郭 鋒,吳世文

(1.遼寧省水利水電勘測設計研究院,遼寧 沈陽 110006;2.遼寧省水資源管理集團有限責任公司,遼寧 沈陽 110166)

強錨桿在水工隧洞中的應用分析

郭 鋒1,吳世文2

(1.遼寧省水利水電勘測設計研究院,遼寧 沈陽 110006;2.遼寧省水資源管理集團有限責任公司,遼寧 沈陽 110166)

全螺紋等強錨桿是全長黏結(jié)型錨桿的一種改進型式,具有無需現(xiàn)場二次加工、可在桿體全長范圍內(nèi)緊固、桿體內(nèi)不存在薄弱面、安裝速度快(節(jié)省工期)、生產(chǎn)效率高、支護效果好等優(yōu)點,經(jīng)實際工程試驗及應用,能夠滿足水工隧洞工程需要.

強錨桿;水工隧洞;應用研究

1 "新奧法"中噴錨支護的作用和效果

目前,我國絕大多數(shù)水工隧洞的修建都采用"新奧法"設計理念,而錨噴支護是"新奧法"最基本的組成部分,錨噴支護屬于柔性薄壁支護,具有能夠調(diào)節(jié)隧洞圍巖變形、充分發(fā)揮圍巖自承能力及支護材料的承載能力、支護及時、施工靈活等優(yōu)點.錨噴支護由噴射混凝土和錨桿組成,噴射混凝土起到支撐圍巖、填平補強圍巖、分配外力、止水、防止圍巖泥化等作用和效果;錨桿起到加固圍巖、加固不穩(wěn)定塊體、鎖定巖石共同受力、限制圍巖位移等作用和效果,除與噴射混凝土聯(lián)合使用外,可單獨作為臨時或永久支護使用.[1]

2 水工隧洞常用錨桿類型

錨桿是水工隧洞噴錨支護最基本、最重要的支護材料之一,目前水工隧洞常采用的錨桿的類型有幾下幾種[2]:

1)按錨桿與圍巖接觸方式分:

①全長黏結(jié)型:水泥砂漿錨桿、樹脂錨桿、水泥卷錨桿.

②端頭錨固型:機械端頭錨固錨桿、樹脂端頭錨固錨桿、快硬水泥卷端頭錨固錨桿.

③摩擦型:縫管錨桿、花管注漿錨桿、水脹式錨桿.

2)按對錨桿施加的張拉力大小分:張拉錨桿和預應力錨桿.

3)特殊類型:自鉆式錨桿.

3 傳統(tǒng)錨桿作用機理及應用經(jīng)驗總結(jié)

由于全長黏結(jié)型錨桿具有安裝簡便、施工工藝少、材料易采購、成本低廉等優(yōu)點,除特殊情況,一般水工隧洞噴錨支護,基本上均采用全長黏結(jié)型錨桿.

3.1 錨桿作用機理

全長黏結(jié)型錨桿就是在錨桿孔內(nèi)全長填充黏結(jié)材料的錨桿,全長黏結(jié)型錨桿安裝時必須使錨桿孔中全部充滿黏結(jié)材料,使錨桿桿體和錨桿孔壁間的空隙完全用黏結(jié)材料填充密實,當黏結(jié)材料凝結(jié)、硬化以后,錨桿桿體"沿全長"錨固在巖體中.全長黏結(jié)型錨桿是依靠錨桿與黏結(jié)材料及黏結(jié)材料與巖石的粘結(jié)力起錨固作用的.[3]

3.2 錨桿施工工藝

全長黏結(jié)型錨桿施工基本施工工藝流程為:

錨桿鉆孔定位→造孔→清孔→灌注黏結(jié)材料(安裝錨桿桿體)→安裝錨桿桿體(灌注黏結(jié)材料)→安裝墊板→擰緊螺母.

3.3 錨桿應用經(jīng)驗總結(jié)

通過全長黏結(jié)型錨桿在水工隧洞工程中的應用情況,總結(jié)如下經(jīng)驗:

1)錨桿桿體材料采用HRB335、HRB400級帶肋鋼筋,墊板材質(zhì)等級常采用Q235級,生產(chǎn)廠家多、料源充足、采購方便、成本低廉.

2)施工工藝少而簡單,易于安裝,錨固力能夠滿足設計要求.

3)全長黏結(jié)型錨桿是一種被動型錨桿,不能對圍巖施加預應力,只能在圍巖發(fā)生變形以后才受力.

4)安裝后不能立即承載.

5)錨桿孔內(nèi)黏結(jié)材料易造成空洞、不密實等現(xiàn)象.

6)桿體與錨桿孔難于對中.

7)端部螺紋緊固段需現(xiàn)場加工,螺紋緊固段質(zhì)量視現(xiàn)場情況及加工人員水平而定,參差不齊,螺母與螺紋不配套的情況時有發(fā)生.

8)墊板采用鋼板現(xiàn)場加工而成,成孔質(zhì)量參差不齊,圍巖開挖表面凹凸不平,墊板很難與圍巖面密貼(可采用噴射混凝土找平).

9)遇錨桿孔成孔困難、尾部踏孔或者支護后出現(xiàn)片幫、掉頂?shù)惹闆r,錨桿不能全長插入錨桿孔時,墊板與圍巖面之間就會存在距離,兩者無法密貼.

4 錨桿改進型式-全螺紋等強錨桿

傳統(tǒng)全長黏結(jié)型錨桿在工程應用中存在一些弊端,因此出現(xiàn)了全長黏結(jié)型錨桿的一種改進型式--全螺紋等強錨桿,以保證工程質(zhì)量及工程安全的前提下,便于施工,節(jié)省工期.全螺紋等強錨桿,針對傳統(tǒng)全長黏結(jié)型錨桿在施工存在的缺陷和不足方面進行改進,主要優(yōu)點如下:[4]

1)施工工藝流程與傳統(tǒng)全長黏結(jié)型錨桿一致,桿體、墊片、螺母均為定型產(chǎn)品,無需現(xiàn)場二次加工.

2)桿體采用專門設計的螺紋孔熱軋,形成螺旋式螺紋,配合專門的螺母使用,可在桿體全長范圍內(nèi)緊固;桿體不用二次加工螺紋緊固段,減少加工工序,減少材料;桿體在全長范圍內(nèi)強度相等,不存在薄弱面;螺紋螺距比普通螺紋大,因此安裝速度快,機械化程度高.

3)桿體加工工藝簡單,按設計長度直接截取即可得到成品桿體,生產(chǎn)效率高.

4)墊片與錨桿孔接觸面為球面,墊板受力均勻,緩沖效果良好.

5 工程應用實例

5.1 工程概況

LXB供水二期工程白石段是解決錦州市、朝陽市、北票市城市生活、生產(chǎn)用水的輸送水工程.該段引水隧洞有三種型式:

1)白石水庫～朝陽分水口段:有壓引水隧洞,總長23.73 km,斷面型式為圓形,成洞斷面尺寸5.62 m.

2)朝陽分水口～小凌河分水口段:無壓引水隧洞,總長35.05 km,斷面型式為圓拱直墻型,成洞斷面尺寸為4.6 mX5.25 m(寬X高).

3)朝陽支線:有壓引水隧洞,總長26.30 km,斷面型式為圓形,成洞斷面尺寸3.90 m.

5.2 應用情況及支護效果

由于全螺紋等強錨桿在水工隧洞工程中的應用較少,該工程在主體工程使用該新型錨桿前進行了詳細的調(diào)研以及理論計算分析工作,并在朝陽分水口～小凌河分水口段無壓引水隧洞支洞洞口及洞身段進行了試驗,經(jīng)現(xiàn)場施工人員反應,與傳統(tǒng)砂漿錨桿相比較,全螺紋等強錨桿在施工中確能提高工作效率,為了驗證全螺紋等強錨桿的支護效果,進行了錨桿拉拔力試驗,試驗結(jié)果表明,全螺紋等強錨桿受力均勻,拉拔力均能滿足設計要求,且比傳統(tǒng)砂漿錨桿要高.因此,經(jīng)業(yè)主、設計、監(jiān)理、施工單位共同確認在該工程三段引水隧洞主體工程中使用全螺紋等強錨桿,通過現(xiàn)場拉拔力試驗,拉拔力完全能夠滿足設計要求.

6 結(jié)論

全螺紋等強錨桿是全長黏結(jié)型錨桿的一種改進型式,具有無需現(xiàn)場二次加工、可在桿體全長范圍內(nèi)緊固、桿體內(nèi)不存在薄弱面、安裝速度快、生產(chǎn)效率高、支護效果好等優(yōu)點,并經(jīng)實際工程驗證,全螺紋等強錨桿在水工隧洞中應用效果良好,能夠滿足工程需要,其他類似水工隧洞工程可以借鑒使用.

[1]徐干成.地下工程支護結(jié)構(gòu)與設計[M].北京:中國水利水電出版社,2013.

[2]程良奎.錨桿噴射混凝土支護技術(shù)規(guī)范[M].北京:中國計劃出版社,2001.

[3]熊啟鈞.隧洞[M].北京:中國水利水電出版社,2002.

[4]蔡桂寶.全螺紋等強錨桿的開發(fā)及應用[J].遼寧工程技術(shù)大學學報,2002.

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