錨桿支護(hù)在水利水電工程地下廠房施工中的應(yīng)用

田 鵬，李 波

(1.呼蘭區(qū)澇區(qū)管理站，黑龍江哈爾濱 150500;2.中國(guó)水利水電第六工程局有限公司二公司，遼寧丹東 118203)

1 工程地質(zhì)概況

該工程所涉錨桿支護(hù)為電站地下廠房，廠房圍巖主要為灰紫—青灰色中厚層巖屑砂巖夾泥質(zhì)粉砂巖，泥質(zhì)粉砂巖含量為12% ～23%。鉆孔揭露，頂拱以上分布約有10層軟弱夾層，廠房部位共分布約7～10層軟弱夾層，巖體大多呈微風(fēng)化，受F220斷層影響，南端墻及頂拱巖體呈弱風(fēng)化。廠房南端墻及其頂拱圍巖以Ⅳ類為主，局部為Ⅴ圍巖。北端墻及其頂拱圍巖為Ⅲ類，邊墻圍巖則以Ⅲ類為主。廠房支護(hù)施工有Φ32 mm砂漿錨桿錨入巖石(6 m、8 m、10 m3種規(guī)格)，Φ32 mm預(yù)應(yīng)力錨桿(12 m規(guī)格)，以及鋼拱肋制安;噴鋼纖維混凝土20 cm;T=300 kN預(yù)應(yīng)力錨索等。

2 施工工藝

砂漿錨桿采用多臂鉆與手風(fēng)鉆配合進(jìn)行鉆孔，錨桿注漿機(jī)注漿，在人工自制的鋼架平臺(tái)上安裝錨桿[1]。錨桿鉆孔時(shí)，孔位與施工圖紙要求的孔位偏差≤10 cm。錨桿孔的孔軸方向符合設(shè)計(jì)要求。局部滑動(dòng)的節(jié)理面位置，可調(diào)整鉆孔的入巖方向，其與滑動(dòng)面交角≥45°。采用“先注漿后安裝錨桿”的施工程序，鉆頭直徑大于錨桿直徑15 mm以上?？蛇x用自進(jìn)式和預(yù)應(yīng)力錨桿兩種。自進(jìn)式錨桿在錨桿孔穩(wěn)定性差、注漿錨桿安裝困難的部位使用。預(yù)應(yīng)力錨桿采用高強(qiáng)度鋼材制成，主要用于廠房邊墻和頂拱的不穩(wěn)定體，對(duì)可能失穩(wěn)的巖體施壓加固。

為保證鉆孔角度的準(zhǔn)確，鉆孔開(kāi)始時(shí)采用輕沖擊造孔，反復(fù)校核鉆孔角度，準(zhǔn)確無(wú)誤后再全速鉆進(jìn)。鉆孔至設(shè)計(jì)深度后，經(jīng)檢查合格后進(jìn)行錨桿安裝施工。錨桿安裝前，先用桿體量測(cè)孔深，作出標(biāo)記，然后用錨桿桿體將樹(shù)脂卷送至孔底，樹(shù)脂卷送入孔底后進(jìn)行攪拌[2]。攪拌樹(shù)脂時(shí)，用錨桿作業(yè)臺(tái)車緩慢推進(jìn)錨桿桿體，并按廠家產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)規(guī)定的攪拌時(shí)間進(jìn)行連續(xù)攪拌。樹(shù)脂攪拌完畢后，立即在孔口處將錨桿臨時(shí)固定。錨桿臨時(shí)固定后立即插入兩根塑料管在孔內(nèi)，供張拉后灌漿和排氣。插入時(shí)應(yīng)注意防止注漿管阻塞和彎曲，并注意插入深度，以免插入過(guò)深將管口阻塞。樹(shù)脂卷攪拌完畢15 min后安裝好托板、擰好螺母，完成上述錨固工藝，經(jīng)監(jiān)理人檢驗(yàn)合格，待錨桿抗拉拔力達(dá)設(shè)計(jì)要求后，按施工圖紙規(guī)定的張拉力進(jìn)行張拉，張拉采用力矩扳手施力，張拉過(guò)程中要始終保持錨桿軸向受力，并均勻加力至設(shè)計(jì)要求，然后進(jìn)行鎖定。預(yù)應(yīng)力錨桿張拉完成后立即進(jìn)行錨桿注漿，利用予留注漿管注漿，注漿方法與錨桿施工方法相同。錨桿施工工藝流程見(jiàn)圖1。

3 錨桿試驗(yàn)與檢測(cè)

3.1 錨桿極限拉拔

通過(guò)錨桿極限拉拔工藝性試驗(yàn)，檢驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)錨桿灌注的質(zhì)量。通過(guò)錨桿極限拉拔工藝性試驗(yàn)，確定錨桿極限拉拔強(qiáng)度。試驗(yàn)步驟:①在試驗(yàn)前將監(jiān)理工程師指定的錨桿焊接至試驗(yàn)所需的長(zhǎng)度;②待砂漿錨桿達(dá)到28 d強(qiáng)度后進(jìn)行極限拉拔試驗(yàn);③試驗(yàn)時(shí)，機(jī)械設(shè)備準(zhǔn)備就緒后，利用8 t汽車吊欄人工安裝固定好千斤頂，連接油泵和千斤頂?shù)倪M(jìn)、回油管，接通電源，啟動(dòng)油泵，準(zhǔn)備施加荷載;④閉回油閥，打開(kāi)進(jìn)油閥，并緩慢勻速逐級(jí)加載直至拔出錨桿或?qū)U體拉斷為止，記錄此時(shí)的拉拔力值，即為錨桿極限拉拔力值;⑤拉拔器要與錨桿軸線一致，每一級(jí)加載后測(cè)定錨桿位移量。⑥錨桿拉拔試驗(yàn)分析。

圖1 錨桿施工工藝流程圖

3.2 錨桿密實(shí)度試驗(yàn)

通過(guò)錨桿注漿密實(shí)度工藝性試驗(yàn)，檢驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)錨桿注漿是否飽滿。試驗(yàn)錨桿長(zhǎng)度、數(shù)量的選取:為使試驗(yàn)具有代表性，并能夠充分起到驗(yàn)證施工工藝和飽滿程度的目的，擬選擇3根8 m長(zhǎng)的錨桿分別按3個(gè)角度進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)步驟:①試驗(yàn)前在監(jiān)理工程師認(rèn)可的試驗(yàn)地點(diǎn)搭架子以備試驗(yàn)時(shí)使用。②選取與試驗(yàn)錨桿直徑、長(zhǎng)度、材質(zhì)相同的錨筋若干根。③選取內(nèi)徑與錨孔相同長(zhǎng)度與錨桿一樣的PVC管若干根。④將PVC管的一端封堵，管口朝外，按與地面平行、垂直和傾斜等幾個(gè)方向固定在試驗(yàn)地點(diǎn)搭設(shè)的架子上。⑤按設(shè)計(jì)錨桿砂漿配比拌制試驗(yàn)砂漿。⑥按預(yù)定的注漿方向向PVC管內(nèi)注滿砂漿，插入錨桿。⑦養(yǎng)生一周后將管子剖開(kāi)，檢查桿體位置及注漿的密實(shí)程度。

試驗(yàn)結(jié)果分析:PVC管剖開(kāi)后檢查發(fā)現(xiàn)桿體位置聚中，注漿的密實(shí)程度較好。垂直、傾斜45°的錨桿密實(shí)度不如水平錨桿理想:垂直、傾斜45°的錨桿砂漿空隙集中在錨桿的前端，水平錨桿在尾端。

根據(jù)《錨桿噴射混凝土支護(hù)技術(shù)規(guī)范》GB50086—2001的規(guī)定，1、2、3錨桿密實(shí)度均合格。3.3 預(yù)應(yīng)力錨桿試驗(yàn)

根據(jù)所選定的錨固劑材料實(shí)測(cè)與圍巖和錨桿體黏結(jié)強(qiáng)度，驗(yàn)證錨固段長(zhǎng)度是否合理，熟悉并檢驗(yàn)施工工藝。測(cè)量每級(jí)荷載下自由段的伸長(zhǎng)長(zhǎng)度，根據(jù)油泵卸載至零荷載時(shí)千斤頂油缸的伸長(zhǎng)值確定預(yù)應(yīng)力錨桿的鎖定荷載，測(cè)量油泵卸載后的千斤頂油缸伸長(zhǎng)值。試驗(yàn)步驟:①按照設(shè)計(jì)要求，利用T10多臂鉆機(jī)鉆孔，嚴(yán)格控制鉆孔直徑和孔深;②現(xiàn)場(chǎng)任意選取3個(gè)孔做預(yù)應(yīng)力錨桿試驗(yàn)，在多臂鉆上用Φ55塑料管將樹(shù)脂錨固劑逐卷送入孔底;③事先將Φ20塑料排氣管用鐵絲與錨桿體捆綁，利用多臂鉆先將前半段預(yù)應(yīng)力錨桿體送入孔內(nèi)，再用人工把聯(lián)結(jié)套和后半段聯(lián)結(jié)并可靠焊接，然后多臂鉆再將全部桿體推入孔內(nèi)，利用秒表計(jì)時(shí)，用鉆機(jī)攪拌35 s;④鉆機(jī)反轉(zhuǎn)，與錨桿體分離，插入Φ20塑料注漿管，待樹(shù)脂錨固劑達(dá)到強(qiáng)度后，用混凝土濕噴機(jī)在孔口噴射CF30鋼纖維混凝土，噴射厚度≥5 cm;⑤在混凝土初凝前將孔口人工抹平，以保證千斤頂張拉時(shí)受力均勻，孔口混凝土達(dá)到強(qiáng)度后，先安裝130×130 mm、δ=32 mm墊板和JLM型螺母，將1 m長(zhǎng)Φ32精扎螺紋鋼用JLL聯(lián)結(jié)器與預(yù)應(yīng)力錨桿外露端聯(lián)結(jié)引長(zhǎng)，以供千斤頂張拉使用;⑥張拉設(shè)備就緒后，上好千斤頂，在錨桿體引長(zhǎng)端再上一聯(lián)結(jié)套，將千斤頂卡住。聯(lián)結(jié)油泵和千斤頂進(jìn)、回油管和電源，啟動(dòng)油泵，準(zhǔn)備張拉;⑦關(guān)閉回油閥，打開(kāi)進(jìn)油閥，以30 kN/min的速率加載至初始荷載60 kN，用游標(biāo)卡尺測(cè)量千斤頂油缸伸長(zhǎng)值，然后逐級(jí)加載至75 kN、150 kN、225 kN、300 kN、345 kN，每級(jí)持荷5 min，并在每級(jí)持荷后用游標(biāo)卡尺測(cè)量千斤頂油缸伸長(zhǎng)值，該長(zhǎng)度與千斤頂初始荷載下伸長(zhǎng)值之差即為該荷載下的實(shí)際伸長(zhǎng)值。待油缸卸載至零荷載后，量測(cè)油缸長(zhǎng)度，計(jì)算錨桿鎖定應(yīng)力值。30 min后再測(cè)量一次油缸長(zhǎng)度，然后卸下聯(lián)結(jié)套、千斤頂。

試驗(yàn)成果分析:3根預(yù)應(yīng)力錨桿在試驗(yàn)過(guò)程中性能穩(wěn)定，張拉分多個(gè)循環(huán)進(jìn)行，錨固段錨固力大于張拉力，預(yù)應(yīng)力錨桿體在張拉過(guò)程中實(shí)際伸長(zhǎng)值有規(guī)律可尋。選定的2.6 m錨固長(zhǎng)度達(dá)到強(qiáng)度要求，樹(shù)脂錨固劑材料滿足強(qiáng)度要求，現(xiàn)場(chǎng)施工工藝適合預(yù)應(yīng)力錨桿施工。

4 結(jié)語(yǔ)

預(yù)應(yīng)力錨桿支護(hù)作為地下廠房支護(hù)的一種重要支護(hù)形式，對(duì)加強(qiáng)廠房圍巖穩(wěn)定，保證施工安全起著重要的作用。預(yù)應(yīng)力錨桿是否合格，關(guān)鍵在于錨固段。

[1]李英杰，蘭永偉.錨桿支護(hù)技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用[J].煤炭技術(shù)，2007，26(08):66 －67.