李朗聆
(中國水電建設集團第十五工程局有限公司 陜西 西安 710065)
南水北調中線一期工程總干渠沿線涉及到膨脹(巖)土問題的渠段較長,涉及范圍廣、條件復雜,任何局部的邊坡失穩(wěn)、襯砌結構的破壞都將可能影響渠道正常輸水。安陽段是南水北調中線一期工程總干渠Ⅳ渠段(黃河北~漳河南段)的組成部分,位于該渠段的末端。全渠段總長40.262km,其中設計樁號 AY31+780~AY33+130,AY33+580~AY33+780,AY34+215~AY34+946段,渠道以半挖半填為主,底部為強膨脹的粘土巖,上部有黃土狀中壤土及卵石覆蓋。前期設計處理方案為換填2.5m厚粘性土,為確保膨脹巖渠段的施工質量,后期新增加了土錨桿+混凝土框格梁的加固措施。
框格梁采用C20鋼筋混凝土,設置在換填粘土內部,梁上頂面與換填粘性土上頂面相平,框格梁縱、橫斷面尺寸均為0.3m×0.5m(寬×高),縱橫梁間距均為2.0m,沿水流方向,每16m為一單元。橫梁沿渠坡設置垂直高度為4.5m,渠底沿坡腳向中心線設置4.0m。每一縱向梁與橫向梁交叉點設置一根土錨桿,方向垂直于換填面。土錨桿采用Φ28二級鋼筋、長9m、設計孔徑60mm。
根據(jù)渠道斷面設計,一級馬道下邊坡為1:2~1:3,邊坡施工鉆機固定難度大,且施工工期緊,同時框格梁錨桿加固在安陽段是第一次實施,可供借鑒的經(jīng)驗不多,施工方法及工藝需要摸索。
相較于其他支護形式,錨桿是一種主動支護體,即潛在滑移土體尚未產(chǎn)生變形時即作用于該土體,對減少滑移土體變形起到至關重要的作用。因此,錨桿施工質量顯得尤為重要。錨桿施工根據(jù)其工藝流程可分為成孔、錨桿制作及安裝、注漿、框格梁開挖、鋼筋混凝土施工等環(huán)節(jié),下面主要針對該幾個環(huán)節(jié)在施工中遇到的難點進行討論,并根據(jù)施工實踐對各難點提出相應對策。
目前國內應用最廣泛的錨桿成孔工藝為潛孔鉆成孔(干作業(yè)法)、回轉鉆成孔(濕作業(yè)法),前者適用于無水的風化巖、殘積土層成孔,后者適合于各類土層中成孔。本工程采用潛孔鉆成孔法。
在鉆孔過程中應根據(jù)地質情況控制進尺速度,對回填壓實土層、卵石層和砂層則應采用慢轉速慢鉆進;當由硬地層鉆到軟地層時,可適當加快鉆進速度;當軟地層變?yōu)橛驳貙訒r,要減速慢進,避免卡鉆及損壞鉆桿;在易縮徑的地層中,應適當增加掃孔次數(shù),防止縮徑。
對于潛孔鉆卡鉆的原因主要有兩個方面:一是圍巖裂隙發(fā)育、巖體破碎,成孔過程中碎巖塊塌落;二是風化巖中含較多大粒徑的石英砂礫,空壓機送風難以將碎屑吹出導致碎屑堆積。
當設計錨桿長度較大時,鉆桿由于接長在自重作用下本身產(chǎn)生一定撓曲,這種撓曲非常容易導致埋鉆。
卡鉆可導致鉆機動力設備停機,由于處理煩瑣,大幅降低工效,處理不及時還有可能導致整套鉆具被埋置無法取出,造成較大的經(jīng)濟損失,技術上還因為埋置鉆具的障礙,導致該處錨桿無法按設計孔位施鉆。
潛孔鉆在通過破碎基巖時,鉆進速度宜慢,每鉆進30cm~50cm即拔管后退,多次反復清理孔壁,使孔壁圍巖趨于穩(wěn)定。另采用大功率空壓機,使孔內保持較大風量及風壓,利于巖屑的清除,防止渣土的堆積。
錨桿對中支架應根據(jù)桿材選用,在錨桿上每隔2m焊接一個,對中支架直徑比成孔直徑小4cm~6cm,對中支架安裝應牢固不易脫落,以確保注漿時桿材為漿體包裹。入孔時錨桿角度與鉆孔傾角保持一致,不得任意扭轉桿體,使安好后的桿體始終處于鉆孔中心。錨桿上部60cm(包括15cm彎鉤)由于處于框格梁混凝土中,注漿前采用膠帶纏繞保護,待框格梁開挖成型澆筑混凝土前清除干凈,有效保護鋼筋不受損壞。
注漿效果直接影響到錨桿的抗拔力。施工中注漿的控制要點為漿體水灰比,注漿壓力及注漿飽滿度。砂漿配合比的主要參數(shù)通過工藝試驗確定。
按照《水利水電工程錨噴支護技術規(guī)范》(SL 377-2007)5.2.1第2條要求,灰:砂=1∶1~1∶2,灰∶水 =1∶0.38~1∶0.45間選取。水泥砂漿配合比以《水工混凝土試驗規(guī)程》(SL352-2006)附錄B水工砂漿配合比設計方法,按照水灰比0.45,灰砂比1∶1.3、1∶1.54、1∶1.69系列配合比進行了試驗,錨桿砂漿試驗配合比詳見表1。
表1 錨桿砂漿試驗施工配合比(水灰比0.45)
表2 錨桿砂漿試驗配合比(水灰比0.45)的施工性能參數(shù)
錨桿砂漿試驗配合比(水灰比0.45)的施工性能參數(shù)見表2。
錨桿砂漿的齡期均大于9天后進行錨桿拉拔力試驗,7天水泥錨桿砂漿(同條件養(yǎng)護)的強度均大于設計強度0.9倍,即22.5MPa,拉拔時的瞬時最大拉拔力在137kN~140kN之間,滿足設計要求。為了監(jiān)測錨桿位移,使用DS32自動安平水準儀測量,經(jīng)測量錨桿頂部在未卸壓五分鐘的垂直位移量與90kN時的垂直位移量相比,均為0mm,試驗的位移量均滿足有關要求。因此,從便于施工滿足可灌性保水性指標要求考慮,使用水灰比0.45不變,灰砂比為1:1.5的配合比。
框格梁基礎開挖均為回填粘土,為保證設計尺寸的準確性,需采用人工進行開挖,設計梁垂直于坡面。施工人員必須站在梁內進行洋鎬開鑿和鐵锨修面才能施工,且縱梁上部形成倒坡,易懸空坍塌,開挖完成后應及時進行鋼筋綁扎及混凝土澆筑,防止雨水造成開挖成型溝槽坍塌。
由于框格梁采用地膜,因此在綁扎鋼筋時需注意鋼筋對地膜的破壞。且需采用與混凝土同標號的混凝土保護層墊塊把鋼筋固定在地膜中。在鋼筋安裝完畢后,為防止邊坡框格梁澆筑時淤堵總干渠縱向集水暗管,需在集水暗管穿框格梁處預埋管徑200mm的UPVC管,集水暗管從UPVC管內穿過。
混凝土澆筑采用鐵皮溜槽,人工配合入倉。澆筑混凝土前,從馬道路面邊緣搭設鐵皮溜槽至坡面中部,設計為活接頭,人工縱向移動以覆蓋更多的倉面,局部覆蓋不到部位用人工填補。
土層錨桿支護體系經(jīng)大量的工程實踐檢驗,證明其是安全可靠的。南水北調中線安陽段膨脹巖加固處理錨桿施工中,通過創(chuàng)新加工及工藝試驗,得到了指導施工的正確參數(shù)和成熟的施工方法及工藝流程,提高了施工效率,降低了施工成本。通過在實踐中不斷總結經(jīng)驗,改良工藝,錨桿框格梁施工在安陽段膨脹巖加固處理中已大規(guī)模展開施工,各項技術成熟穩(wěn)定,完成的工程質量均滿足要求。陜西水利
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