高边坡支护无粘结锚索综合项目施工新工法.doc
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1、高边坡支护无粘结锚索施工工法赵新民一、前言锚索作为岩土工程高边坡加固支护办法,随着复杂地质条件下大型、特大型水利枢纽工程开发建设和大断面洞室安全办法之一,在水电站工程施工中得到越来越广泛应用,对锚索各项技术指标和施工工艺、设备提出了更高规定。锚索支护工程技术发展经历了锚索长度由20米到100多米,锚固力由500kN发展到10000kN甚至更高,内锚受力型式由拉力集中型发展到拉力分散型、拉压结合型、压力分散型等,锚索构造由粘结型发展到无粘结型等等。在锚索技术发展过程中,钢绞线、锚具材质优化和材料力学性能提高、施工机具工作性能和环境适应性改进均发挥了很大作用。三峡水利枢纽、溪洛渡水利枢纽、小浪底水
2、利枢纽、小湾水电站、锦屏水电站等一批大型水电工程中高边坡和地下工程大批量使用大吨位锚索,对提高锚索施工工艺水平和发展锚索施工技术提供了实践根据。我局在小浪底、锦屏等项目锚索工程施工中,积累了一定施工经验,特总结为工法,以便相似锚索工程施工组织时借鉴。二、工法特点该工法特点重要体当前锚索编索制作工艺上解决应力集中问题;在造孔工序上解决工效和塌孔问题;在孔口锚固端提出新工艺;在张拉工序采用二次补偿张拉工艺。三、合用范畴锚索支护合用于各种需要深层加固和支护岩土边坡、地下洞室高边墙。四、工艺原理锚索支护工作原理是通过对锚索施加预应力手段,形成锚墩与深层锚固端对拉,使锚索附近外侧岩体在外锚端作用下承受压
3、力,控制岩体向外侧位移量和变形速率,达到岩体稳定目。本工法工作原理重要有如下内容:1.通过选用适当施工机具,拟定在不同岩体中钻进工艺和孔内护壁技术;2.通过设计优化将锚固端由一种点分散为多点,改进内锚头应力集中问题;3.用二次张拉工艺解决锚索受力后前期松弛变形问题;4.依照各种工程实践,实行不同锚墩型式,减少工作量同步达到工程目。工艺原理是工序组合最后效果,依照不同岩性和地质条件选取与之相适应钻机和灌浆设备,普通状况下采用双动力冲击、回转钻机,注浆采用大流量泵,其扬程依照工作现场条件拟定。五、施工工艺高边坡锚索施工和大断面洞室内锚索施工工作内容相似,不再分章节论述。1.施工工艺流程预应力锚索施
4、工工艺流程见图1。外锚头保护封孔灌浆施工准备、测量放点钻 孔钢绞线检测试件制备、养护、检测浆液制备灌浆材料检查锚索灌浆下 索清 孔下料锚索制作成品锚索运送埋件安装立 模砼拌制机具标定、锚具检查张拉锚固锚墩砼浇筑配合比设计图1 预应力锚索施工工艺图2.施工准备在锚索工程开工前,需要做如下准备工作。(1)技术准备施工技术交底;施工前应进行性能实验或生产性实验,以验证设计参数,完善施工工艺。检查原材料、锚夹具出厂合格证、检查报告;复核混凝土、水泥、水泥净浆配合比和强度实验报告;准备施工记录(涉及钻孔记录、超前灌浆记录、注浆记录和张拉记录)表格;预应力锚索张拉实验成果(检查锚具、钢绞线、千斤顶系统性能
5、);(2)材料与设备预应力钢绞线采用原则型1860MPa(270级)无粘结、无涂层、高强度低松弛钢绞线,其力学性能应符合GB/T5224规定,应有出厂合格证书和标牌。钢铰线防腐油脂应化学稳定性好,不得具有有害成分,其涂敷量不应不大于50g/m。PE套管厚度为1.01.2mm,应有一定韧性和硬度,并有抗腐蚀、抗老化性能。水泥采用P.O42.5及以上强度级别水泥,质量符合硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥(GB175-1999)或更新规定。锚具质量应符合GB/T14370有关规定。现场应进行预应力钢铰线锚具组装件静载实验,其锚固性能应满足:锚具效率系数不不大于0.95,实测极限拉力时总应变不不不大于2%,
6、且夹片未浮现肉眼可见裂纹或破碎。张拉机具应与锚具类型、锚索设计张拉力相匹配。张拉机具配套压力表精度不应低于1.5级,张拉时压力表读数不超过表盘刻度75%。灌浆设备须与预应力锚索孔道灌浆浆液类型、浓度及施灌强度相适应,且能保证稳定均匀持续灌浆。制浆设备应采用高速搅拌机,以提高浆液均匀性,增长其流动度和可灌性。灌浆泵排浆量应能满足锚索孔道灌浆强度需要,压力稳定,其容许工作压力应不不大于设计灌浆压力1.5倍,压力波动范畴宜不大于灌浆压力20%。钻机性能与锚索孔直径、孔深和岩体地质特性相匹配。(3)现场准备施工通道:有条件时优先选取采用施工便道方案,没条件时采用人行爬梯、垂直运送缆索、吊车等方案。施工
7、平台:在坡面上依照锚索布置状况,搭设工作平台。对于洞室边墙或明挖边坡高度大,坡度陡,排架搭设稳定性十分重要。为保证排架和施工人员及设备安全,搭设排架时一定要严格做到如下几点:a.排架坡面投影网格最大为1.21.5m,垂直于坡面方向间距为1.5m,内侧排架离坡面不不不大于0.3m。b.整个排架必要打间距1.21.5米插筋孔,孔深1m,并且每根立杆架管与岩面接触处设立防滑钢筋,插筋直径不不大于25mm,孔布于坡面横竖管交点之上方0.3m。c.各作业平台、通道等必要满铺马道板(木板厚度不不大于45mm),外挂安全网,规定外观整洁。d.钻机托架管采用双根,以保钻进过程中钻机不晃动。e.架管、管卡质量必
8、要有保证,满足规范规定,架管壁厚不不大于3.5mm。f.采用斜支撑、拉锚筋、剪刀架和承载部位增长立柱密度相结合办法,保证管架刚度,满足承载规定。g.管架上应设立明显安全标志。风、水、电供应:普通与主体施工配套统一布置。需要注意是供电应采用电缆,易于搬移,供水主管路用钢管时,应布置在开挖工作面以外。3.造孔(1)锚索孔造孔参数1000kN级锚索孔孔径为115mm;1500kN级和kN级锚索孔孔径为130mm。在此基本上钻孔角度、锚固段长度、锚索孔深度均应符合设计规定。(2)造孔设备、机具设备:YXZ-70型、YG-80型锚索钻机。机具:采用ZD110、ZD130冲击器,并配备与之相适应钻头和钻杆
9、。(3)钻机就位为使锚索孔在施工过程中及成孔后其轴线倾角、方位角符合设计及规范规定,必要保证钻机就位精确性、稳固性。调节钻机立轴轴线,使其与锚孔设计中心轴线方位角及倾角保持一致;方位角及倾角满足规定后,用卡固件将钻机卡牢固稳。试运转后再次测校钻机立轴轴线与锚孔设计中心轴线,使其保持一致。(4)钻进工艺参数a.钻进压力:开孔时,使钎头紧贴岩面低压冲击,平稳缓缓推动即可;正常钻进时钻压Pf24kN。b.转速:开孔转速n=0;正常钻进转速,n90r.p.m。c.风量:单机Q风=1012m3/min。(5)造孔注意事项a.开孔前,清除孔口附近松动岩块。b.开孔时,在设计孔位上,人工或用风钻凿出与孔径相
10、匹配10cm左右深槽(孔),以利于钻具定位及导向。c.每钻进1m左右,必要缓慢回钻吹孔,来回不少于2次,直至孔口无岩粉返出,以利充分吹粉排渣,避免卡钻及重复破碎。d.勤检查钻杆、钻具磨损状况,对磨损严重钻杆、钻具应予以更换,尽量避免孔内事故发生。e.在钻进过程中,为防止孔径相差过大,使得下锚时困难。可备4个钎头,每个钎头打1015m左右,就轮换一种。f.在钻进过程中,认真、真实地做好钻孔记录,为分析判断孔内地质条件提供根据。记录中要详细标明每一钻孔尺寸、返风颜色、钻进速度和岩芯记录等数据。(6)破碎地层段钻进办法在钻遇破碎地带时,为保证成孔质量、防止塌孔及保证钻进效率,对岩体块度较大、整体性好
11、个别掉块问题,可以重新扫孔或用干硬性砂浆团顶入孔内解决,对破碎岩体则在钻孔时分段进行超前固结灌浆,待凝等强后扫孔继续钻进。对松散岩体、未完全固结块状岩体,可以采用套管跟进护壁方式造孔,但在张拉前必要保证外锚墩和张拉段围岩稳定。(7)终孔验收钻孔完毕,用压缩风冲洗钻孔,直至孔口返出之风,手感无尘屑,延续510分钟。钻孔清孔完毕,进行钻孔检测,合格后及时进行下锚工作。4.预应力锚索制作(1)钢绞线选用符合预应力混凝土用钢绞线GB/T5224-1995和ASTM A416-98原则规定1860MPa高强度低松弛无粘结钢绞线。无粘结钢绞线为防腐油脂敷裹并用PE套包裹,具备良好防腐效果和可全孔一次注浆等
12、长处。高强度低松弛无粘结钢绞线性能指标见表1。 表1 高强度低松弛无粘结钢绞线性能指标强度级别MPa公称直径mm截面积mm2弹性模量kN/mm2极限1%伸长最小载荷kN延伸率%荷载kN强度MPa186015.24140195102661900234.63.5(2)全长无粘结压力分散型锚索编索制作a.全长无粘结压力分散型锚索基本构成为:导向帽、单锚头、锚板、隔离架、注浆管、高强低松弛钢绞线等(图2)。全长无粘结单孔多锚头(防腐)型预应力锚索1000kN级分4组锚头,每组锚头间距0.8m,钢绞线根数量7根;1500kN级分5组锚头,每组锚头间距0.8m钢绞线根数量10根,;kN级分6组锚头,每组锚
13、头间距0.8m,钢绞线根数量12根。图2 全长无粘结压力分散型型预应力锚索构造示意图b.下料:使用砂轮切割机下料。各级锚头钢绞线下料长度为: L=锚固段长度Lm-距第1级锚头距离Ld+自由段长度Ly+锚墩长度Ld+张拉长度Llc.将每根钢绞线端部塑料保护套切去恰当长度,清理干净防腐油脂,用挤压机将挤压套安装在承压板后方,逐个制作单锚头。d.组装将钢绞线顺直排列在加工平台上。按照规定间距装配单锚头、承压板、托板进行锚头某些制作。按照规定间距安装隔离架,隔离架上相应位置安放顺直注浆管,同步注意使注浆管在锚索体中相对位置满足规定,按不不不大于2m间距安顿隔离架,并用黑铁丝捆扎。在锚索体外侧安顿对中架
14、,使得预应力锚索体在钻孔内居中放置。锚固段顶部安装导向帽。组装好锚索见图3。对组装好锚索按照相应锚索孔进行编号,并妥善放置备用。(3)全粘结预应力锚索组装 将钢绞线顺直排列在制作平台上,保持长度一致。钢绞线下料用砂轮机切割,切口整洁,无散头。图3 编制成型锚索细部构造顺直装置I、II期灌浆管和内锚固段排气管,I期进浆管距孔底0.5m,II期进浆管距内锚固段止浆环0.20.5m ,内锚固段排气管穿过止浆环0.1m。灌浆管安装后进行畅通性检查,检查合格后暂时封口。锚索位于锚孔中心,内锚固段每隔1.0m穿一对中支架,两对中支架间绑扎黑铅丝一道,张拉段每隔5.0m穿一对中支架,两对中支架间绑扎无锌铅丝
15、一道,绑扎时保证钢绞线不得交叉。在内锚固段和张拉段间安装止浆环,环内用环氧砂浆封填密实,最后在锚索端头上装上导向帽。成型锚索经检查满足规定后,对进回浆管分别编号,按锚孔编号挂牌,架离地面0.5m存储,支点间距1.5m,保证存储库防水、防潮、防锈、防污染。5.预应力锚索安装及注浆(1)安装方式:人工下锚。(2)长锚索下锚时,操作人员要协调一致,用力均匀,只能往里推,不能往外拉,保证锚索体在孔内顺直不扭曲。(3)注浆方式:采用全孔一次注浆工艺。(4)设备材料a.设备:100/3.5搅拌机、3SNS泵灌注。b.材料水泥:采用不低于P.O42.5R 水泥。 水:符合拌制水工混凝土用水。c.浆液配比:采
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