基于預(yù)應(yīng)力錨索設(shè)計(jì)和施工要點(diǎn)

蒲振旗

(新疆額爾齊斯河流域開(kāi)發(fā)建設(shè)管理局，烏魯木齊830000)

隨著我國(guó)近些年來(lái)建筑產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展以及建筑市場(chǎng)的全面對(duì)外開(kāi)放，各種新技術(shù)、新工藝等浮出水面，在項(xiàng)目工程施工中廣泛被投入使用。其中，預(yù)應(yīng)力錨索技術(shù)以它具備的施工便捷性能、占用作業(yè)空間小、加固性能良好等基本特性，在不少項(xiàng)目工程建設(shè)階段被廣泛采用，進(jìn)而保證了基礎(chǔ)巖體工程的加固效果，為工程安全性能與質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)體提供了有利實(shí)施基礎(chǔ)。如果以灌漿次數(shù)劃分應(yīng)用種類，它可劃分為兩次灌漿全長(zhǎng)黏結(jié)式與一次灌漿雙層保護(hù)自由式。可以說(shuō)，這兩種灌漿作業(yè)方式在我國(guó)工程中得到的應(yīng)用效果非常好，且造價(jià)相對(duì)均衡。其中，雙層保護(hù)預(yù)應(yīng)力的應(yīng)用的造價(jià)成本相對(duì)偏高，在我國(guó)不少大型水利電站中應(yīng)用較為常見(jiàn)，但在多數(shù)工程施工中還未能普及使用此施工方法，即多數(shù)運(yùn)用的是兩次灌漿的全長(zhǎng)黏結(jié)式錨索。

1 錨索具備的基本特性

可以說(shuō)，雙層保護(hù)預(yù)應(yīng)力錨索具備的特性要比全長(zhǎng)黏結(jié)式錨索的應(yīng)用性能更為良好。主要體現(xiàn)在以下5點(diǎn):①抗腐蝕能力突出。前者相較于后者全長(zhǎng)黏結(jié)式錨索而言，其抗腐蝕能力更為突出。這是因?yàn)樵谄溴^索內(nèi)的錨固段有著波紋管與水泥膠凝體，并以這種材質(zhì)作為抗腐層。此外，在張拉區(qū)域還有PE保護(hù)套、波紋管、水泥膠凝體三道抗腐蝕防線，進(jìn)而使錨索的整體抗腐性能得以體現(xiàn)。②重復(fù)張拉特性。由于張拉區(qū)域鋼絞線處有PE保護(hù)套，且在保護(hù)套內(nèi)填充了一定防銹蝕制劑，所以相對(duì)膠凝體而言是自由的，即使錨索張拉處于鎖定狀態(tài)，必要作業(yè)時(shí)也可根據(jù)需求去反復(fù)張拉，提高了錨索加固成效。③灌漿工藝便捷。由于張拉區(qū)域有著PE保護(hù)套，所以張拉段能夠運(yùn)用一次灌漿工序進(jìn)行，并等到漿液已經(jīng)穩(wěn)定凝固后達(dá)到基本標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度要求就可以繼續(xù)張拉鎖定，進(jìn)而要比兩次灌漿省去了不少工藝步序，即工藝相對(duì)便捷與簡(jiǎn)化。④能夠預(yù)防邊坡變形。主要因?yàn)閺埨糠质亲杂傻模M(jìn)而能夠在外錨部位安裝測(cè)力計(jì)，用以維持其正常變形的應(yīng)力情況，起到防范、監(jiān)測(cè)其應(yīng)力變形的實(shí)用效能。⑤張拉區(qū)域的錨索受力均勻。

2 錨索設(shè)計(jì)研究分析

2.1 錨索長(zhǎng)度選取

首先應(yīng)結(jié)合懸吊理論做好支護(hù)設(shè)計(jì)。總體而言，錨索支護(hù)作用的發(fā)揮與巖層穩(wěn)定性有關(guān)，所以要利用上部穩(wěn)定巖層結(jié)構(gòu)，將下部的不穩(wěn)定性能巖體吊在上部巖層中，進(jìn)而能夠體現(xiàn)錨索的支護(hù)性能。但在實(shí)踐中，不少工程設(shè)計(jì)單位為了能夠確定支護(hù)參數(shù)，就會(huì)刻意將錨索長(zhǎng)度懸吊為15 m甚至更長(zhǎng)。也就是說(shuō)，這種懸吊長(zhǎng)度雖然能夠發(fā)揮一定效用，但相比錨固部位和錨索托板間而言，其對(duì)巷道巖體發(fā)揮的是一種擠壓性質(zhì)的加固效用，刻意設(shè)計(jì)懸吊高度發(fā)揮出的作用是次要的。所以，錨索設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)盡量采取擠壓加固機(jī)理。此外，在錨索安裝作業(yè)部分，應(yīng)當(dāng)盡量確保熟練工種安裝，把握好安裝規(guī)律，并以6～7 m錨索錨固的長(zhǎng)度為宜。

2.2 錨固時(shí)間

鋼絞線錨索是一種常用的錨固錨索，且這種錨索的直徑和錨索的延伸率有很大關(guān)系，即延伸率決定著巷道巖體變形的適應(yīng)情況如何。如，15.25 mm直徑的錨索，其延伸率一般在3.5% ～3.7%，這種錨索也就并不適用于變形程度較大的巖體結(jié)構(gòu)中。也就是說(shuō)，確定錨索時(shí)間需要看錨固錨索與圍巖構(gòu)造之間的變形適應(yīng)情況。即過(guò)早安設(shè)錨索說(shuō)明圍巖變形程度較高，從而極易導(dǎo)致錨索折斷，而太晚安設(shè)錨索會(huì)引起錨桿與錨索的加固段巖層離合。此外，通過(guò)錨桿和圍巖構(gòu)造表面之間在變形期內(nèi)的測(cè)驗(yàn)，也可以看出圍巖變形的情況，如果其變形期內(nèi)變形劇烈，是不宜采取錨索支護(hù)的。所以，這就要等到錨桿錨固的性能良好時(shí)，即其變形程度逐漸緩慢時(shí)，就是錨索支護(hù)安設(shè)的最佳時(shí)期。

2.3 錨索安設(shè)后的緊固方法

結(jié)合行業(yè)相關(guān)規(guī)程規(guī)范可知，錨索安設(shè)作業(yè)后應(yīng)當(dāng)及時(shí)供應(yīng)100 kN為單位的預(yù)應(yīng)力，并在距迎頭存有20 m間距時(shí)再展開(kāi)2次緊固，進(jìn)而能夠到2次緊固后的150 kN效果，降低了頂板變形的可能。但實(shí)踐中，由于專業(yè)安設(shè)錨索的設(shè)施不足或者施工中2次緊固工藝步序的省略，加上1次緊固后的預(yù)應(yīng)力效果不夠，所以很難使其預(yù)應(yīng)力要求得以滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，最終降低了支護(hù)效果。所以，在場(chǎng)地作業(yè)管理中，就要重點(diǎn)對(duì)錨索施工作出重點(diǎn)質(zhì)檢監(jiān)督，并要重點(diǎn)抽查錨索作業(yè)的2次緊固，目的是監(jiān)管施工方能夠按照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)程、設(shè)計(jì)要求去完成錨索2次緊固。

2.4 樹脂錨固劑卷選取

如果在錨索安設(shè)作業(yè)期間，用同種規(guī)格的樹脂錨固劑就會(huì)為其拌和帶來(lái)難度。此外，現(xiàn)場(chǎng)安裝作業(yè)人員中，很少有對(duì)樹脂錨固劑卷的凝結(jié)時(shí)間加以清晰了解的，所以難免會(huì)在安設(shè)階段采用同一規(guī)格的錨固劑卷。一般而言，樹脂錨固劑卷是一種常用錨固凝結(jié)錨固劑卷，其速凝時(shí)間大概在30 s，而錨索在攪拌直至穿過(guò)底孔的時(shí)間一般為1 min。所以，如果用同種規(guī)格的樹脂錨固劑卷，就會(huì)出現(xiàn)內(nèi)部拌和均勻，而外部錨固劑卷超過(guò)凝固時(shí)間的現(xiàn)象，進(jìn)而使錨固效果性能大幅度減半。所以，在使用樹脂錨固劑卷時(shí)應(yīng)要盡量搭配中速與快速凝固規(guī)格的錨固劑卷，即快速的錨固劑卷用在里面拌和，從而解決了拌和困難費(fèi)勁的局面，并加強(qiáng)了錨固質(zhì)量。

2.5 樹脂錨固劑卷拌和時(shí)間

錨索安設(shè)時(shí)會(huì)出現(xiàn)安裝工在錨索和錨桿鉆機(jī)連接好后就進(jìn)行攪拌或者直接把錨索穿過(guò)樹脂錨固劑卷推到錨索孔底后再開(kāi)始攪拌的現(xiàn)象，前者因樹脂錨固劑卷過(guò)早拌和造成大量的樹脂附著在孔壁上，有效錨周長(zhǎng)度減少;后者造成錨固劑攪拌不充分，兩者都不能很好地達(dá)到錨固效果。正確的做法為錨索和錨桿鉆機(jī)連接好后應(yīng)緩慢升起錨桿鉆機(jī)，把樹脂錨固劑卷推到孔底后再啟動(dòng)錨桿鉆機(jī)開(kāi)始攪拌樹脂錨同劑卷。邊攪拌邊推進(jìn)錨索直至孔底。此段攪拌時(shí)間應(yīng)占整個(gè)攪拌時(shí)間的70%;錨索到達(dá)孔底后攪拌一段時(shí)間再停機(jī)，此段時(shí)間應(yīng)占整個(gè)攪拌時(shí)間的30%左右。

3 主要施工技術(shù)要點(diǎn)探討

3.1 張拉與鎖定

錨索張拉以及錨索鎖定是預(yù)應(yīng)力錨索巷道作業(yè)中的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，具體應(yīng)當(dāng)堅(jiān)持以下步序進(jìn)行作業(yè):①要用壓力計(jì)或者載荷儀等力學(xué)控制設(shè)施對(duì)其均勻加強(qiáng)荷載，以使載荷要求達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，即1.25倍，且要保持加載速率控制在40 kn/min。②維持加壓荷載20 min后，測(cè)量出這20 min中內(nèi)的錨索漸變位移量，位移量如果測(cè)出超出了2 mm，則可以客觀判定其錨索為不合格，如果測(cè)量值在2 mm內(nèi)，則可以將載荷值降到作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)即可。③當(dāng)錨索不合格時(shí)，應(yīng)當(dāng)繼續(xù)加大保持加壓載荷的時(shí)間，一般以45 min為宜，同樣要測(cè)量出錨索的位移量，監(jiān)理檢查荷載與位移及位移與時(shí)間的關(guān)系，如果在荷載峰值時(shí)，錨索的彈性變形在上下限(上限對(duì)應(yīng)于錨索的伸長(zhǎng)值等于自由長(zhǎng)度加50%黏結(jié)長(zhǎng)度時(shí)的理論彈性伸長(zhǎng)值，下限對(duì)應(yīng)于錨索的伸長(zhǎng)值等于80%自由長(zhǎng)度的理論彈性伸長(zhǎng)值)之內(nèi)，則認(rèn)為錨索是合格的;否則，為不合格，需另設(shè)置一根代替。

3.2 質(zhì)量控制

預(yù)應(yīng)力錨索加固技術(shù)的質(zhì)量控制點(diǎn)應(yīng)側(cè)重對(duì)加固效果的評(píng)定，在諸多對(duì)其加固邊坡成果造成影響的一系列要素中，錨索本身質(zhì)量是關(guān)鍵。即錨索錨固工藝要求最為嚴(yán)格。因此，應(yīng)當(dāng)做好以下幾點(diǎn)工作，來(lái)確保錨索錨固的整體成果。

1)提交文件。圍巖結(jié)構(gòu)開(kāi)挖≥60 d，施工方應(yīng)能向第三方監(jiān)理組織單位提供錨索安裝以及預(yù)應(yīng)力錨索設(shè)計(jì)方法等技術(shù)檔案。此外，還要保證錨索開(kāi)工前≥20 d，施工方應(yīng)當(dāng)按照作業(yè)流程把好鋼絞線質(zhì)量驗(yàn)證關(guān)，即把錨索鋼絞線的質(zhì)檢試驗(yàn)相關(guān)報(bào)告遞交到第三方監(jiān)理單位。在試驗(yàn)報(bào)告中能夠指明鋼絞線的強(qiáng)度性能、極限屈服強(qiáng)度、以及延伸率、彈性模量等指標(biāo)是否達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，在相關(guān)試驗(yàn)開(kāi)始10 d前，施工方應(yīng)能向第三方監(jiān)理單位遞交關(guān)于使用的安裝工具設(shè)施的報(bào)告文件，如千斤頂、壓力計(jì)、載荷儀、以及作業(yè)泵等相關(guān)設(shè)施的技術(shù)資料復(fù)印件。

2)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)。施工單位應(yīng)當(dāng)至少在圍巖、巖體結(jié)構(gòu)開(kāi)挖前的60 d左右進(jìn)行場(chǎng)地試驗(yàn)，目的是檢驗(yàn)錨索預(yù)應(yīng)力技術(shù)是否能夠在當(dāng)?shù)厥┕きh(huán)境下達(dá)到合理的預(yù)應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)或要求。對(duì)于選定的試驗(yàn)對(duì)象而言，應(yīng)以監(jiān)理單位提供的選定支護(hù)結(jié)構(gòu)、巖體類型進(jìn)行試驗(yàn)，直到試驗(yàn)錨索使用報(bào)廢為止。此外，應(yīng)當(dāng)按照相關(guān)規(guī)程技術(shù)規(guī)范對(duì)預(yù)應(yīng)力錨索進(jìn)行質(zhì)量規(guī)格試驗(yàn)，目的是評(píng)定其載荷、屈服強(qiáng)度等是否達(dá)到質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)。

3)記錄。開(kāi)挖循環(huán)作業(yè)過(guò)程中，施工方應(yīng)能配備專人負(fù)責(zé)記錄施工日志，用以錨索施工安裝后能夠向第三方提供詳細(xì)的施工日志。具體記錄的施工日記內(nèi)容中應(yīng)當(dāng)包括:首先是時(shí)間、日期、場(chǎng)地、錨索規(guī)格、鉆孔與安裝工序內(nèi)容、鉆孔過(guò)程所遇到的巖層地質(zhì)情況等。其次，還有關(guān)于鉆孔的檔案記錄，如鉆孔工藝方法、孔徑與長(zhǎng)度、鉆頭與鉆機(jī)型號(hào)等。再者，對(duì)于灌漿過(guò)程中的漿液成分、灌注時(shí)間、以及灌注量等也要做好必要日志。最后是試驗(yàn)結(jié)果記錄，試驗(yàn)結(jié)果均應(yīng)以監(jiān)理同意的格式和可以接受的方式記錄;試驗(yàn)結(jié)果的復(fù)印件最遲應(yīng)在試驗(yàn)完成的當(dāng)班結(jié)束時(shí)提交給第三方監(jiān)理單位。同時(shí)，對(duì)每根預(yù)應(yīng)力錨索的試驗(yàn)應(yīng)提供下述資料:荷載與錨索自由端變形的關(guān)系，恒載作用下徐變與時(shí)間的對(duì)數(shù)坐標(biāo)關(guān)系，彈性變形和永久變形的分配，各級(jí)荷載作用下承壓板的沉降變形與時(shí)間的對(duì)數(shù)坐標(biāo)關(guān)系。

4)確保錨索施工工藝質(zhì)量。錨索工藝主要包括鉆孔測(cè)點(diǎn)定位、固結(jié)灌漿、壓水試驗(yàn)、編索及送索等。在鉆工測(cè)量定位中，應(yīng)能保證清孔質(zhì)量，必要時(shí)可以兼用水洗及風(fēng)干方式;在固結(jié)灌漿過(guò)程中，應(yīng)側(cè)重看其防滲性是否良好，可在錨索孔處配套設(shè)置止?jié){包，止?jié){時(shí)可以采取水壓和孔壁密貼，以保證錨索錨固段的質(zhì)量、防滲性、以及抗腐能力等;壓水試驗(yàn)要保證固結(jié)灌漿質(zhì)量，從而才能使壓水實(shí)試驗(yàn)合格;編索和送索環(huán)節(jié)要保證鋼絞線與灌漿管不受破壞，沒(méi)有開(kāi)裂、裂隙存在，并做好錨索送孔等。

4 結(jié)語(yǔ)

預(yù)應(yīng)力錨索技術(shù)在當(dāng)前已經(jīng)廣泛投入到巖體構(gòu)造施工作業(yè)中，并在巖體加固工程及其他專業(yè)工程中所得了不小成果。因此，為了保證錨索施工工藝的質(zhì)量與成果，相關(guān)參建單位要結(jié)合實(shí)際作業(yè)環(huán)境、條件等做好錨索加固作業(yè)，以此才能逐步積累實(shí)踐作業(yè)經(jīng)驗(yàn)，使我國(guó)的預(yù)應(yīng)力錨索技術(shù)體系更加完善，確保錨索工藝作業(yè)完工后質(zhì)量與成果。

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