細砂層中拉力分散型錨索施工質量控制分析

馬志創 杜西崗 尹 磊

1 工程概況

美蘭機場隧道位于瓊北地區,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,區域地下水位高,涌水量大,工程地質條件較差,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構,支撐系統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,因此須對傳統的錨索施工工藝加以改進,以滿足工程質量要求。

2 拉力分散型錨索與傳統拉力型錨索的主要區別

傳統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,會產生嚴重的應力集中現象,因而當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,使粘結應力峰值大大降低。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致整條錨索失效,減少了錨索對地層的依賴性。因此在地質條件較差的地層采用拉力分散型錨索能更好的發揮錨索的作用,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,注漿管除按錨索設計形式布置外,還必須滿足設計注漿壓力范圍內注漿管完好。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,因此必須嚴格執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,將錨索孔內的水和其他雜質排出,二次注漿終壓不低于2 MPa,穩壓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 錨索循環加卸載試驗

一般在地層條件不詳或無錨固經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—位移關系,而循環加卸載試驗正是研究錨索的荷載—位移關系的重要手段。因此應根據相關規程和設計要求,確定循環加卸荷等級與位移觀測間隔時間等來進行循環加卸載試驗。

3.4 拉力分散型錨索優化方案

拉力分散型錨索優化方案示意圖見圖3。

4 結語

在含水量豐富的細砂層中進行拉力分散型錨索施工時,極易發生涌砂、擴孔和塌孔現象,在施工過程中要采用合理的施工工藝,嚴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,在進行錨索循環加卸載試驗后,密切關注錨索軸力監測數據,樁間涌砂應及時堵漏,必要時進行補張拉。

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