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        預(yù)應(yīng)力錨索在百米級深覆蓋松散體邊坡加固中的應(yīng)用

        2010-07-09 06:26:02謝軍兵何富剛
        四川水力發(fā)電 2010年4期
        關(guān)鍵詞:施工

        謝軍兵,何富剛

        (二灘水電開發(fā)有限責(zé)任公司,四川成都 610051)

        1 前言

        采用預(yù)應(yīng)力錨索加固巖質(zhì)邊坡在水電工程建設(shè)中已得到廣泛應(yīng)用,相關(guān)技術(shù)較為成熟。但采用預(yù)應(yīng)力錨索加固深厚松散層的邊坡,尚存在很多需進(jìn)一步研究之處。

        某水電工程人工骨料加工系統(tǒng)場地位于大壩右岸一片三面環(huán)山的圍椅狀區(qū)域,施工區(qū)場地坡度約10~25°,地勢寬闊,場地上有常年流水,受降水的影響雨季和旱季水量變化較大。經(jīng)地質(zhì)勘探,場地大部分覆蓋層主要是沖洪坡積堆積塊碎石土、含碎石粉質(zhì)粘土和湖積堆積的含碎卵石土,厚度普遍超過100 m,下伏基巖為二疊系上統(tǒng)上段和中段的玄武巖。經(jīng)穩(wěn)定分析計算,為確保該施工場地在施工期及運行期的穩(wěn)定,需采取加固處理措施。

        針對該場地的特征,采取了在場地正面各級邊坡設(shè)置錨索框格梁及坡腳抗滑樁的加固處理方案。所設(shè)置錨索為1 000 KN和750 KN自由式壓力分散型預(yù)應(yīng)力錨索。

        2 深厚覆蓋層邊坡預(yù)應(yīng)力錨索加固設(shè)計

        采用錨索加固深厚覆蓋層邊坡與加固巖質(zhì)邊坡存在一些差異。松散覆蓋層自身強(qiáng)度低,往往還存在地下水位線較低的特點,在做加固處理時,如僅采用抗滑樁,則存在抗滑樁較深,工程量大、工期長的問題。如輔以布置合理的預(yù)應(yīng)力錨索,則可大大減少工程量,節(jié)約工期,減小施工安全風(fēng)險。但鑒于深厚覆蓋層自身物理特性,在采用預(yù)應(yīng)力錨索加固處理時應(yīng)注意如下幾點:

        2.1 確保錨索錨固力

        堆積塊和砂礫沉積松散體覆蓋層往往是固液氣三相的結(jié)合體,當(dāng)覆蓋層厚度較大時,往往存在錨索的錨固段全部或部分位于松散體中。預(yù)應(yīng)力錨索是靠錨索張拉荷載轉(zhuǎn)化成對注漿體的壓力,引起注漿體與巖體孔壁間的剪應(yīng)力,從而達(dá)到錨固效果。因此,影響錨固段錨固效果的主要有三個因素,錨索體與水泥砂漿間的粘著力,砂漿體與土體(巖體)間的粘著力,錨固段土體(巖體)的抗剪力。在處理深厚覆蓋層邊坡時,起控制作用的主要是砂漿體與周圍松散體孔壁間的粘著力。為加強(qiáng)錨固力,可采取加長錨固段長度,增大砂漿體直徑等方法。

        鑒于壓力分散型錨索注漿體軸向壓應(yīng)變沿錨固體軸向分布不均,靠近承壓板處產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象,在有效長度內(nèi)衰減至零。已有研究得出錨固段的有效長度一般不大于10 m,進(jìn)一步增加錨固段長度是無效的。

        2.2 預(yù)防錨索預(yù)應(yīng)力衰減

        預(yù)應(yīng)力錨索錨固力的穩(wěn)定,關(guān)系到被加固工程的長期安全性。預(yù)應(yīng)力錨索錨固力的鎖定值受松散體的蠕變、鋼鉸線松弛、降雨、溫度及施工質(zhì)量等因素的影響會產(chǎn)生一定的變化。錨固力損失超過一定值時,將導(dǎo)致其錨固功能的減弱或失效,給工程帶來極大的危害。

        錨索張拉過程中,張拉荷載通過外錨墩和錨固段傳遞到松散體中,使錨索張拉影響范圍內(nèi)的松散體處于受壓狀態(tài)。對于松散層的加固,壓縮徐變導(dǎo)致的預(yù)應(yīng)力衰減則應(yīng)引起關(guān)注。為減少錨索預(yù)應(yīng)力的損失,可采取加大外錨墩尺寸、設(shè)施框格梁及采用小噸位錨索等方式解決。這樣可以減少對松散體的壓縮,避免單根錨索噸位過大,應(yīng)力較為集中,反而對邊坡全面穩(wěn)定不利的問題。

        經(jīng)分析計算,為避免錨索噸位過大對堆積體產(chǎn)生較大壓縮,本工程主要采用1 000 KN和750 KN的錨索來進(jìn)行加固,并在錨墩間設(shè)置鋼筋混凝土框格梁,待框格梁混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度后再行張拉錨索。實際施工證明,張拉效果較好,如再行加大錨索噸位,由于覆層堆積層受壓縮變形,錨索將很難張拉到設(shè)計噸位。

        2.3 發(fā)揮錨索群錨效應(yīng)

        在松散體覆蓋層邊坡加固中,為充分發(fā)揮預(yù)應(yīng)力錨索的作用,對錨索的群錨效應(yīng)也應(yīng)作仔細(xì)的研究。當(dāng)錨索間距過小時,臨近的錨索可能會相互影響,降低錨固效果,這都會造成群錨的負(fù)效應(yīng)。反之,如錨索間距過大,錨索間將會出現(xiàn)應(yīng)力的跌落區(qū),不能體現(xiàn)群錨整體加固的優(yōu)越性。

        根據(jù)計算表明,加固松散體覆蓋層邊坡的預(yù)應(yīng)力錨索的間距,以3 m到5 m為宜。本工程錨索間距設(shè)置為4 m,并設(shè)置框格梁將各個錨墩相連。實際施工證明框格梁的設(shè)置對發(fā)揮錨索群的整體效應(yīng)和確保錨索張拉到設(shè)計噸位,都發(fā)揮了積極的作用。

        3 錨索鉆孔施工工藝

        常規(guī)預(yù)應(yīng)力錨索主要運用在巖質(zhì)邊坡、地下洞室圍巖加固、壩工基礎(chǔ)處理加固和混凝土結(jié)構(gòu)中。本工程為深厚松散體覆蓋層邊坡加固,錨索鉆孔要穿越超過100 m的覆蓋堆積層邊坡,在國內(nèi)錨索施工中尚屬首次。在厚度較小覆蓋堆積層中鉆孔主要采用常規(guī)的“直錘鉆孔結(jié)合固壁灌漿”和“單級套管跟進(jìn)鉆孔”方法。經(jīng)試用,上述方法在前期施工中應(yīng)用很不理想,單孔鉆孔周期長、成孔率低、易塌孔且鉆具消耗較大。

        如何快速高效的在超過100 m深度的覆蓋堆積層內(nèi)造孔,成為制約整個工程施工成敗的關(guān)鍵因素。經(jīng)過對前期鉆孔施工的研究和數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn):“直錘鉆孔結(jié)合固壁灌漿”方法鉆孔過程中反復(fù)出現(xiàn)塌孔現(xiàn)象,固壁灌漿施工周期較長且灌漿效果不理想;“單級套管跟進(jìn)鉆孔”方法在跟管至55 m孔深左右時,出現(xiàn)管靴與套管連接處斷裂或第一節(jié)套管與第二節(jié)套管連接處斷裂的問題,20 m孔深以上的斷裂管靴和管套無法拔出。

        經(jīng)進(jìn)一步研究,提出了“二級套管跟進(jìn)”和“單級套管反復(fù)多次跟進(jìn)”的鉆孔施工工藝?!岸壧坠芨M(jìn)”采用較大直徑管靴、套管和鉆頭鉆進(jìn)至50 m左右時取出全部鉆具,換裝直徑較小管靴、套管和鉆頭鉆進(jìn)至設(shè)計深度,將錨索從較小直徑套管中下入孔底,依次將較小直徑和較大直徑套管拔出,再進(jìn)行后續(xù)施工?!皢渭壧坠芊磸?fù)多次跟進(jìn)”采用跟管方式鉆進(jìn)至50 m左右時(管靴和第一節(jié)套管覆蓋堆積層內(nèi)跟進(jìn)極限深度)取出全部鉆具并拔出管靴和套管,更換管靴和第一節(jié)套管后,從原孔重新鉆進(jìn),鉆至75 m左右時再次更換管靴和第一節(jié)套管,直至鉆至設(shè)計深度。

        “二級套管跟進(jìn)”和“單級套管反復(fù)多次跟進(jìn)”鉆孔工藝簡單,解決了超過100 m厚覆蓋堆積層邊坡錨索造孔周期長、廢孔率高、設(shè)備損耗大等問題。該施工工藝在此類地質(zhì)條件下運用效果良好,極大的提高了錨索施工效率,保證了工程進(jìn)度和質(zhì)量,為本工程的按期完工創(chuàng)造了條件。

        4 場地加固效果

        為監(jiān)測該施工場地在采取加固措施后的穩(wěn)定情況,在場地內(nèi)布設(shè)有測斜孔、外觀變形觀測點和錨索測力計。

        根據(jù)加固處理完成后近一年的監(jiān)測成果顯示,加固處理效果良好。該施工場地除部分區(qū)域因受上部加載影響發(fā)生局部沉降變形外,場地整體未發(fā)生較大變形,外觀變形監(jiān)測成果見圖1、圖2。錨索預(yù)應(yīng)力衰減得到有效控制,衰減量絕大部分未超過設(shè)計噸位的8%,且區(qū)域穩(wěn)定,錨索測力計監(jiān)測成果見圖3。

        5 結(jié) 論

        在該百米級深覆蓋堆積層施工場地邊坡的加固處理中,采用了預(yù)應(yīng)力錨索和坡腳抗滑樁相結(jié)合的方案。本文總結(jié)分析了在預(yù)應(yīng)力錨索加固方案設(shè)計中如何確保預(yù)應(yīng)力錨索錨固力、減少預(yù)應(yīng)力損失及充分發(fā)揮群錨效應(yīng)等問題,并對錨索造孔施工中的經(jīng)驗教訓(xùn)進(jìn)行了總結(jié),提出了“二級套管跟進(jìn)”和“單級套管反復(fù)多次跟進(jìn)”的鉆孔施工工藝。

        圖1 外觀測點X方向監(jiān)測成果過程線

        圖2 外觀測點H方向監(jiān)測成果過程線

        圖3 外觀測點X方向監(jiān)測成果過程線

        通過預(yù)應(yīng)力錨索在本工程場地加固中的成功應(yīng)用,表明了采用預(yù)應(yīng)力錨索加固深覆蓋層邊坡的方式是可行的,且在節(jié)約工期和投資上效果顯著,為同類工程的設(shè)計和施工提供了寶貴的經(jīng)驗。

        [1]蔣忠信預(yù)應(yīng)力錨索加固松散體滑坡的機(jī)理與實踐[J]鐵道工程學(xué)報,1999,(1):72 ~77;

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        [6]張肇淦,朱益明,馬培明 滑坡治理工程中長錨索安全施工方法探討[J]安全與環(huán)境工程,2003,(10):78~80;

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