喷锚支护(卷名：土木工程)
shotcrete and rock bolt
喷射混凝土和锚杆单独使用或组合而成的一种支护形式。喷锚支护于20世纪50年代开始采用，随着岩体力学的发展和水泥速凝剂（见混凝土外加剂）与混凝土喷射机的相继出现，这种支护形式已在矿山、水利、交通、人防和军事等各部门的地下工程中广泛采用，获得了较好的技术经济效益。
支护类型 ①喷射混凝土支护。即以压缩空气作动力，通过混凝土喷射机，将掺有速凝剂的混凝土拌合料直接喷射到岩面上，使之迅速凝结硬化而成。喷射混凝土分“干喷”和“湿喷”两种。“干喷”工艺简单，目前运用较广，但粉尘大、回弹量多。“湿喷”可减少回弹量和粉尘，但尚处于试用阶段。②锚杆支护。在围岩钻孔并插入锚杆，用以锚固围岩。按锚杆的锚固方式，可分为端头锚固式锚杆和全长锚固式锚杆两类。端头锚固式锚杆是通过锚杆端部的锚头锚固在围岩中，在杆体的另一端则由垫板同岩面接触，通过拧紧螺母使垫板与岩面贴紧。常用的有楔缝式锚杆、胀壳式锚杆和倒楔式锚杆等(见图)。其优点是安装快，立即起到支护作用；但由于锚杆没有保护外壳，容易锈蚀，锚头容易滑动。这类锚杆常用于施工中的临时支护或服务年限较短的矿山巷道中。全长锚固式锚杆是用胶结材料(通常用水泥砂浆或树脂)沿锚杆孔全长胶结杆体，对围岩起加筋作用，如钢筋砂浆锚杆和树脂锚杆等。这类锚杆耐久可靠，支护效果比端头锚固式好。按是否对锚杆施加预应力，又可分为普通锚杆和预应力锚杆两类。③喷射混凝土锚杆支护。即锚杆和喷射混凝土联合使用。④钢筋网喷射混凝土支护。即在喷射混凝土中设置有钢筋网，以增强喷层的整体性以及抗弯和抗剪能力。⑤钢筋网喷射混凝土锚杆支护。即锚杆和钢筋网喷射混凝土联合使用。
作用原理 喷锚支护在洞室开挖后，支护及时，与围岩密贴，柔性好，有良好的物理力学性能。它能侵入围岩裂隙，封闭节理，加固结构面和层面，提高围岩的整体性和自承能力，抑制变形的发展。在支护与围岩的共同工作中，有效地控制和调整围岩应力的重分布，避免围岩松动和坍塌，加强围岩的稳定性。它不象传统的模筑混凝土衬砌那样，只是在洞室开挖后被动地承受围岩压力，而是主动地加固围岩。目前，对喷锚支护作用原理的研究还不完善，有待进一步探索和改进。
设计原则和方法 根据岩体的产状，将围岩按大类分为整体、块状、层状和软弱松散等几类。不同结构类型的围岩，开挖洞室后力学形态的变化过程及其破坏机理各不相同，设计原则也有差别。对于整体状围岩，可以只喷上一薄层混凝土，防止围岩表面风化和消除表面凹凸不平以改善受力条件；仅在局部出现较大应力区时才加设锚杆。在块状围岩中必须充分利用压应力作用下岩块间的镶嵌和咬合产生的自承作用；喷锚支护能防止因个别危石崩落引起的坍塌。通过利用全空间赤平投影的方法，查找不稳定岩石在临空面出现的规律和位置，然后逐个验算在危石塌落时的力作用下锚杆或喷射混凝土的安全度。在层状围岩中，洞室开挖后，围岩的变形和破坏，除了层面倾角较陡时表现为顺层滑动外，主要表现为在垂直层面方向的弯曲破坏，用锚杆加固使围岩发挥组合梁的作用。软弱围岩近似于连续介质中的弹塑性体，采用喷锚支护时，宜将洞室挖成曲墙式，必要时加固底部，使喷层成为封闭环，用锚杆使周围一定厚度范围内的岩体形成“承载环”，以提高围岩自承能力。
材料 喷射混凝土是水泥、砂、石加水和少量速凝剂，按一定的配合比混合而成的一种复合材料。要求水泥掺入速凝剂后，凝结快，保水性能好，早期强度增长快，收缩量较小；普通硅酸盐水泥比较符合这种要求。砂子应选用硬质洁净的天然或机制的中砂或粗中混合砂。石子应选用坚硬耐久的卵石或碎石，粒径不宜过大。拌和用水应为不含有影响水泥正常凝结和硬化的洁净水。加入速凝剂的目的在于使喷射混凝土速凝快硬，防止喷层因重力作用而坍落，提高喷射混凝土在潮湿岩面或轻微含水岩层中使用的适应性，增加一次喷射厚度和缩短两次喷射的间歇时间。速凝剂有固体的和液体的两种，其最佳掺量取决于喷射混凝土的最佳凝结时间和设计强度。过量的速凝剂会影响速凝效果和降低喷射混凝土的后期强度。与固体速凝剂相比较，液体速凝剂容易混合均匀，对喷射混凝土的后期强度影响较小。
施工工艺 喷射混凝土支护的施工特点是既不用模板，又将混凝土的输送、灌筑和振捣等合为一道工序，操作简单，施工速度快。①干式喷射的工艺较简单，目前运用较广，它是先将水泥、砂、石按一定比例（通常为1:2:2）和速凝剂干拌均匀后装入专用的喷射机，在压缩空气推动下，将干拌料沿料管连续地输送至喷枪，再在喷枪的后部与从水管经水环射出的高压水混合，然后高速喷射到岩面，凝结硬化而成。②湿式喷射的工艺则不同，是将原材料湿拌均匀后装入喷射机，用液态的速凝剂借压缩空气通过另设的管道喷出，在喷枪后部与湿料混合。为了减轻操作喷枪的劳动强度和改善工作条件，已有用于大、中、小断面的各种类型喷射混凝土机械手。
速凝剂的掺量为水泥重量的2.5～4％，过多会严重影响混凝土的后期强度。在使用前一般应作速凝效果的试验，以确定最佳掺量；有时可以不加速凝剂。水灰比与普通混凝土不同，一般以在0.4～0.5之间为好。过大则喷射面上会出现流淌或滑移现象;过小则料束分散，回弹增多，喷射面上出现干斑，影响混凝土的密实性。水灰比适当时，混凝土表面略现光泽且不流淌。
因喷射混凝土的水泥用量较多，凝结硬化速度快，为使混凝土强度均匀增长，防止收缩开裂，必须加强养护工作。在混凝土喷完后2～4小时内，即应开始喷水养护，养护时间不少于10～14天。
用作永久性支护的锚杆，为了防止锚杆锈蚀和提高加固围岩的作用，目前中国常用灌浆锚杆，即全长锚固式锚杆，且大多采用灌筑水泥砂浆的砂浆锚杆，其施工工艺简单。①螺纹钢筋砂浆锚杆。采用先灌后锚的方法。在钻孔中先灌入砂浆，然后打入一定长度和直径的螺纹钢筋即成。灌浆采用风动灌浆器；所用的砂浆配合比即水泥：砂：水为1:(1～1.5):(0.42～0.45)。此外，也有采用将砂浆装入玻璃管内或用两个钻有小孔的半圆形铁皮内，一起放入钻孔中，然后打入螺纹钢筋，砂浆在受挤压时玻璃管胀裂，或由铁皮上小孔中挤出，从而使锚杆和孔壁胶结成整体。②楔缝式砂浆锚杆。是利用已起临时支护作用后的锚杆，经灌入砂浆，再起永久性支护的作用。此时须采用先锚后灌的方法，并须用真空压力灌浆，由真空泵、灰浆泵和灰浆搅拌机等组成灌浆装置；所用的砂浆配合比则须控制在1:0.7:(0.42～0.47)较好。
喷射混凝土和锚杆支护，一般应在隧道或洞室开挖后及时施作。在地质条件较好的围岩中，可先打锚杆或设钢筋网，再喷射混凝土；在破碎、松软或受水和空气作用容易蚀变、潮解的岩层中，开挖后应立即喷上混凝土，或先喷一薄层作临时支护，随后再加设锚杆或钢筋网，加喷一定厚度的混凝土，使其成为永久性支护。