。也适用于边坡工程的锚杆喷射混凝土支护的施工。1.0.3锚杆喷射混凝土支护与传统支护不同，其主要作用在于主动加固围岩，发挥围岩的自支承能力。因此，锚喷支护的设计和施工，必须正确有效地运用锚喷支护的特性，遵循一整套与传统支护不同的原则。做好工程的地质勘察工作，是锚喷支护设计施工的一条总原则。勘察可以为锚喷支护的设计、施工提供依据。加强施工过程中的地质调查，能为修改设计和指导施工提供信息。由于地下工程和矿山井巷所通过的围岩地质条件错综复杂，正确的设计和合理的施工方法，必须根据当地的地质条件和工程要求来确定。因此，锚喷支护必须遵循因地制宜的原则，以达到经济合理和安全可靠的目的。1.0.4锚喷支护是一门综合性、多科性和边缘性强的工程技术，涉及到地质勘察、岩土力学混凝土材料，钢筋混凝土结构的设计施工、地下工程防排水等技术领域，本规范不可能、也无必要包含锚喷支护工程设计施工可能涉及的所有技术规定。因此，本条规定除遵守本规范外，尚应符合现行有关国家标准的规定。3围岩分级3.0.1、3.0.2说明如下：1围岩分级的依据和适用范围。1）围岩分级的依据和适用范围。本规范的围岩分级是以锚杆喷射混凝土支护技术规范GBJ86中的围岩分级为基础，并吸取了工程岩体分级标准GB50218的有关内容制订的，适用于隧道与地下工程锚喷支护设计与施工。2）围岩等级划分。本规范把围岩分为级，分别表示围岩为稳定、稳定性较好、中等稳定、稳定性差和不稳定五种状态。分级表中前三级基本上是整体稳定的围岩，围岩破坏形式主要是局部块体、层状体的塌落和片帮，产生的围岩压力主要是松动压力。后两级围岩则是整体不稳定的松散软弱围岩，大都会出现塑性状态，产生的围岩压力主要是形变压力。本规范围岩分级采用了多因素定性和定量指标相结合的分级方法。虽然围岩分级（本规范表3.0.2）中没有给出以岩体完整性系数与岩石单轴抗压强度的乘积为主要特征的岩体质量系数，但由于表3.0.2中给出了岩石单轴抗压强度和岩体完整性指标，所以，实际上也等于给出了岩体质量系数，并基本上以此作为分级的主要定量指标。本规范的围岩分级中，考虑了岩体的完整性、结构面性状、岩石强度、地下水和地应力状况等自然地质因素。在定性方面考虑了岩体完整性状态，定量方面则增添了岩体声波指标和岩体完整性系数。2围岩分级基本因素的考虑。1）围岩完整性。岩体完整性是影响围岩稳定性的首要因素，它通常取决于岩体结构类型、地质构造影响与结构面发育情况。（1）岩体结构类型。岩体是由不同地质成因的岩石组成的。从地质成因来说，岩体可概括为块状岩体与层状岩体。块状岩体指块状的火成岩与变质岩，层状岩体指沉积岩、沉积变质岩、喷出火成岩等具有原生成层的岩体。在岩体结构类型划分中，考虑了岩体结构体的块度尺寸。本围岩分级中，块状岩体分为整体状结构、块状结构与散块状结构、碎裂镶嵌结构与碎裂状结构、散体状结构（见表1）。碎裂镶嵌与碎裂状结构，虽然块体大小相同，但其咬合程度不同，因而完整性不同。表1 块状岩体按结构体块度的划分岩体结构类型块度尺寸（以结构面平均间距表示）（m）整体状结构0.8块状结构与散块状结构0.40.8碎裂镶嵌与碎裂状结构0.20.4散体状结构0.2层状岩体按其单层厚度分为厚层、中厚层与薄层，但层状岩体结构类型中按层间结构程度，又细分为层间结合良好、较好和不良的三种情况，此外，还增加了软硬岩互层岩体结构类型。（2）构造影响程度和结构面发育情况。围岩分级（本规范表3.0.2）中，按地质构造影响大小可分为影响轻微、较重、严重、很严重四级。结构面发育情况包括节理裂隙或层面的密度（间距）、组数、贯通程度、闭合程度、充填情况和结合情况等。主结构面与洞轴线的不同交角关系，对拱部和边墙的稳定性可以有不同的影响。如主结构面为小于30的缓倾角时，拱部需采用以锚杆为主的支护型式。软弱结构面及其组合关系，对围岩稳定性有重要影响。所谓软弱结构面，是指软弱夹层、破碎带、软弱泥化带、断层及夹泥层结构面等。软弱结构面的间距与组数，软弱结构面与洞轴线、临空面的不利组合以及由软弱结构面形成的可能滑移的不稳定块体的大小与数量，都会危及围岩的稳定程度。本规范表3.0.2中反映了上述因素对围岩稳定性分级的影响。（3）岩体纵波速度与岩体完整性系数。岩体纵波速度Vpm能综合表达岩体质量，而岩体完整性系数Kv只能表示岩体的完整性，围岩分级（本规范表3.0.2）中采用以岩体和岩石声波速度的平方比表示岩体完整性系数Kv。表3.0.2中引用的各类围岩的Vpm和Kv数值，大致与国内外常用的数据相接近，尚需在今后实践中不断修正。本规范围岩分级（表3.0.2）中的声波速度测试规定采用孔测法。为测试方便起见，今后需开展锤击法测试的研究。2）岩石强度。由于岩块强度可由室内试验获得，因此，围岩分级中一般采用岩石单轴饱和抗压强度（Pc）作为强度指标。该强度既考虑了地下水对岩石软化，又考虑了岩石的风化情况，同时，它与其他力学指标有较好的互换性，而且，试验方法简单可靠。为了消除岩块加工的麻烦，对小型工程可采用点荷载强度代替单轴抗压强度。按本规范围岩分级（表3.0.2）中所给的单轴饱和抗压强度值，可将岩石分为A、B、C、D、E五级（见表2）。表2 岩石强度等级划分岩石强度等级单轴饱和抗压强度（MPa）代表性岩石A60花岗岩，闪长岩，安山岩，玄武岩，流纹岩，晶质凝灰岩等火成岩类；片麻岩，片岩，大理岩，石英岩等变质岩类B3060硅质、铁质胶结的砾岩，砂岩，硅质页岩，石灰岩，白云岩等沉积岩类C2030红色砂岩D1030（整体状1020）泥质页岩，泥灰岩，粘土岩，泥质砂岩和砾岩，绿泥石片岩，千枚岩，部分凝灰岩E10实际上，与围岩稳定性直接有关的因素是岩体强度，但岩体强度需在现场测试，一般不容易做到。因此，在围岩分级中常引入岩体准抗压强度概念，以近似代替岩体强度。准抗压强度可用岩体完整性系数Kv与岩石单轴饱和抗压强度Rc的乘积表示。岩体完整性系数取决于岩体结构类型。因此，相同的岩石抗压强度相对于不同结构类型的岩体，其岩体准抗压强度是不同的。目前，围岩分级中，常用岩体准抗压强度作为分级指标。考虑到岩体完整性系数与岩体结构类型相对应，因此，在本规范围岩分级中，主要以岩体结构类型与岩石单轴饱和抗压强度不同组合确定围岩级别。3.0.4围岩分级表（本规范表3.0.2）中考虑了地应力的影响。一般在、级围岩中，岩体强度较高，地应力对围岩稳定性基本无影响，可不予考虑，而在、级围岩中则需考虑。表征地应力影响的指标采用围岩强度应力比Sm，见本规范公式（3.0.4-1）。在本围岩分级中确定Sm时，参照了国外建议的岩石强度应力比（见表3），即 （1）同时，根据对国内某些矿区和隧道的调查，一般埋深在300m以上时，显示出较明显的地压现象，支护破坏率增高。据此，我们把类围岩的Sm极限值定为2，类围岩的Sm极限值定为1。表3 国外采用的岩石强度应力比（fr/1）分级分级分类法地应力中地应力强地应力法国隧协4242日本应用地质协会4242前苏联顿巴斯矿区42.242.2日本国铁隧规646243.0.5在、级围岩中，地下水是造成围岩失稳的重要因素之一，它可使岩石软化，强度降低；还可使软弱结构面泥化或冲走充填物，减少摩阻力，促使岩块滑动；地下水还可造成膨胀地压。在、级围岩中，岩石坚硬，软弱结构面较少，本围岩分级中一般不再考虑地下水影响。但、级围岩中若有充泥的软弱结构面存在，有时要求对软弱结构面进行加固处理。因此、级围岩则应按地下水规模、岩石和结构面的软弱程度及地下水对围岩稳定性的危害大小，酌情降低围岩级别。围岩中地下水的规模可分为四类：渗裂隙渗水；滴雨季时有滴水；流以裂隙泉形式，流量小于10/min；涌涌水，有一定压力，流量大于10/min。3.0.6在、级围岩中，当存在断层或软弱夹层时，应审慎地选择洞轴线的方向，使其与断层或软弱夹层大角度相交。不然，当洞轴线与主要断层或软弱夹层交角较小时，则会影响隧洞的稳定性，当夹角小于30时，则围岩级别应降低一级。4锚喷支护设计4.1一般规定4.1.1目前，地下工程中锚喷支护设计有工程类比法、监控量测法与理论验算法等三种方法，尤以工程类比法应用最广，通常在工程设计中占主导地位。因而，本条规定三种设计方法中以工程类比法为主。但考虑到某些地质复杂、经验不多的地下工程，单凭工程类比法不足以保证设计的可靠性和合理性，此时应结合其他的设计方法。监控量测法是一种较为科学的设计方法，应当予以高度重视和大力推广。本规范相应条文中规定，对不稳定的，稳定性差的软弱围岩或较大跨度的工程，应采用监控量测法。理论验算法既是当今地下工程支护设计中的一种辅助方法，又是今后设计的发展方向，但鉴于岩体力学参数难以准确确定以及在计算模式方面还存在一些问题，因而，通常只作为工程设计中的辅助手段。本规范相应条文中规定，对处在稳定性较好的围岩中的大跨度工程，锚喷支护设计应辅以理论验算。此外，无论何种情况下，凡可能出现局部失稳的围岩，都需要通过理论计算，进行局部加固。4.1.2、4.1.3在地下工程设计和施工中，必须十分强调做好地质勘察工作。地质勘察工作是工程选点、围岩分级和结构设计的基础，是指导施工的依据，尤其是采用锚喷支护的地下工程，要求充分利用围岩自身承载能力，更需要查明工程地质情况。划分围岩级别通常分为两个阶段：勘察阶段初步划分围岩级别与施工阶段详细划分围岩级别。勘察阶段初步划分围岩级别。主要内容是根据隧洞开挖前获得的地质资料选定洞轴线，并根据沿洞轴线的地质剖面图，按分级表中的定性指标与岩石强度，初步确定各段围岩级别。然后，根据初定的围岩级别及工程尺寸，按锚喷支护参数表（见本规范表4.1.21、表4.1.22）确定支护的类型和参数。施工阶段详细划分围岩级别。主要内容是深入查明开挖地段的工程地质与水文地质情况，并进行围岩声波测试和岩石点荷载测试等工作；绘制沿洞轴线的综合地质素描图或展示图，标出围岩不稳定块体的出露位置和大小、滑塌方向；确定岩体强度应力比，详细地确定各段围岩级别，作为修正原设计支护类型和参数的依据。本规范中“隧洞和斜井的锚喷支护类型和设计参数”（见表4.1.21）的编制，其基本依据是国内大量工程实践和各部门现行的技术规定。围岩产状不同，结构面走向与洞轴线交角大小不同，对隧洞拱部和边墙稳定性影响也就不同。故支护参数表4.1.21对、类围岩中一些不同跨度的隧洞，给出了两种支护参数，即对于缓倾角围岩中的隧洞拱部及急倾角围岩中的隧洞易失稳一侧的边墙，应优选采用锚杆支护类型，使支护设计既安全可靠，又经济合理。从国内112个锚喷支护隧洞工程实例统计的情况来看，锚杆的长度，大体如表4所示。表4统计的锚杆长度（m） 毛洞跨度B（m）围岩级别B55B1010B1515B2020B25241.52.5232.53.01.54121.53.01.53.5241.522323.52.531.52.523本规范“隧洞和斜井的锚喷支护类型和设计参数”（见表4.1.21）中不同围岩级别，不同隧洞跨度中选用的锚杆长度，大体上与工程实践相一致。但对、级围岩中跨度大于15m并小于25m的洞室工程，必要时锚杆长度应大于表4中所给的数值或采用预应力锚杆，以确保工程的稳定性。4.1.4、级围岩和级围岩中跨度大于5m的工程，因地质条件复杂，容易出现事故，所以单靠工程类比法设计是不够的。本条文规定表明，级以下围岩的初期支护参数，可按照锚喷支护参数（见本规范表4.1.21）中给出的数值确定，而后期支护应根据监控量测法设计确定。并应注意，初期支护参数，应小于锚喷支护参数（表4.1.21）中的数值，因为表4.1.21中给出的数值是初期支护与后期支护之和。4.1.5本条规定对、级围岩中跨度大于15m的工程，除按照本规范表3.1.21选择锚喷支护参数外，还需对围岩稳定性进行力学分析，最终确定支护设计参数。这是由于目前大跨度工程实例还不多，其次是大跨度隧洞围岩不稳定性增大，所以，为保证安全可靠和获得合理支护参数，有必要对围岩的稳定性进行力学验算或通过模型试验进行稳定性分析。4.1.6关于围岩整体稳定性验算，目前国内外尚无统一的标准。围岩应力状态计算方法也不统一，但多数人认为应以弹塑性理论为计算依据，若只按弹性理论进行围岩失稳验算是不合理的。因为不让围岩进入塑性，违反了现代支护理论的基本原则，即无法充分发挥围岩的自承能力。事实也表明，围岩出现一定范围的塑性，并不会失稳，反而能充分发挥围岩的自承能力，从而节省了锚喷支护工程量。因此，本条中规定围岩稳定性验算可采用以弹塑性理论为基础的数值解法或解析解法。由于岩体参数不易准确确定，因此，计算中不必过于追求高精度的计算模型和计算方法。也允许采用将弹性应力代入莫尔库伦准则求塑性区的计算方法，这样求出的塑性区范围一般偏小，可乘以1.11.4的系数。目前，尚无评定围岩稳定性的标准方法。但从理论分析可知，限制围岩受拉区、塑性区和松驰区的最大范围或隧洞周边的最大位移量，或洞周的最小支护抗力值，都能起到控制围岩失稳的作用，问题是其量值应为多少才合适，缺乏统一的标准，目前主要是依据设计人员的经验和参照过去的工程实例来确定。洞周的允许位移量亦可参考本规范表5.3.3来确定。本条规定体现了围岩局部失稳采用局部加固的设计原则。设计人员根据施工阶段沿洞轴线地质展示图上标出的围岩不稳定块体的大小，采用锚喷支护参数（本规范表4.1.21）中给出的支护参数，用块体极限平衡方法进行局部稳定性验算。荷载只考虑不稳定块体的自重，一般不计由地应力作用引起的围岩应力。这是因为应力重分布导致不稳定块体周边的应力降低，同时，由于地应力数值不易取得和不便计算。拱腰以上部位的不稳定块体，一般呈现塌落的形式失去稳定，因而不计结构面上的C、值；而拱腰以下部位的不稳定块体，则呈现滑落的形式，应计自重引起的摩擦力作用，有时还考虑结构面上的粘结力作用。4.1.7对边坡工程锚喷支护设计，应在充分掌握边坡的地质勘察资料的前提下，首先根据岩土性状和岩土结构特征等分析判断可能出现的失稳破坏类型，如平面滑动、圆弧滑动、楔体滑动和倾倒破坏等。对于一般的边坡稳定问题，可采用极限平衡法求解。对于复杂的边坡稳定问题，可采用数值分析方法处理。边坡采用数值分析方法的合理性主要取决于计算模型及计算参数是否符合边坡的客观状况。数值分析方法能模拟边坡开挖程序和锚杆施作时机，反映施工过程诸因素的变化对边坡稳定性的影响，给出边坡开挖后的位移场和应力场。显示塑性区和拉应力区分布的部位，这些都为边坡的锚固设计提供重要依据。4.1.8由于现场测试中，存在着选取测点的代表性问题和岩体试件的尺寸效应等问题，设计中选用的E、C、值均较实测值低。尤其当围岩进入塑性破坏后，塑性区中C、E值随之降低，靠近洞壁的C、E值降低多，而靠近弹塑性区交界处，C、E值降低少。如果计算中不考虑塑性区中C、E值的这种变化，则应取C、E的平均值作为计算参数，其值通常可由设计人员及勘察人员，按实测值和现场实际情况商定。实践表明，塑性区中值降低不多，一般不再考虑折减。在本条中还根据1995年颁布的现行国家标准工程岩体分级标准GB50218给出了各级围岩的力学指标及岩体结构面抗剪断峰值强度。地应力或支护前洞壁的位移值或释放荷载值，在条文中虽未作规定，但这两个数据都是计算中所必要的，无论在数值计算或分析计算中，都需要知道这两个数据。对于重要工程，宜采用实测的地应力值。无实测条件时，垂直地应力可按覆盖层的厚度计算确定，侧压系数值可参照当地其他工程实测资料和该地区地质构造情况估计确定。支护前洞壁位移或释放的荷载值，随施工方法的不同而不同，目前只能借助实测值和经验来确定。如果是实测值，还应考虑量测前已产生的位移和释放的荷载。目前，有些程序中以洞壁实测位移作为边界条件，这种计算方法更能反映实际情况。对封闭式支护结构，如果计算中不考虑隧洞开挖和支护程序，则支护前洞壁位移值可以近似取仰拱封底前的洞壁位移值或略小于该位移值。4.1.9竖井通常是矿山开采的咽喉工程，一般服务年限较长，故在选用锚喷支护时，均采取审慎态度。鉴于目前、级围岩的竖井中，采用锚喷支护的实例不多，故在竖井锚喷支护类型及设计参数（本规范表4.1.22）中，仅列入、级围岩竖井锚喷支护类型与参数，而且，其支护参数均比同等横断面的隧洞有所增大。4.1.10本条规定主要是针对地下工程的特殊部位而言，体现了因地制定、区别对待的设计原则，以确保工程设计既安全可靠、又经济合理。1隧洞交岔点、断面变化处等特殊部位，是应力比较集中的地方，加强其支护结构，以确保这些地段的稳定性。2喷射混凝土支护的作用，主要是依靠它与围岩表面的紧密粘结来保证其与围岩共同工作的。在光滑岩面上，这种粘结力就很小，因此，应采用以锚杆或钢筋网喷射混凝土为主的支护类型，以获得足够的支护抗力，有效地加固围岩。3围岩较差地段的支护应向围岩较好地段延伸一定长度，一般来说应延伸1.0m以上。4.1.11本条规定中提出的6种地质条件都不属于本规范围岩分级中的正常类型。一些试验表明，在膨胀性岩体中，采用锚喷支护与其他支护形式相结合的复合支护是行之有效的，采用锚喷支护作为复合支护的初期支护是适宜的。在其余5种情况下，采用锚喷支护尚无足够把握。总的来说，本条所述6种岩层采用锚喷支护都缺乏经验，因而，其设计需要经过试验后确定。4.2锚杆支护设计4.2.1本条规定中所列出的前4种锚杆类型是按锚杆的作用原理来划分的，后1种自钻式锚杆是本次修订规范时新增的。全长粘结型锚杆是一种不能对围岩加预应力的被动型锚杆，适用于围岩变形量不大的各类地下工程的永久性系统支护。端头锚固型锚杆，安装后可以立即提供支护抗力，并能对围岩施加不大于100kN的预应力，适用于裂隙性的坚硬岩体中的局部支护。摩擦型锚杆，安装后可立即提供支护抗力，并能对围岩施加三向预应力，韧性好，适用于软弱破碎、塑性流变围岩及经受爆破震动的矿山巷道工程。预应力锚杆能对围岩施加大于200kN的预应力，且能处理深部的稳定问题，适用于大跨度地下工程的系统支护及局部大的不稳定块体的支护。自钻式锚杆，是一种具有钻进、注浆、锚固三位一体的锚杆，在复杂地层或需套管护壁钻进且工作空间狭小条件下，施工简便、锚固效果较好。4.2.3端头锚固型锚杆，国内目前有以下几种结构形式（见图1）。其中机械式锚固适用于硬岩或中硬岩；粘结式锚固除用于硬岩及中硬岩外，也可用于软岩。端头锚固型锚杆的作用主要取决于锚头的锚固强度。在锚头型式选定后，其锚固强度是随围岩情况而变化的。因此，为了获得良好的支护效果，使用前，应在现场进行锚杆的拉拔试验，以检验所选定的锚头是否与围岩条件相适应。由于地下水或潮湿空气的长期作用，端头锚固型锚杆的杆体和锚头易发生锈蚀，可使其锚固力减小或完全丧失。因此，服务年限大于5年的端头锚固型锚杆，应采取灌注水泥砂浆或其他防腐措施。图1端头锚固型锚杆结构形式粘结式锚固端的锚固剂，国内有树脂卷和快硬水泥卷两种。树脂锚固剂目前广泛采用115松香封端不饱和聚脂树脂。树脂与填料之比一般为1517，这种锚固剂的特点是固化时间短（由几十秒到几分钟），强度增长快（半小时强度可达28d强度的6596），强度高（最终强度达60120MPa）。因此，能及时提供支护能力。快硬水泥卷锚固剂由硫铝酸盐水泥和双快型水泥配制而成，水泥卷内的装填密度为1.141.48g/cm3，使浸水后的水灰比控制在0.340.35范围内。这种快硬水泥锚固剂，强度增长快（0.51.0h强度可达20MPa）。因此，快硬水泥卷锚杆也有能及时提供支护抗力的特点。4.2.4摩擦型锚杆，目前国内有全长摩擦型（缝管式）和局部摩擦型（楔管式）两种。摩擦型锚杆是一根沿纵向开缝的钢管，当它装入比其外径小23mm的钻孔时，钢管受到孔壁的约束力而收缩，同时，沿管体全长对孔壁施加弹性抗力，从而锚固其周围的岩体。这类锚杆的特点是安装后能立即提供支护抗力，有利于及时控制围岩变形；能对围岩施加三向预应力，使围岩处于压缩状态；而且，锚固力还能随时间而提高。锚杆纵向开缝宽度规定为1318mm，是基于当锚杆打入比其外径小的钻孔时，开缝不会全闭合甚至重叠。工程实践表明，当其他条件不变时，摩擦型锚杆的锚固力随锚杆与钻孔径差的加大而增高。要保证锚杆每米锚固长度的初锚固力不小于25kN，径差常取23mm。此外，当径差不变时，锚杆锚固力又同岩石的软硬程度密切相关，在硬岩中的锚固力远比在软岩中的为高。因此，对于硬岩、中硬岩和软岩，规定了不同的径差。在某些特定条件下，需要提高摩擦型锚杆的初锚固力时，可采用带端头锚楔的缝管锚杆或楔管锚杆。工程实践表明，在硬岩条件下，采用带端头锚楔的缝管锚杆或楔管锚杆，可使初始锚固力增加50kN以上。4.2.5本条的预应力锚杆是指预拉力大于200kN，长度大于8.0m的岩石锚杆。与非预应力锚杆相比，预应力锚杆有许多突出的优点。它能主动对围岩提供大的支护抗力，有效地抑制围岩位移；能提高软弱结构面和塌滑面处的抗剪强度；按一定规律布置的预应力锚杆群使锚固范围内的岩体形成压应力区而有利于围岩的稳定。此外这种锚杆施工中的张拉工艺，实际上是对每根工程锚杆的检验，有利于保证工程质量。因而近年来国内外在地下工程及边坡工程中预应力锚杆的应用获得迅速发展。这次规范修订中，将预应力锚杆设计、施工及试验监测作为重点充实的条款。1 目前国内普遍采用的预应力锚杆是一种集中拉力型锚杆，大量的研究资料已经证实这种锚杆固定长度上的粘结应力分布是极不均匀的，固定段的最近端应力集中现象严重，随着荷载的增大，并在荷载传至固定长度最远端之前，杆体 灌浆体界面或者灌浆体地层界面就会发生“粘脱”（debonding）。这种粘结作用逐步破坏的锚杆一般都会大大降低地层强度的利用率，特别在软岩和土层中，当固定长度大于810m时，其承载力的增量很小或无任何增加。国内已开发出一种单孔复合锚固系统，即压力分散型或拉力分散型锚杆。这种锚固系统是在同一个钻孔中安装几个单元锚杆，而每个单元锚杆都有自己的杆体，自己的锚固长度，而且承受的荷载也是通过各自的张拉千斤顶施加的。由于组合成这类锚杆的单元锚杆锚固长度很小，所承受的荷载也小，锚固长度上的轴力和粘结应力分布较均匀，不会产生逐步粘脱现象，从而能最大限度地调用地层强度。从理论上讲，使用这类锚杆的整个锚固长度并无限制，锚杆承载力可随着整个锚固长度的增加而提高，适用于软岩或土体工程。特别是压力分散型锚杆，其单元锚杆的预应力筋采用无粘结钢绞线，在荷载作用下灌浆体受压，不易开裂，因而能大大提高锚杆的耐久性。2锚杆的倾角主要应考虑有利于地下工程与边坡和稳定性，一般锚杆轴线应与岩体主结构面或滑移面成大角度相交。但是与水平面夹角为-10+10的区域不应作安设锚杆的范围。因为倾角接近水平的锚杆，注浆后灌浆体的沉淀和泌水现象，会影响锚杆的承载能力。3锚杆预应力筋采用钢绞线、钢丝或精轧螺纹钢筋是最为适合的。一是因为其抗拉强度远比、级钢筋高，可以大幅度降低锚杆的用钢量。二是当预拉力达到锚杆拉力设计值时，预应力筋产生的弹性伸长比、级钢筋大若干倍，这样当锚头松动或其他原因使预应力筋弹性伸长变小时，所引起的预应力损失要小得多。三是钢绞线、钢丝运输安装方便。即使在较狭窄的空间也可施工。对穿型锚杆应采用无粘结钢绞线，一方面可大大提高锚杆的耐久性，另一方面当锚杆长度上某部位出现岩体裂隙张开时可在整个长度上调整应力，而不会发生粘结型锚杆那样的应力集中和局部破坏。4规定锚杆的自由段长度不宜小于5.0m，是为了使预应力筋在设定的张力作用下有较大的弹性伸长量，不致在锚杆使用过程中因锚头松动而引起预拉力的显著衰减。5本条给出的安全系数K适用于预应力锚杆锚固段的设计。按锚杆破坏后影响程度和服务年限的长短给出了不同的安全系数，其取值主要考虑锚杆设计中的不确定因素及风险程度，其数值是参照国外有关标准及中国工程建设标准化协会标准土层锚杆设计与施工规范CECS22的有关条款的规定提出的。6处于地层中的预应力锚杆经常受到地下水（特别是含有腐蚀介质的地下水）的侵蚀，而在高拉应力作用下，预应力筋则会出现应力腐蚀。一般腐蚀和应力腐蚀交织在一起，国外已出现不少因腐蚀而导致锚杆破坏的实例。如法国米克斯坝，有几根13000kN承载力的锚杆仅使用几个月就发生断裂。锚杆的应力水平是杆体强度极限值的67。经多次试验的结论是，处于高拉伸应力状态下的锈蚀是破坏的主要原因。1986年国际预应力协会（FIP）曾对35个锚杆断裂实例进行调查。其中永久锚杆占69，临时锚杆占31，锚杆使用期在2年内及2年以上发生腐蚀断裂的各占一半。由此可见，因腐蚀而引起的锚杆破坏是不能忽视的。因此，本条规定永久性预应力锚杆预应力筋的保护层厚度不应小于20mm，并宜外套波形管，一旦锚固段的水泥浆体出现开裂，波形管仍有阻隔地下水浸蚀的作用。4.2.6自钻式锚杆适用于钻孔过程易塌孔，而必须采用套管跟进的复杂地层。这种锚杆将钻孔、注浆及锚固等功能一体化，在隧道超前支护系统及高地应力，大变形巷道的变形控制等工程中均取得良好效果。目前国产的自钻式锚杆的技术参数见表5。表5自钻式锚杆技术参数型号R27NR32N直径/壁厚（mm）27/6.032/6.0抗拉强度（MPa）680680抗拉力（kN）280320重量（kg/m）3.03.6螺纹方向左旋左旋标准长度（m）2.0，3.0，4.0最大钻进深度（m）124.2.7锚杆与岩体主结构面成较大角度布置，则能穿过更多的结构面，有利于提高结构面上的抗剪强度，使锚杆间的岩块相互咬合，充分发挥锚杆加固围岩的作用。系统锚杆的间距，除受围岩稳定条件及锚杆长度制约外，在稳定性较差的岩体中，为使支护紧跟掘进工作面，锚杆的纵向间距还受掘进进尺的影响。所以，锚杆纵向间距的选定，还要与所采用的施工方法相适应。系统锚杆主要对围岩起整体加固作用。根据工程经验，为使一定深度的围岩形成承载拱，锚杆长度必须大于锚杆间距的两倍。因此，规定系统锚杆的间距不宜大于锚杆长度的1/2。但是，在、类围岩中，当锚杆长度超过2.5m时，若仍按间距不大于1/2锚杆长度的规定，则锚杆间的岩块可能因咬合和联锁不良，而导致掉块或坠落。因此，还规定在、类围岩中，锚杆间距不得大于1.25m。4.2.8本条规定是为了充分发挥锚杆材料的作用，提供有效的支护抗力，阻止不稳定岩块的坠落。4.2.9粘结型锚头的破坏，在裂隙交割的坚硬岩体中，一般受胶结材料与杆体间的粘结强度控制，而在软弱的岩体中，有时则受胶结材料与岩面的粘结强度控制。故本条规定，粘结型锚固体锚入稳定岩体长度的确定应同时验算两种不同情况的粘结强度。4.3喷射混凝土支护设计4.3.1喷射混凝土强度等级是决定其力学性能和耐久性的重要指标，对支护结构的工作性能和使用效果关系重大。因此，本条文规定对于重要地下工程，喷射混凝土的强度等级不应低于C20，施工中只要遵守本规范的有关规定，一般均能达到设计要求的强度等级。由于地下工程与地面结构不同，喷射混凝土施工后要求具有较高的支护抗力，特别在软弱围岩中喷射混凝土早期强度至关重要。根据国内外对喷射混凝土早期强度的试验资料（见表6），本条规定在添加速凝剂条件下，喷射混凝土1d龄期的抗压强度不应低于5MPa。国内外的试验资料表明，与不掺钢纤维的喷射混凝土相比，钢纤维喷射混凝土的抗拉强度约提高3060，抗弯强度约提高3090，故本条规定在掺入速凝剂的情况下，钢纤维喷射混凝土的强度等级不得低于C20，抗拉强度不得低于2MPa。表6喷射混凝土早期抗压强度（MPa）（h）龄期龄期（h）测定单位3824日本（新奥法指南）1.03.55.08.510.515.0美国3.58.410.621.0中国（下坑隧道工程）2.32.56.56.7中国（冶金部建筑研究总院）2.58.34.3.2喷射混凝土的容重、静力弹性模量的规定值，是在综合分析国内有关单位的科学实验资料及工程质量检验数据基础上提出的。喷射混凝土与围岩的粘结力，不仅与混凝土强度等级有关，也与岩石强度和岩体的完整性有关。故本规范规定，对、级围岩，粘结强度不应小于0.8MPa，级围岩不应低于0.5MPa。对粘结强度作相应的规定，其目的是保证在围岩与喷射混凝土的结合面上能传递一定的拉应力和剪应力，有利于两者共同工作。4.3.3喷射混凝土的收缩较大，若其厚度小于50mm时，喷层中粗骨料的含量甚少，更容易引起收缩开裂。同时，喷层过薄也不足以抵抗岩块的移动，常出现局部开裂或剥落。近几年来，有关部门对喷射混凝土支护使用情况调查结果表明，喷射混凝土支护层产生局部开裂剥落者，其厚度多在50mm以下，也有3040mm的。因此，本条规定喷射混凝土支护的最小厚度不应小于50mm。根据锚喷支护原理，要求喷层具有一定的柔性。因此，规定喷射混凝土厚度一般不应超过200mm，特别在软弱围岩中作初期支护，喷层过厚，会产生过大的形变压力，易导致喷层出现破坏，这是不经济的。当喷层不能满足支护抗力要求时，可用锚杆或配筋予以加强。4.3.4在含水岩层中采用喷射混凝土支护，规定喷层设计厚度不应小于80mm。抗渗强度不应小于0.8MPa，是为了严格控制外水内渗，以保证良好的工作条件。4.3.5冲切强度公式适用于岩石与喷射混凝土粘结强度得到保证，且厚度不大于100mm的喷射混凝土层。因此，本条规定在、级围岩的隧洞中，薄层喷射混凝土对局部不稳定块体的抗力可按本规范公式（4.3.5-1）、（4.3.5-2）计算。当喷层厚度大于100mm或喷层与围岩粘结强度很低时，在局部不稳定块体作用下，喷层呈现粘结破坏。这时，需设置锚杆，由喷层与锚杆共同承受不稳定块体的重量。4.3.6大量的试验资料表明，钢纤维喷射混凝土的一系列性能都优于普通喷射混凝土，特别是它具有良好的韧性（即从加荷开始直至试件完全破坏所作的总功，常以荷载挠度曲线与横坐标轴所包络的面积表示），约比素喷混凝土提高1050倍（图2），抗冲击能力约比素喷混凝土提高830倍。故规定在膨胀岩体隧洞和受采动影响的巷道中，宜采用钢纤维喷射混凝土支护。图2钢纤维喷射混凝土小梁荷载挠度曲线1钢纤维直径0.3mm，长25mm，体积掺量2；2钢纤维直径0.4mm，长25mm，体积掺量2；3钢纤维直径0.4mm，长25mm，体积掺量1.5；4素喷混凝土4.3.7本条说明如下：1钢纤维喷射混凝土的破坏，通常不是纤维被拉断，而是纤维从混凝土中被拔出，也就是说，钢纤维喷射混凝土增强性能主要是由纤维和混凝土基质的握裹力来决定。因此，普通碳素钢纤维就能满足钢纤维的增强要求。2当纤维体积百分率不变时，纤维直径增大，则纤维在混凝土中的分布间距也随之增大；反之，纤维直径减小，纤维间距也随之减小。纤维间距越小，对混凝土裂缝扩展的约束能力也就越强，使混凝土的各种性能更能得到强化。但纤维直径过小，会使纤维添加和钢纤维混凝土的搅拌和施工发生困难。因此，钢纤维的直径以0.30.5mm为宜。3钢纤维的长度和掺量主要是由喷射混凝土的施工工艺决定。实践表明，纤维长度大于25mm，掺量超过干混合料重量6时，搅拌的均匀性和喷射施工就要发生困难。主要表现为在搅拌时纤维容易绞结在喷射机中。因此，钢纤维长度不要超过25mm，掺量不宜大于干混合料重量的6。4.3.8在一般情况下，地下工程喷射混凝土支护中配置钢筋网，其主要作用是提高喷射混凝土的整体性，防止收缩，使混凝土中的应力均匀分布，并提供一定的抗剪强度，有利于抵抗岩石塌落和承受冲击荷载。1钢筋网常按构造要求设计，故选用钢筋直径宜为412mm。2实践表明，当钢筋间距小于150mm，喷射混凝土回弹大，且钢筋与壁面之间易形成空洞，不能保证混凝土的密实度；当钢筋间距大于300mm时，则将大大削弱钢筋网在喷射混凝土中的作用，因此，规定钢筋的间距应为150300mm。3钢筋保护层厚度不应小于20mm，这与普通钢筋混凝土的规定是一致的。由于在过水隧洞中，喷射混凝土要经受高速水流长期的、反复的冲刷作用，其表层容易磨蚀，因此，规定钢筋保护层厚度不应小于50mm。4.3.11本条说明如下：1当围岩变形量小时，钢架可采用钢管或其他轻型钢材制成的刚性钢架；当围岩变形量大时，宜采用型钢制成的可缩性钢架。在可缩性节点处，应能