錨桿支護理論計算方法

1、.錨桿支護參數(shù)的確定一、錨桿長度LL1+L2+L3-=0.1+1.5+0.3=1.9m式中：L 錨桿總長度， m；L1 錨桿外露長度 ( 包括鋼帶 +托板 +螺母厚度 ) ，取 0.1m；L2 錨桿有效長度或軟弱巖層厚度，m；L3錨入巖（煤）層內(nèi)深度（錨固長度），按經(jīng)驗 L3300mm。( 一 ) 錨桿外露長度L1L1=(0.10.15)m ， 鋼帶 +托板+螺母厚度 +（0.02 0.03 ） ( 二) 錨入巖 ( 煤) 層內(nèi)深度 ( 錨固長度 )L31. 經(jīng)驗取值法在錨桿噴射混凝土支護技術規(guī)范GBJ86 85“第三節(jié)錨桿支護設計”中、第條第四款規(guī)定：第條端頭錨固型錨桿的設計應遵守下列規(guī)定

2、:一、桿體材料宜用 20錳硅鋼筋或 3號鋼鋼筋;二、桿體直徑按表選用;三、樹脂錨固劑的固化時間不應大于 10分鐘, 快硬水泥的終凝時間不應大于 12分鐘;四、樹脂錨桿錨頭的錨固長度宜為 200250毫米, 快硬水泥卷錨桿錨頭的錨固長度.宜為300400毫米;五、托板可用3號鋼, 厚度不宜小于 6毫米, 尺寸不宜小于 150×150毫米;六、錨頭的設計錨固力不應低于 50千牛頓;七、服務年限大于 5年的工程, 應在桿體與孔壁間注滿水泥砂漿。一般取 300mm400mm2. 理論估算法在錨桿噴射混凝土支護技術規(guī)范GBJ8685“第三節(jié)錨桿支護設計”中規(guī)定：第條 局部錨桿或錨索應錨入穩(wěn)定巖

3、體。水泥砂漿錨桿或預應力錨索的水泥砂漿膠結式內(nèi)錨頭錨入穩(wěn)定巖體的長度 , 應同時滿足下列公式 :公式、見圖形所示。l 2d 1 f st(3.3.11-1)k4 f cslad12fst(3.3.11-2)kf cr4d2式中 la 錨桿桿體或錨索體錨入穩(wěn)定巖體的長度（ cm）；d1錨桿鋼筋直徑走私或錨索體直徑（ cm）；d2錨桿孔直徑（ cm）；2f st 錨桿鋼筋或錨索體的設計抗拉強度（ N/cm）；f cs 水泥砂漿與鋼筋或水泥砂漿與錨索的設計粘結強度(N/cm2) ；圓鋼為 2.5MPa，螺紋鋼為 5MPa。.2fcr 水泥砂漿與孔壁巖石的設計粘結強度（ N/cm）；砂漿與石灰?guī)r粘結強

4、度為 2.5MPa，砂漿與粘土巖粘結強度為 1.8MPa，K安全系數(shù)，取 1.2 。( 三 ) 錨桿有效長度或軟弱巖層厚度L21. 根據(jù)“懸吊理論”確定 L2L2=KH式中： K -安全系數(shù)，一般取 2；H - 軟弱巖層厚度， m；2. 根據(jù)“普氏自然平衡供理論”確定L2頂板錨桿有效長度L2 頂當 f 3 時，當 f 3 時，L2頂b K B-12 fBH tan 452L2 頂2-b1f 頂-2式中： K -安全系數(shù)，一般取 1.5 2；b或b1 - (普氏免壓拱高 ) 圍巖松動圈冒落高度， m；B -巷道開掘?qū)挾?，此處取B=5.3m；f -巷道頂板的巖石普氏堅固性系數(shù)，( 煤取 2.5)

5、；H -巷道掘進高度，取 3.3m；f 頂 -頂板巖石普氏系數(shù)； ( 煤取 2.5) ；-兩幫圍巖的似內(nèi)摩擦角，取f頂 反算；.arctan( f 頂 ) = arctan(2.5)=68.2°幫錨桿有效長度L2 幫的確定L2 幫cH tan 45-32=0.64 m或L1fB1-42幫2 fB1 -1=1.27 m式中： c -幫破碎深度（ m）；H -巷道掘進高度，取 3.3m；- 兩幫圍巖的內(nèi)摩擦角，取 40°； arctan( f )B -巷道開掘?qū)挾龋?5.3m；f -巖石普氏系數(shù)； ( 煤取 2.5) ；將以上 L1、L2、 L3的值代入式得：L頂L1+L2頂+

6、L3L幫L1+L2幫+L33. 根據(jù)“組合拱理論”計算L2組合拱理論設計錨桿的支護參數(shù)，一般適用于圍巖破碎， 巷道斷面為拱頂?shù)南锏?、兩幫煤體受擠壓深度CK HBcos1) h tan(45)C (1000 fc K c22.=(2.8 ×24×100×1/(1000 ×2.5 × 1) ×Cos1.5°-1)× 3.3 ×tan(45 °-68.2 °/2) =2.05(m)式中：K自然平衡拱角應力集中系數(shù)， 與巷道斷面形狀有關；矩形斷面，取 2.8r -33上覆巖層平均容重 (KN/

7、m )，取 24KN/m；H -巷道埋深 (m), 取 100m；B - 固定支撐力壓力系數(shù)，按實體煤取 1；fc -煤層普氏系數(shù)，取 2.5 ；Kc -煤體完整性系數(shù) ( 取 0.9-1.0) ，取 1；-煤層傾角，取 3°；h -巷道掘進高度 m，取 3.3m；-煤體內(nèi)摩擦角，可按 fc反算，取 68.2 °；arctan f頂=arctan(2.5)=68.2 °、潛在冒落高度 bb(a C) cos( ) -K y f y=(2.65+1.26) ×cos3°/(0.45 ×3)=2.89(m)式中： a 頂板有效跨度之半 (

8、m), 取 2.65m；C 兩幫煤體受擠壓深度(m), 由式計算得 1.05m；Ky直接頂煤巖類型性系數(shù)；取 0.45當巖石 f=3-4 時，取 0.45 ；.f=4-6時，取 0.6 ；f=6-9 時，取 0.75 ；Fy直接頂普氏系數(shù)，取3；煤層傾角，取 5°；、兩煤幫側壓值QsQsKnC 煤 h sinb costan(45)-22=2.8 ×3×1.26 ×13× 3.3 ×sin3 °+2.89 ×cos1.5 °× tg(45-68.2/2) =185(kN/m2 )式中： K -自

9、然平衡拱角應力集中系數(shù)，與巷道斷面形狀有關；矩形斷面，取2.8 ；n -采動影響系數(shù) ( 取 2-5) ，取 3C - 兩幫煤體受擠壓深度 (m), 由式計算得 1.26 m； r 煤- 煤體容重 (KN/m3), 取 24 KN/m3；h -巷道掘進高度 m，取 3.3 m；a -煤層傾角，取 3°；b -潛在冒落高度，由 式計算得 2.89 m；-煤體內(nèi)摩擦角，可按fc 反算得 68.2 °L2 幫=CL2 頂=b將以上 L1、L2、 L3的值代入式得：.L頂L1+L2頂+L3L幫L1+L2幫+L34. 根據(jù)“組合梁原理”計算L2組合梁理論只適合層狀頂板錨桿支護的設計，

10、對于巷道的幫、 底不適用，組合梁厚度越大， 梁的最大應變值越小。組合梁充分考慮了錨桿對離層和滑動的約束作用，原理上對錨桿作用分析的比較全面，但是它存在以下明顯缺點。a. 組合梁有效組合厚度很難確定。 b. 沒有考慮水平應力對組合梁強度、穩(wěn)定性及錨桿荷載的作用。其實，在水平應力較大的巷道中，水平應力是頂板破壞、失穩(wěn)的主要原因。L2 1.935BK1 P（ 1x）式中： K1 -與施工方法有關的安全系數(shù)。掘進機掘進2-3 ；爆破法掘進 3-5 ；巷道受動壓影響5-6P -組合梁自重均布載荷 (MPa), 取 0.06MPa；- 與組合梁層數(shù)有關的系數(shù)組合層數(shù)： 1234值：1.00.750.70.

11、65B -巷道跨度 (m), 取 5.3m；1 -最上一層巖層抗拉計算強度(MPa)，可取試驗強度的 0.3-0.4倍， ( 沒有參數(shù) ) ？x -原巖水平應力.xHH1x=rz =0.4 ×24×10-9 ×100×103=0.000960MPa式中： 側壓力系數(shù)，一般為0.25-0.4,上覆巖層平均容重，取3；24KN/mZ巷道埋深 (m), 取 100m；將以上 L1、L2、 L3的值代入式得：LL1+L2+L35.按經(jīng)驗公式計算錨桿長度L( 加固拱理論 )= N（1.1+B/10 ） -=1.0 ×(1.1+ 5.3 /10)=1.63

12、（m）；式中： L錨桿長度（ m）；N圍巖穩(wěn)定影響系數(shù)， 類圍巖取系數(shù) 1.2 ；B巷道跨度（ m），取 5.3m。二、 錨桿間、排距( 一 )經(jīng)驗公式根據(jù)錨桿噴射混凝土支護技術規(guī)范GBJ8685規(guī)定：第條系統(tǒng)錨桿的布置應遵守下列規(guī)定 :一、在隧洞橫斷面上 , 錨桿應與巖體主結構面成較大角度布置;當主結構面不明顯時 , 可與隧洞周邊輪廓垂直布置 ;二、在巖面上 , 錨桿宜成菱形排列 ;三、錨桿間距不宜大于錨桿長度的二分之一 ; 、類圍巖中的.錨桿間距宜為 0.5 1.0 米, 并不得大于1.25米。D1/2L-D0.5 ×2200=1100mm( 二 )根據(jù)錨桿支護的原理計算錨桿間/

13、 排距1. 根據(jù)“懸吊理論”計算錨桿間、排距2. 錨桿間距D1/2L錨桿排距當復合頂板厚度小于1.15 m, 即在巷道上方 1.15m 范圍內(nèi)有關鍵層存在條件下 , 關鍵層下面復合頂巖層可懸吊在穩(wěn)定的關鍵層巖層上, 支護設計按懸吊理論計算, 且不需錨索補強 (4) 。錨桿的有效長度L2 大于或等于關鍵層下位復合頂板厚度, 錨桿的間排距則有 :QQQ或QDKL2KbD 0.887dKHKL2式中： D 錨桿間、排距， m；Q 錨桿設計錨固力，105 KN/ 根K 安全系數(shù)，一般取1.5 2；L2軟弱巖層厚度或冒落拱高度b，取 m ；H 軟弱巖層厚度或冒落拱高度b，取 m ；BH2 f式中 B 巷

14、道開挖寬度， m；f 巖石堅固性系數(shù)，取3。. 被懸吊巖石的容重，取 24 KN/m 3；d 錨桿最小直徑， mm；3. 根據(jù)“組合拱理論”計算錨桿間、排距( 頂) 錨桿間排距NnNnL02k ab2k aL2式中： L0 -錨桿間、排距， m；N -錨桿設計錨固力， 105 KN/ 根n -每排錨桿根數(shù)，根；K -安全系數(shù)，一般取 23； -被懸吊巖石的容重，取324KN/m；a - 1/2巷道掘進寬度， m；L2 -錨桿有效長度 ( 頂錨桿取 b 冒落拱高度 ) ，取 1.31 m；( 幫) 錨桿間排距NhDKQs L0式中： D -錨桿間、排距， m；N -錨桿設計錨固力， 105 KN

15、/ 根h -巷道掘進高度， m；K -安全系數(shù)，一般取 23； -被懸吊巖石的容重，取324KN/m；a - 1/2巷道掘進寬度， m；L0 -幫錨桿排拒 ( 同頂錨桿排拒 ) ，取 m；.4. 根據(jù)“組合梁原理”計算錨桿間、排距D1.63m112KP式中： D -錨桿間、排距， m；m1 -最上一層巖石厚度，m； 1 - 最上一層巖石抗拉強度 (MPa)，可取實驗強度的0.3 0.4 倍；K -安全系數(shù)，一般取23；P -本層自重均布載荷， P=m1×r1MPa；3r1 -最下面一層巖層的容重，取24kN/m；經(jīng)計算選擇錨桿間距×排距=900mm×900mm符合

16、要求。三、錨桿直徑方法一：經(jīng)驗公式dL-1110-式中：d 錨桿最小直徑， mm；L 錨桿長度， mm；方法二：d4Q1.13 Q-2tt= 4 0.1 =0.0183.14380式中：d 錨桿最小直徑（ mm）；.Q 錨桿設計錨固力（ MPa），100KN取 380MPat 錨桿桿體的抗拉強度（ MPa），取 380MPa；方法三：根據(jù)桿體承載力和錨固力等強度數(shù)值加以確定D35.52Q-3式中：D 錨桿間、排距， m；Q 錨桿設計錨固力，105 KN/ 根 錨桿桿體抗拉強度 (MPa)；四、錨固力 N方法一： ( 可按錨桿桿體的屈服載荷計算)N( d 2) -14= 0.25 ×3

17、.14 ×(20) 2×335=105(KN)式中：屈桿體材料的屈服極限 ( 20mm螺紋鋼為 335MPa)； d 桿體直徑 d=20mm。方法二：N KL 2 d 2 r -2式中：Q 錨桿錨固力， kNK 錨桿安全系數(shù)，取23；L2 錨桿有效長度（ m）；.d 錨桿桿體直徑（ m），d=0.02 m；r 錨桿視密度， t/m 3；五、錨桿角度靠近巷幫的頂板錨桿安設角度與垂線成15°，其它錨桿垂直于巷道頂部安設。六、錨桿的選擇1、常用錨桿桿體的材料性能常用鋼材及其性能見表 5；錨桿適宜選用 45Mn 羅紋鋼，其承載能力見表 6。2、錨桿的選擇巷道錨桿選擇 =2

18、0mm、45Mn螺紋鋼錨桿。錨固力 Q=10.7 t 12.4 t3、錨固劑的確定錨桿支護巷道采用樹脂錨固劑。 樹脂錨固劑應具備的主要特性見表 7，樹脂錨固劑產(chǎn)品型號見表 8，樹脂錨固劑的規(guī)格見表 9，樹脂錨固劑的主要技術指標見表 10。.有關煤礦標準擇錄*中華人民共和國國家標準錨桿噴射混凝土支護技術規(guī)范GBJ 86-85主編部門 : 中華人民共和國冶金工業(yè)部批準部門 : 中華人民共和國國家計劃委員會實行日期 : 一九八六年七月一日關于發(fā)布錨桿噴射混凝土支護技術規(guī)范的通知計標 19852064號根據(jù)原國家建委 (81) 建發(fā)設字第 546 號文的通知 , 由冶金工業(yè)部負責主編 , 由冶金工業(yè)部

19、建筑研究總院會同有關單位編制的錨桿噴射混凝土支護技術規(guī)范已經(jīng)有關部門會審。現(xiàn)批準錨桿噴射混凝土支護技術規(guī)范 GBJ 86-85 為國家標準 , 自一九八六年七月一日起施行。本規(guī)范由冶金工業(yè)部管理, 其具體解釋等工作由冶金工業(yè)部建筑研究總院負責。國家計劃委員會一九八五年十二月十七日.第條 設計局部錨桿時 , 拱腰以上的錨桿對危石的抗力可按下列公式驗算 :水泥砂漿錨桿K·Gn·As·fst預應力錨索或預應力錨桿K ·Gn·P或 K·Gn·Ay·式中 G錨桿或錨索承受的危石重量( 牛頓 );As單根錨桿桿體的截面積( 厘

20、米 2);Ay單根預應力錨索或預應力錨桿桿體截面積( 厘米 2).n錨桿、預應力錨索或預應力錨桿的根數(shù);fst水泥砂漿錨桿鋼筋設計抗拉強度( 牛頓 / 厘米 2);P單根預應力錨索或預應力錨桿的預張拉力值( 牛頓 ); con預應力錨索或預應力錨桿張拉控制應力 ( 牛頓 / 厘米 ); K 安全系數(shù) , 取 2。第條拱腰以下及邊墻局部錨桿的抗力可按下列公式驗算 :水泥砂漿錨桿K·G1f ·G2+n·As·fsv+C·A預應力錨索或預應力錨桿K·G1f ·G2+Pt+f·Pn+C·A式中 G1、G2分別為不

21、穩(wěn)定巖塊平行作用于滑動面和垂直作用于滑動面上的分力 ( 牛頓 );As單根水泥砂漿錨桿鋼筋的截面積( 厘米 2);n錨桿根數(shù) ;A巖石滑動面的面積 ( 厘米 2);C巖石滑動面上的粘結力( 牛頓 / 厘米 2);fsv 水泥砂漿錨桿鋼筋設計抗剪強度( 牛頓 / 厘米 2);f 巖石滑動面的摩擦系數(shù);Pt 、Pn分別為預應力錨索或預應力錨桿作用于不穩(wěn)定巖塊上的總壓力在抗滑動方向及垂直于滑動面方向上的分力(牛頓);K安全系數(shù) , 取 2。.第條局部錨桿或錨索應錨入穩(wěn)定巖體。水泥砂漿錨桿或預應力錨索的水泥砂漿膠結式內(nèi)錨頭錨入穩(wěn)定巖體的長度 , 應同時滿足下列公式 :公式、見圖形所示。l 2d 1 f

22、 stk4 f cs(3.3.11-1)lad12fst(3.3.11-2)kf cr4d2式中 la 錨桿桿體或錨索體錨入穩(wěn)定巖體的長度（厘米）；d1錨桿鋼筋直徑走私或錨索體直徑（厘米）；d2錨桿孔直徑（厘米） ；fst錨桿鋼筋或錨索體的設計抗拉強度（牛頓/ 厘米 2）；fcs 水泥砂漿與鋼筋或水泥砂漿與錨索的設計粘結強度（牛頓/ 厘米 2）；fcr 水泥砂漿與孔壁巖石的設計粘結強度（牛頓/ 厘米 2）；K安全系數(shù)，取1.2 。.GB 1499.2-2007 鋼筋混凝土用鋼鋼筋的屈服強度Rel 、抗拉強度Rm、斷后伸長率A、最大力總伸長率 Agt 等力學性能特征應符合表6 的規(guī)定。表 6 中

23、所列各力學性能特征值，可作為交貨檢驗的最小保證值。表 6Rel /Rm /A /Agt /牌號MPaMPa%不小于HRB33533545517HRBF335HRB400400540167.5HRBF400HRB50050063015HRBF500錨噴支護工程質(zhì)量檢測規(guī)程MT/T5015-965 錨桿抗拔力檢測5.1檢測方法用錨桿拉力計作錨桿抗拔力檢測， 根據(jù)檢測結果評判錨桿抗拔力和安裝牢固程度的質(zhì)量狀況。.錨桿拉力計應符合以下要求：a）最大工作荷載不小于70kN；b）工作行程不小于10mm；c）測力裝置應使用標準精密壓力表或數(shù)據(jù)顯示系統(tǒng)，精密度等級宜為 0.5 級。5.2檢測程序確定檢測數(shù)量：

24、巷道每 3050m，取樣不少于一組。 立井、硐室每 300 根錨桿或 300 根以下，取樣不少于一組；300 根以上，每增加 1300 根，相應多取樣一組。設計或材料變更，應另取一組。每組不得少于 3 根。在同一檢查點內(nèi)均勻取3 根或 3 根以上作為一組。將壓力表讀數(shù)（數(shù)顯值）按公式 換算成錨桿抗拔力：F=CPS（）式中： F錨桿抗拔力（ N）；C壓力表值與錨桿抗拔力之間相關系數(shù)，在儀器標定時確定；P壓力表讀數(shù)（ MPa）；S錨桿拉力計千斤頂活塞面積（mm2）。MT中華人民共和國煤炭行業(yè)標準.MT 146.12002樹脂錨桿錨固劑Resin anchor bolts Capsules5 技術要求5.1原材料錨固劑所用原材料應符合有關國家標準和行業(yè)標準要求。5.2外觀樹脂錨固劑應裝填飽滿，質(zhì)地柔軟，顏色均勻，樹脂膠泥不分層沉淀，封口嚴密，無滲漏，各型號錨固劑的標識應符合表1 的規(guī)定。5.3直徑、長度偏差錨固劑直徑偏差為± 0.5mm；長度偏差為± 10mm。5.4樹脂膠泥稠度環(huán)境溫度為（ 22±1）時，不小于16mm。5.5凝膠時間應符合表 1 的規(guī)定。5.6抗壓強度環(huán)境溫度為（ 22±1）、齡期