預應力管縫錨桿在柱狀節理玄武巖中的應用研究

紀辰陽

(重慶交通大學 重慶 400074)

預應力管縫錨桿在柱狀節理玄武巖中的應用研究

紀辰陽

(重慶交通大學 重慶 400074)

柱狀節理玄武巖的卸荷變形一直是我們施工的重難點，本文在礦區使用的管縫式錨桿進行結構改造形成預應力管縫錨桿，使其增強縱向材料的抗折斷強度，并能夠在橫向施加預應力，在傳統邊坡固結灌漿的基礎上利用改造的預應力管縫錨桿代替原有錨桿。

改造管縫式錨桿；施加徑向預應力；錨固灌漿；粘結柱狀節理玄武巖

引言

柱狀節理玄武巖具有明顯的特性，開挖后具有明顯的松弛張裂現象，且橫縱向巖石強度差別很大。基于臨空面方向的松弛可以用預應力錨索解決，而與平行臨空面的方向傳統方法只能靠固結灌漿手段進行加固。本文借鑒管縫式錨桿的施加橫向力的思想，將管縫式錨桿改造成兩條管縫，通過帶有螺紋的錨桿的推進旋轉將管片擠向周圍的巖體，并對周圍巖體施加力。在預應力施加完成后在柱體節理縫隙很小的狀態下進行固結灌漿。經加固使其能夠優于傳統的加固方法，保持柱狀節理玄武巖的穩定。

一、柱狀節理玄武巖的自然形態

以四川與云南金沙江水電站的柱狀節理玄武巖為例，由于其在高應力區，特點明顯，其柱狀節理起伏、不規則，受構造運動影響柱體斷面不規則且切割不完全，柱體內微裂隙發育，巖體內緩傾角構造結構面也較發育，巖體整體完整性較差，并且呈現鑲嵌斷續結構。柱狀節理玄武巖水平向變形模量明顯遠大于鉛直向變形模量的原因是結構面發育特征和巖體應力狀態造成的的；新鮮柱狀節理玄武巖中的柱狀節理和微裂隙為硬性結構面，在高圍壓狀態下呈閉合緊湊狀，解除圍壓后極易張開、松弛。

二、預應力管縫式錨桿的特點

(一)傳統管縫式錨桿的特點

傳統管縫式錨桿施工本質是利用動力將錨桿嵌入預加固巖體中，通過鋼管自身的彈性加固巖體，管縫式錨桿屬于全長錨固類型，它的錨桿外徑是大于錨固鉆孔直徑的，在外力作用下將錨桿嵌入巖體中然后利用鋼管的彈性對孔壁產生徑向壓力，對巖體有一個擠密壓實作用。

全長多點楔脹式管縫錨桿(竹節式錨桿)主要是利用楔脹力學原理，在預制鋼管中塞入楔體使錨桿的桿體膨脹。再利用作用力與反作用力原理實現錨桿的抗滑，由于桿體膨脹，錨桿擠壓孔壁產生徑向壓力，當巖體沿桿體軸向位移時，由于徑向壓力的作用下會產生較大的摩擦阻力。

(二)管縫式錨桿的改造和施加預應力的方式

進行管縫式錨桿的改造主要目的的可以盡可能的減少對開挖巖體的二次動荷載影響同時又能為柱狀節理玄武巖的密實提供一個徑向預應。傳統管縫式錨桿已經不能滿足要求，針對需求本文將對管縫式錨桿做如下改進。

將普通空心鋼管沿中線分解成兩部分，在內部錨桿下端設置方向螺旋。制作能夠沿錨桿一向旋轉，旋轉錐尖向上推進空心椎體，放置在錨桿底部使用，在錨桿旋轉時能夠沿錨桿上升。在錨桿頂部固定與底部大小相同的椎體。施工中旋轉錨桿，使底部椎體向上提升進而擠壓外圈鋼管擠密巖體。

有研究證明隨著上部蓋重厚度的增加，柱狀節理玄武巖的各向異性、結構性在逐漸減弱。當蓋重的厚度增大到六米時，柱狀節理玄武巖的各向異性差距就會相差不大。針對柱狀節理玄武巖的這一特性，在豎直方向上沿著豎直方向的節理進行預應力管縫式錨桿的施工。預應力施加后進行水泥凈漿的固結灌漿。待固結的深度和廣度達到后，進行錨孔的砂漿的封堵灌漿進一步保護錨桿對柱狀節理玄武巖的擠密壓實作用。

柱狀節理玄武巖開挖出露后先進行水平向的系統錨索施工以防止巖體的松弛張裂，然后進行預應力管縫式錨桿的施工，進行擠密壓實，并進行灌漿固結。待上述工序完成后進行錨孔的封堵灌漿。

預應力管縫式錨桿應與預應力錨索加固支護相互錯開。預應力錨索加固之后在錨索方向上玄武巖呈現剛性。

在水平面上，與錨索垂直方向上施加預應力管縫式錨桿，使其主要擠壓水平面上與錨索垂直方向的上巖石，使其空隙減小。

保證預應力管縫式錨桿在垂直斜坡方向上加固6m，膠結形成完整巖石。

三、結論

通過研究，本文得出以下結論：

(1)預應力管縫錨桿擠密巖石的作用力是通過旋轉擠壓，使錨桿與巖體結合更加加緊密接觸，同時可以減少傳統管縫式錨桿對巖體的震動。

(2)施加預應力后還可以進行灌漿錨固，使錨桿能夠持久有效的發揮壓實擠密作用。

(3)蓋重固結灌漿方法只作用給柱狀節理玄武巖一個粘結作用不能在徑向給予一個擠密壓實力。而預應力管縫式錨桿可以在豎直方向上給予柱狀節理玄武巖一個擠密作用，同時在外圍套管上按照一定間距布置固結灌漿孔，能夠使將漿液在壓力作用下壓入柱狀節理玄武巖里面，進而對柱狀節理玄武巖進行粘結。這是預應力管縫錨桿的一個特有作用。

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紀辰陽，內蒙古赤峰人，重慶交通大學，水利工程，研究方向:水利水電工程。