細砂層中拉力分散型錨索施工質(zhì)量控制分析

馬志創(chuàng) 杜西崗 尹 磊

1 工程概況

美蘭機場隧道位于瓊北地區(qū),屬波狀平原地貌,地勢低平開闊,略有起伏。隧道緊鄰海口美蘭機場,區(qū)域地下水位高,涌水量大,工程地質(zhì)條件較差,隧道全長4600 m,起訖里程DK16+700～DK21+300,其中 DK17+000～DK17+290為試驗段,長 290 m。采用明挖順作法施工,以鉆孔灌注樁作為圍護結(jié)構(gòu),支撐系統(tǒng)采用兩排拉力分散型錨索和一排鋼支撐的形式,基坑安全等級為二級。其中第二排錨索總長25.5 m,所處地層為含水量豐富的細砂層,施工難度較大,因此須對傳統(tǒng)的錨索施工工藝加以改進,以滿足工程質(zhì)量要求。

2 拉力分散型錨索與傳統(tǒng)拉力型錨索的主要區(qū)別

傳統(tǒng)的拉力型錨索多屬集中型錨索,在其受荷時,不能將荷載均勻地分布于錨固段長度上,會產(chǎn)生嚴(yán)重的應(yīng)力集中現(xiàn)象,因而當(dāng)錨固體或錨固體一段強度無法滿足要求時,整條錨索將失效。

拉力分散型錨索是由幾個拉力型單元桿體組合而成的單孔復(fù)合錨固體系,荷載分散作用于錨索總錨固段的不同部位,使粘結(jié)應(yīng)力峰值大大降低。理論上整個錨固長度沒有限制,錨索承載力可隨錨固長度的增加而提高。拉力分散型錨索各個單元之間相互獨立,某一單元錨索破壞不會直接影響其他單元錨索,從而不會因個別單元失效而導(dǎo)致整條錨索失效,減少了錨索對地層的依賴性。因此在地質(zhì)條件較差的地層采用拉力分散型錨索能更好的發(fā)揮錨索的作用,達到安全支護的目的。

3 細砂層拉力分散型錨索施工質(zhì)量控制

3.1 錨索編制

1)自由段:為保證各單元錨索相互獨立,自由段采用涂刷黃油,然后波紋管整體套裝保護,鉛絲封口的雙重方法處理。

2)單元錨索的標(biāo)識:為消除在相同荷載作用下因自由段長度不等引起的彈性伸長差,應(yīng)對各個單元錨索施加補償荷載后,再同時張拉各單元錨索并鎖定,施工中采用不同顏色的油漆,防水膠帶雙重方法進行標(biāo)識,以保證張拉順利進行。

3)錨索注漿:分一次注漿和二次充填注漿,注漿管除按錨索設(shè)計形式布置外,還必須滿足設(shè)計注漿壓力范圍內(nèi)注漿管完好。一次注漿和補漿時,注漿管出口保持在孔底附近不動,使水泥漿液從低處向高處流動,對鉆孔孔壁形成一定的壓力,以利于填充套管旋出后形成的空腔,保證注漿飽滿度。

4)支撐架和導(dǎo)向頭:各單元錨索制作時對稱布置,保證錨索張拉時不偏心受力。

3.2 錨索成孔及注漿質(zhì)量控制

針對美蘭機場隧道試驗段錨索施工難點(錨索穿越細砂層極易造成擴孔、塌孔和涌砂)采取以下措施,保證成孔和注漿質(zhì)量:

1)基坑降水:地下水位過高水壓過大,極易造成錨索施工中大量涌砂,不但錨索無法施工,還會引起基坑平臺、護坡的坍塌,因此必須嚴(yán)格執(zhí)行基坑降水排水方案,并觀測地下水位的變化。

2)采用泥漿護壁:泥漿護壁一方面能改善鉆孔周圍土體的塑性,提高土體顆粒之間的相互作用力,進而增強自穩(wěn)能力,從而減小了成孔過程中對周圍土體的擾動、破壞;另一方面能夠更好的控制成孔直徑,從而減少了水泥用量,大大節(jié)約了工程成本。

3)采用全程雙套管跟進成孔,套管保護二次注漿的施工方法。一次注漿管出漿口插入距孔底30 cm～50 cm,漿液自上而下,將錨索孔內(nèi)的水和其他雜質(zhì)排出,二次注漿終壓不低于2 MPa,穩(wěn)壓2 min,二次注漿量不小于一次注漿量。細砂層采用雙套管跟進成孔、套管保護二次注漿,能大大減少孔體周圍土體的流失,保證錨索的施工質(zhì)量。

雙套管跟進成孔及套管注漿工藝流程分別見圖1,圖2。

3.3 錨索循環(huán)加卸載試驗

一般在地層條件不詳或無錨固經(jīng)驗的地層中進行錨索試驗時,為了清楚地研究錨索在這種條件下承載力和位移特征等性能,需要在多個荷載條件下仔細觀察錨索的荷載—位移關(guān)系,而循環(huán)加卸載試驗正是研究錨索的荷載—位移關(guān)系的重要手段。因此應(yīng)根據(jù)相關(guān)規(guī)程和設(shè)計要求,確定循環(huán)加卸荷等級與位移觀測間隔時間等來進行循環(huán)加卸載試驗。

3.4 拉力分散型錨索優(yōu)化方案

拉力分散型錨索優(yōu)化方案示意圖見圖3。

4 結(jié)語

在含水量豐富的細砂層中進行拉力分散型錨索施工時,極易發(fā)生涌砂、擴孔和塌孔現(xiàn)象,在施工過程中要采用合理的施工工藝,嚴(yán)格控制直接影響錨固體的直徑和強度的二次注漿壓力和注漿量,在進行錨索循環(huán)加卸載試驗后,密切關(guān)注錨索軸力監(jiān)測數(shù)據(jù),樁間涌砂應(yīng)及時堵漏,必要時進行補張拉。

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