郭 鋒,吳世文

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

強(qiáng)錨桿在水工隧洞中的應(yīng)用分析

郭 鋒1,吳世文2

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

全螺紋等強(qiáng)錨桿是全長黏結(jié)型錨桿的一種改進(jìn)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(hù)效果好等優(yōu)點,經(jīng)實際工程試驗及應(yīng)用,能夠滿足水工隧洞工程需要.

強(qiáng)錨桿;水工隧洞;應(yīng)用研究

1 "新奧法"中噴錨支護(hù)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(shè)計理念,而錨噴支護(hù)是"新奧法"最基本的組成部分,錨噴支護(hù)屬于柔性薄壁支護(hù),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(hù)材料的承載能力、支護(hù)及時、施工靈活等優(yōu)點.錨噴支護(hù)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(bǔ)強(qiáng)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(hù)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(hù)最基本、最重要的支護(hù)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(jī)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(yù)應(yīng)力錨桿.

3)特殊類型:自鉆式錨桿.

3 傳統(tǒng)錨桿作用機(jī)理及應(yīng)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(hù),基本上均采用全長黏結(jié)型錨桿.

3.1 錨桿作用機(jī)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(dāng)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(yīng)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(yīng)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(shè)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(yù)應(yīng)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(hù)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(jìn)型式-全螺紋等強(qiáng)錨桿

傳統(tǒng)全長黏結(jié)型錨桿在工程應(yīng)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(jìn)型式--全螺紋等強(qiáng)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(qiáng)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(jìn)行改進(jìn),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(shè)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(qiáng)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(jī)械化程度高.

3)桿體加工工藝簡單,按設(shè)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(yīng)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(yīng)用情況及支護(hù)效果

由于全螺紋等強(qiáng)錨桿在水工隧洞工程中的應(yīng)用較少,該工程在主體工程使用該新型錨桿前進(jìn)行了詳細(xì)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(jìn)行了試驗,經(jīng)現(xiàn)場施工人員反應(yīng),與傳統(tǒng)砂漿錨桿相比較,全螺紋等強(qiáng)錨桿在施工中確能提高工作效率,為了驗證全螺紋等強(qiáng)錨桿的支護(hù)效果,進(jìn)行了錨桿拉拔力試驗,試驗結(jié)果表明,全螺紋等強(qiáng)錨桿受力均勻,拉拔力均能滿足設(shè)計要求,且比傳統(tǒng)砂漿錨桿要高.因此,經(jīng)業(yè)主、設(shè)計、監(jiān)理、施工單位共同確認(rèn)在該工程三段引水隧洞主體工程中使用全螺紋等強(qiáng)錨桿,通過現(xiàn)場拉拔力試驗,拉拔力完全能夠滿足設(shè)計要求.

6 結(jié)論

全螺紋等強(qiáng)錨桿是全長黏結(jié)型錨桿的一種改進(jìn)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(hù)效果好等優(yōu)點,并經(jīng)實際工程驗證,全螺紋等強(qiáng)錨桿在水工隧洞中應(yīng)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(hù)結(jié)構(gòu)與設(shè)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(hù)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(qiáng)錨桿的開發(fā)及應(yīng)用[J].遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報,2002.

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