軟巖地下工程預應力錨索支護設計及技術應用

陳松、黃群杰

（江西交通職業(yè)技術學院，江西南昌330013）

0 引言

軟巖地下工程，施工要求高，施工人員自身素質需達到工程施工要求，工作人員在操作各項施工技術方面也要按照標準流程落實，才能有助于實現(xiàn)既定工程目標?？茖W應用軟巖地下工程中預應力錨索支護技術，按照工程質量要求提高施工方案設計的質量，為后續(xù)的技術應用打下基礎，如為后續(xù)的錨索制作及安裝和灌漿等系列的操作打下基礎，這對實現(xiàn)既定工程目標有著積極作用。

1 軟巖地下工程狀況及預應力錨索支護技術特征

1.1 軟巖地下工程狀況

軟巖地下工程在實際施工方面應用到多樣技術，對各類技術的應用要求較高，預應力錨索支護技術就是較關鍵的工程應用技術之一。某軟巖地下工程全長6.12km，最大高度有8.9m，最大的寬度6.2m。通過相關地質勘查得到結果，其地下的內部地質構造較復雜，有軟弱圍巖及斷層破碎帶等地質狀況，基巖的裂隙水多，孔隙潛水多，斷層的含水量也較高，為避免地下施工發(fā)生軟巖變形情況，就需科學運用預應力錨索支護技術，從而提高工程施工質量安全，加快整體工程施工效率。

1.2 預應力錨索支護技術特征

預應力錨索支護技術在軟巖地下工程施工中發(fā)揮著重要作用。該技術有著鮮明的優(yōu)勢特征，以下從幾點優(yōu)勢特征層面進行闡述。如應用預應力錨索對高邊坡的基礎開挖及隧洞洞臉開挖有強化邊坡的穩(wěn)定性、最大程度地減少開挖工程量、縮短開挖的工期的作用。在壩基以及岸坡的抗滑穩(wěn)定加固當中，能在不擾動基巖的狀況下提供可靠抗滑力[1]；也能有助于修補混凝土裂縫，把過大集中荷載能分散到較大的范圍中，在不增加自重的狀態(tài)下提高工程抗震及抗沖擊性能；通過預應力錨索也能替代部分的混凝土壓重，有效減少混凝土的用量，保證設計的斷面更為合理化。軟巖地下工程建設施工中對預應力錨索支護技術應用，其設計合理、施工便利，有著較突出的經(jīng)濟的優(yōu)勢。

2 軟巖地下工程預應力錨索支護設計和技術應用

2.1 預應力錨索支護設計要點

軟巖地下工程施工中為能加快工程施工進度，預應力錨索支護設計需要抓住要點，從以下幾點加強重視。

2.1.1 科學設計錨固力大小

為促進軟巖地下工程施工活動順利開展，這就需要在具體設計中對錨固力大小進行科學設計。錨固力大小由不同方法確定：一種是類似土釘設計方法，主要是結合地層滑動最小穩(wěn)定性系數(shù)，進行對比需要的穩(wěn)定性系數(shù)，采用錨索錨固力來實現(xiàn)地層穩(wěn)定及滿足設計要求的穩(wěn)定系數(shù)[2]；另一種是工程類比方法，結合穩(wěn)定需要的錨固力就是工作錨固力，設計錨索其他尺寸中的安全系數(shù)，TW·Sf公式計算各部分尺寸參數(shù)，可參照如下安全系數(shù)表1 參數(shù)設計（工作錨固力TW，安全系數(shù)Sf）。

表1 安全系數(shù)相關參數(shù)（*有現(xiàn)場試驗結果可取2．0，**黏性土中應取4．0）

2.1.2 科學設計錨固段長度

預應力錨索支護設計中，針對錨固段長度設計也是比較重要的。由于錨固結構存在不同，所以錨固段長度設計也會有不同之處。如完整巖體或是硬質的黏土層，通過低壓力或無壓力灌漿，這時候的漿液會固結成規(guī)整圓柱體，基本與孔徑大小一致，錨固力靠固結體和地層黏結力提供。如果漿液固結的整個過程沒有出現(xiàn)體積收縮，低壓力的注漿也不改變孔徑，錨固段受力時候應力沿著孔壁均勻分布，破壞是漿液固結壁以及孔徑黏結力不足所致，或黏結壁附近土體突發(fā)性剪切破壞[3]。錨固段的長度計算需要按照相應的計算公式，如：L=TWSf/πDτs或L=TWSf/απDCu。對于裂隙巖體以及非黏性土采取較低壓力注漿，漿液發(fā)生滲透作用，固結范圍超過鉆孔孔徑，破壞發(fā)生在鉆孔錨固段地層的周邊部位，這就需要結合樁設計方法。錨固段的長度設計中要按照相應的要求，通常對硬巖石中錨固力＜200kN 時，錨固的長度不能＜2m，錨固力＞200kN時候不能＜3m，過小就會影響其可靠性。土中錨固最短不能＜3m，最長不能＞10m，最佳長度在6～7m。

2.1.3 科學設計錨固力

預應力錨索支護設計點比較多，其中錨固段深度設計是比較關鍵的設計部分，錨固段深度設計的要求會結合不同的巖體有著不同的設計深度。如有的地質是均質巖體單根錨索，有的是錨索群錨固，也有的是斷裂巖體單根錨索的錨固段深度。如，有地下水，就要考慮浮容重。錨固段深度的設計需要和具體的地質狀況以及錨索的應用情況相結合，按照相應計算公式設計。而對錨固力的設計中，為有效增強錨固力，施工中常常會選擇專門錨固劑，和水泥砂漿進行混合形成注漿材料，保證巖層和錨索間的連接強度。錨固力在實際設計中，選擇合適的錨固劑尤為重要，如樹脂錨固劑環(huán)境適應性強，承載力突出，突出的抗水防滲的效果。鉆孔后把錨固劑注漿材料注入鉆孔中，插入錨索，桿體的長度在滿足施工要求的基礎上增加L 值，有助于達到良好支護效果。

2.1.4 科學設計錨固段間隔和傾角

預應力錨索支護設計中在間距的控制方面要加強重視，預應力錨索密度大提供支撐力就會增加，間距小會造成原本局促的地下施工空間狹窄，會對機械作業(yè)產(chǎn)生不利影響，容易提高施工成本。另外，間距設計要能和支護要求相適應，結合壓縮拱理論，壓縮拱內徑通過R=r+a/2 表達，R 為壓縮拱的內徑，a 為錨索的橫線間距，r 為洞室的半徑，進行對公式轉化就能得到錨索間距a=2（R-r）；而在對錨固傾角的設計環(huán)節(jié)，也要把握設計的要點，錨索在水平面進行投影，和錨桿間夾角就是傾角，傾角在0～15o內，錨索傾角增加相鄰錨索間有效壓應力所疊加區(qū)域擴大，能夠提供更強支撐力。而在15～30o傾角增大的時候，其提供的支撐力效果會降低[4]。

2.2 預應力錨索支護技術應用實踐

其一，注重錨索成孔實踐。預應力錨索支護技術實際應用實踐中，錨索成孔是比較重要的環(huán)節(jié)，結合前期的地質勘查的結果發(fā)現(xiàn)，圍巖裂縫發(fā)育、破碎嚴重，需要清理好施工面并進行整平處理，然后布設好鉆孔的平臺。巖石的表面進行攤鋪20cm 厚度水泥砂漿，形成堅固地面。結合相應施工圖紙標記各孔位點，第一個鉆孔部位進行布設鉆機，校正鉆頭、鉆桿和點位，使之能保持在同一直線，保證鉆頭保持垂直。將鉆機參數(shù)進行調整，鉆到指定的深度后停止加壓，讓鉆孔在深度繼續(xù)轉動3min 后拔出，提高鉆孔質量。

其二，錨索制作和安裝。錨索制作中采用φ16mm鋼絞線加工，現(xiàn)場做抗拉強度實驗，保證其強度符合施工要求。錨索施工采用的擴張環(huán)及注漿管，也一并與之一起制作完成。之后安裝錨索中，為能縮短施工時間，安裝前要核對成孔效果，保障孔內清潔，把準備好的自適應預應力錨索插入其中，達到鉆孔底部后施工人員使用夾具固定錨索，然后準備好灌漿操作。

其三，灌漿加固處理。灌漿操作時，把錨固劑的漿液裝入注漿泵當中，注漿泵出口端連接細導管，把導管另一端插入鉆孔內，啟動注漿泵，將漿液注入鉆孔中，直到漿液溢出孔口后移動設備到下一鉆孔中。預應力錨索注漿全部完成后需要靜置一段時間，漿液在完全固結之后將夾具撤去，這一環(huán)節(jié)要把握注漿操作要點，一次完成，注漿后立即轉動錨索使之和漿料充分結合，有助于提高抗拔性能。

其四，預應力張拉和封錨處理。施工操作中相關施工人員在預應力張拉環(huán)節(jié)，需要參考鋼絞線相關性能參數(shù)，尤其極限承載力及屈服強度等參數(shù)，避免張拉力過大造成鋼絞線出現(xiàn)斷裂的問題。此次張拉操作，分成三級張拉，拉力分別設計值為60%、80%、100%，每個級別進行張拉都要安排專人就張拉方法及張拉力度等做好現(xiàn)場監(jiān)控、操作，并要如實記錄，保證張拉的效果。最后封錨操作中，完成三級張拉記錄數(shù)據(jù)滿足支護要求后才能進行封錨處理。要加強重視封錨防護，對鋼墊板及錨具等加強防護，使用M30 水泥砂漿作為封錨材料，噴射砂漿封錨后簡單維護，保障整個工程施工質量。

3 結語

總之，預應力錨索有著不同的類型，如張拉型的錨索、黏結式錨固形式以及機械式的錨固形式。張拉型錨索是錨索體施加預應力對水泥漿以及砂漿固結體產(chǎn)生張拉力作用，有助于對圍巖實施主動支護作用。根據(jù)本工程施工中對預應力錨索施工要求，在具體錨固段的各設計要點加強控制，以及支護技術應用加強質量管理，能夠有效提升工程施工水平。