摘 要：HCB型中空注浆锚杆是一种新型支扩锚杆，可通过塑料胀壳锚头EXS与钻孔岩壁的摩擦作用使锚杆牢固安装在钻孔中，通过多功能止浆塞，实现从锚杆杆体外圈向孔内。进浆。实现后注浆，使注浆饱满均匀，控制围岩的稳定。为粗钢筋类先锚后注浆中空锚杆的新品种，主要应用于岩土工程围岩系统支护，超前预支护。本文主要介绍HCB型中空注浆锚杆的构造、工艺及应用。
关键词：塑料胀壳锚头 多功能止浆塞 注浆接头 注浆锚杆
1 概述
在岩土工程涉及的地下工程、采矿工程、基坑与边坡工程中，为防止地层变形坍塌或失稳而危及安全，对地层进行加固的一种主要的支护技术是采用锚杆。通过设置在地层中锚杆所具有的高强度抗拉能力及通过锚杆与锚杆周围的注浆体与地层之间密实结合等方式将地层加固起来，以提高地层的整体性。以控制地层变形，使之达到稳定安全状态。这种技术的发展已有上百年的历史，并提出多种锚杆支护类型及工艺，以适应不同地层与不同条件的需要。
就锚杆类型而言大体可分为：
按锚杆体的刚度可分为：以钢筋或钢管作杆体的粗钢筋锚杆(Baranchor)和以柔性高强钢绞丝作杆体的锚索锚杆(strand anchor)两大类。锚索锚杆一般以多根钢绞丝组成的多束型锚杆(multi—strand anchor)，以预应力为主。由于施工复杂，对机械设备要求高，一般适用于锚固力有大于500kN，长度10m以上的地层。而粗钢筋锚杆锚固力一般使用小于500KN，所采用的机械简单，施工方便，故是目前使用最多的锚杆，广泛使用于中小型锚固需要的地层支护中，如交通隧道，水利水电隧洞，采矿巷道，一般基坑和边坡支护。
粗钢筋锚杆中，a．按锚固类型可分为注浆锚杆和非注浆锚杆；b．按预应力方式可分为非预应力锚杆和预应力锚杆；c．按预应力锚固段方式可分为机械点锚式和全粘结锚固型；d．按预应力锚杆的自由段可分非粘结型预应力锚杆和粘结型预应力锚杆；e．按杆体形状可分为实心锚杆和空心(中空)锚杆；f．按钻进方式可分为自钻式锚杆和非自钻式锚杆。在粗钢筋锚杆中，目前涉及多种粗钢筋锚杆类型广
(a)粗钢筋砂浆锚杆：采用螺纹钢筋作杆体，其施工工艺是在地层中钻孔后注入水泥砂浆，再在带浆体孔道中插入钢筋，使钢筋、砂浆与地层结合。属先注浆后锚固型锚杆，其力学原理是砂浆凝固后杆体随地层变形而承受拉力限制地层变形。这种锚杆施工简便。其缺点是：①浆体饱满度难以保证，且因插入钢筋时存在偏离现象，钢筋保护层厚度不易均匀，锚固力不大，故使钢筋锈蚀而破坏。②同时因不能实施预应力，注浆体随钢筋变形而开裂，使水气直接侵入钢筋，影响使用寿命。③不适用于破碎地层。④因锚杆支护力是在砂浆缓慢结硬后形成的，故不适用需迅速形成支护力的场合。
(b)早强水泥药卷锚杆和树脂药卷锚固全粘结实心锚杆：虽是对普通砂浆实心锚杆进行了改进，可适用地层范围扩大，并能迅速形成支护力，但锚固浆体饱满度及钢筋保护层厚度因构造方面问题依然难以保证，影响锚杆体的可靠性，多用于临时支护。
(c)水胀式锚杆和管缝式锚杆：利用杆体与孔壁摩擦形成支护力。属于非注浆锚杆，一般仅适用于临时支护和良好岩层中。
(d)胀壳式锚杆：利用锚固头的胀壳力形成点锚力，为非粘结型锚固产生的锚力。由于胀壳力通过胀壳与孔壁摩擦形成，故仅适用于较好的岩层中；且现有技术中，胀壳式锚杆为实心锚杆，在胀壳端头锚固后，全锚杆段不能进行后注浆，故多用在临时支护中。
(e)中空注浆锚杆和中空白钻式锚杆：表面带螺纹的中空管体作为锚杆体，有垫板、螺母、锚头等组成，利用中空锚杆体的空腔作为注浆和排气，是实现后注浆锚固的主要途经，解决了普通砂浆实心锚杆锚固缺陷。但当普通中空注浆锚杆在锚杆向上注浆时也存在注浆不足的困难，主要原因是普遍采用的塑料锚头的锚固力不足，往往仅起“对中”作用。而中空白钻式锚杆，通过中空杆体做钻杆加钻头实现钻杆和锚杆合一，钻进后再注浆。该技术方案侧重于极软弱与破碎岩层的注浆支护，但其缺点是注浆体锚固时间过长，因工艺原因不能迅速形成锚固力，故不适用需快速支护的地层。
综上所述，上述锚杆类型均存在各自的缺点，且仅适用于某种场合。特别是在上向孔锚杆支护情况，如拱部锚杆支护中，在安装锚杆时就必须解决锚杆本身重力及注浆压力使锚杆下坠问题，这只有形成快速支护力的锚杆才能胜任。上述锚杆类型中，只有端头锚固型锚杆、摩擦型锚杆才能较好的解决上向安装问题。但通过注浆使锚杆粘结锚固，并利用粘结锚固提高锚杆的耐久性，还不能做到。
为解决上述问题，笔者在中空锚杆技术基础上展开了研究，发明了肋H型可预应力中空注浆锚杆系统和EX型胀壳式可预应力中空注浆锚杆系统，并获国家专利。
RDH型可预应力中空注浆锚杆系统(中国发明专利ZL02112233.4)提出的一种技术方案是一种早强锚固的、可预应力的中空注浆锚杆。该技术方案作为预应力锚杆时，中空杆体为自由段，实心杆体为锚固段，是药卷或树脂早强锚固剂进行锚固段的快速锚固与中空杆体后注浆相结合的粘结型预应力锚杆，可适用于各种岩层中。为解决锚杆注浆问题，该技术方案提出了支承垫板带孔(及止浆塞带孔)可插连通管道并利用中空锚杆体的空腔与连接套筒的连通孔将地层锚杆孔、连通管道连通形成注浆—排气通道，解决了锚杆向上／向下安装时的锚杆注浆问题。该装置既能起永久支护功能，同时又能兼临时支护作用。该装置提出了临时和永久支护技术合二为一的一种解决方案。
EX型胀壳式可预应力中空注浆锚杆系统(中国专利ZL200320107953.5)提出的技术方案为，由胀(涨)壳锚固头、锚杆体、支承垫板、螺母、排气或进浆管道等组成。该技术方案采用中空管体作锚杆体或用实心钢筋绑一根管道代替中空管体作锚杆体，垫板带孔可插连通管道，胀壳锚固头作锚杆端头锚固，在安装胀壳锚固头锚固后，再进行注浆锚固。为解决锚杆注浆问题，该技术方案提出了支承垫板带孔(及止浆塞带孔)可插连通管道并利用中空锚杆体的空腔与胀壳锚固头内的连通孔将地层锚杆孔、连通管道连通形成注浆--排气通道，解决了锚杆向上／向下安装时的锚杆注浆问题。该装置既能起永久支护功能，同时又能兼临时支护作用。该装置提出了临时和永久支护技术合二为一的另一种解决方案。
目前上述锚杆技术其突出优点兼具临时支护与永久支护于一身，并可预应力实现主动支护的作用，已广泛用于许多大型地下洞室岩体支护、边坡支护工程中，如重庆彭水水电站地下厂房支护、浙江苍岭特长公路隧道的洞室岩爆支护等工程中。但价格较普通中空锚杆高一些。
为此开发了一种廉价的中空锚杆——HCB型中空注浆锚杆。该产品是图强公司在中空锚杆系列产品方面新开发的改进产品，其突出优点是EXS塑料胀壳锚固头能产生100kg左右的锚固力，解决普通上述中空锚杆向上注浆时的锚固力不足问题；同时图强公司开发的多功能止浆塞解决了向上注浆的问题是目前普通(非预应力)中空注浆锚杆的新一代产品。锚杆安装简单可靠，保证杆体的注浆饱满均匀和注浆保护层，实现支护力，且锚杆价格低、安装、注浆效果显著，性价比优越。本产品已申请国家专利。产品已用于国内一些铁路干线项目中。
2 HCB型中空注浆锚杆构造原理
HCB型中空注浆锚杆由塑料胀壳锚固头、锚杆体、支承垫板、螺母、多功能止浆塞组成(图1)：中空锚杆体：为全螺纹中空锚杆体。根据锚杆安装方式，锚杆体的空腔可用注浆和排气。
塑料胀壳锚固头EXS：通过胀壳内楔和胀壳外楔组成。胀壳内楔为有空腔的圆台体，胀壳外楔为空腔，周边有相互垂直方向相反的开槽，表面为环向倒锯齿、瓣片。EXS塑料胀壳锚固头与岩壁面接触摩擦后能产生100kg左右的锚固力。
垫板、螺母：传递荷载的构件。
多功能止浆塞：由硬质内环、柔性外环、锁紧件组成，硬质内环后端为倒喇叭状，表面有均匀分布出浆孔，后端外表面有与柔性外环相配合的环状倒凸齿，内环内表面有凸起止进环；柔性外环前端为薄层覆盖或止于出浆孔，后端逐渐膨胀圆环体可密贴于钻孔孔口；锁紧件其特征前端为圆环，后端为六角螺母形，中部凸环，凸环周边有凹槽，内表面有螺纹与锚杆表面螺纹相配合。
图2为锚杆在地层中的安装示意图。安装时，通过锚杆杆体带动胀壳内楔冲击、旋转胀壳外楔，使胀壳外楔最大限度胀开与钻孔岩壁形成胀压力，使锚杆牢固定位在钻孔中，然后在现场将止浆塞的硬质内环与柔性外环配合好，套入锚杆外端，旋紧锁紧件使柔性外环的膨胀后端与钻孔口的岩壁密贴，套上专用注浆接头，旋紧工作螺母，即可进行注浆，浆液顺图示箭头方向逐渐充盈钻孔，注浆完成。拆下注浆接头，安装螺母、垫板(图1)，锚杆安装完成。
3 多功能止浆塞注浆方法
现场安装时，将止浆塞的硬质内环与柔性外环套接好，套人已安装在钻孔中的中空锚杆体后端，旋紧锁紧件使止浆塞的膨胀后端与围岩钻孔壁压紧，套上侧向注浆接头和旋紧工作螺母。注浆时浆液通过侧向注浆接头从多功能止浆塞的硬质内环出浆孔处压人，弹开柔性外环的弹性薄层进入锚杆孔(图4)，浆液由下往上如图3中箭头所示逐渐充盈钻孔，锚孔内空气从锚杆塑料胀壳锚头处进入，通过中空锚杆体空腔排气。此时中空锚杆体为排气管。当浆液从锚杆体外露端部流出时，注浆已饱满，停止注浆，柔性外环的弹性薄层覆盖出浆孔防止浆液渗出，密封排气孔。注浆完成后可卸下注浆接头，安装锚杆垫板螺母；锚杆安装完毕。
4 HCB型中空注浆锚杆技术参数(见表1)
5 HCB锚杆与普通中空锚杆的对比
6 施工工艺及技术要求
a．用钻孔机在地层(岩层)中钻孔并清扫钻孔。
b．在现场将带缧纹的中空锚杆体的一个端头与胀壳内楔的内缧纹相连接，内楔插入外楔中以螺纹相连，装配就位。
c．将装配就位的胀壳锚头连同中空锚杆体插入钻孔中，在中空锚杆体的另一端头转动冲击等手段使锚固头连同锚杆体插入到钻孔底部，当锚杆杆体带内楔向外楔内顶进或转进时，外楔顶部顶牢孔壁前端，外楔的外瓣齿片向外胀开，齿面产生向上和向外胀开，当变形到一定程度时，外楔表面与钻孔壁面紧贴直至相互挤压形成胀压力锚固头安装就位，所产生的摩擦力大于锚杆本身的重力及注浆时压力所产生的反冲力。
d．将多功能止浆塞的硬质内环插入柔性外环，在钻孔口将多功船止浆塞套人锚杆，旋紧锁紧件，使柔性外环的膨胀后端密贴岩层支承面。
e．完成上述步骤后，可对锚杆体进行注浆。采用专用注浆接头套人孔口外的中空杆体，后端用工作螺母锁定，注浆接头前端出浆口与止浆塞紧锁件外环上的凹槽通往硬质内环的出浆孔，弹开柔性外环的前端薄层进入锚杆孔，实现从锚杆杆体外圈向孔内进浆，浆体逐渐充盈整个锚杆孔的空腔，锚杆体中空管体与胀壳内楔连接后，锚杆体内空腔与胀壳内楔的空腔与内楔前端开口与胀壳外楔开口槽形成通道，空气通过杆体空腔排出，可实现后注浆。当浆液从锚杆外露端流出时，注浆完成。
f．拆下工作螺母、专用注浆接头，安装支承垫板，锁紧螺母，锚杆安装完毕。
施工采用专用注浆接头和图强公司开发的DML30—2型锚杆专用注浆泵。DML30—2锚杆专用注浆泵采用新型单螺杆泵芯，特别适用于稠水泥浆(水灰比(W／C)可达0.30：1)。施工时要注意：
a．锚杆孔按设计要求深度钻孔。为保证钻孔的顺直，保证锚固安装质量，要求使用十字钻头，钻完孔后要用高压风进行清洗。
b．现场按安装示意图装配锚杆插入的钻孔中，冲击、旋转杆体，使胀壳锚固头充分胀开，使锚杆牢固定位。
c．孔道与岩石支承面的垂直度：孔道应尽量与岩石支承面垂直，以利垫板受力。
d．注浆材料宜采用标号C30以上的无收缩早强水泥，W／C：0.3-0.45。
e．安装多功能止浆塞，锁紧，使止浆塞外环与钻孔岩壁密合。在锚杆尾端安装注浆接头，从注浆接头与锚杆杆体间进入止浆塞硬质内环的通孔压出，挤开止浆塞的柔性薄层进人钻孔孔道，充盈孔道后，随排气方向往钻孔前端进入锚杆体空腔。当浆液自锚杆体岩壁外露端流出时(图4)，注浆完成，停止注浆。
7 结语
HCB型中空注浆锚杆通过塑料胀壳锚固头与钻孔岩壁的摩擦作用使锚杆牢固地安装在钻孔中，塑料胀壳锚固头与岩壁之间产生的锚固力能满足锚杆注浆压力的需求；通过多功能止浆塞，实现从锚杆杆体外圈向孔内进浆；空气通过中空杆体空腔排出，可实现后注浆，使注浆饱满均匀；保证杆体的注浆效果和注浆保护层，实现支护力。
本锚杆价格较低，且安装、注浆效果显著，性价比优越，是目前普通(非预应力)中空注浆锚杆的新一代产品，具有推广价值。
参考文献
1 吴德兴等．“EX胀壳式可预应力中空注浆锚杆的开发与应用”．岩土锚固技术与工程应用，北京：人民交通出版社，2004
2 吴德兴等，早强锚固式可预应力中空注浆锚杆的开发．公路隧道，2005年第1期
3 程良奎等．岩土锚固．北京：中国建筑工业出版社，2003
