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淺析450kN預(yù)應(yīng)力錨桿在支護(hù)工程中的應(yīng)用

2018-11-09 09:07:16胡紅敏
中小企業(yè)管理與科技 2018年19期
關(guān)鍵詞:螺帽測(cè)力計(jì)孔口

胡紅敏

(中國(guó)水利水電第十四工程局有限公司,昆明650041)

1 引言

在地下工程開(kāi)挖過(guò)程中支護(hù)效果的好壞直接影響著施工安全,尤其在各洞室交叉的薄弱區(qū)域選擇合適的支護(hù)方式尤為重要。450kN預(yù)應(yīng)力錨桿作為當(dāng)前新穎的支護(hù)方式,較普通125kN預(yù)應(yīng)力錨桿具有獨(dú)特的施工工藝和支護(hù)效果,能有效維持薄弱區(qū)域的圍巖穩(wěn)定,同時(shí)施工工藝較小噸位(600kN)錨索相對(duì)簡(jiǎn)單,能有效加快施工進(jìn)度,且工程造價(jià)亦低于小噸位錨索,因此,對(duì)于450kN預(yù)應(yīng)力錨桿在支護(hù)工程中的應(yīng)用具有重要的研究意義。

2 工程概況及地質(zhì)條件

黃登水電站位于云南省怒江州,其引水發(fā)電系統(tǒng)中的尾水調(diào)壓室為地下帶連通上室圓筒阻抗式,由2個(gè)圓筒式調(diào)壓井組成,開(kāi)挖直徑為32.4~36.0m、襯砌后斷面尺寸為φ30m,高80.5m,中心距為70m,尾調(diào)室間在1491.20m高程設(shè)連通上室,斷面為城門(mén)洞型,開(kāi)挖斷面尺寸為13.9m×16.9m(寬×高)。

調(diào)壓室區(qū)域地層主要為T(mén)3xd7、T3xd8變質(zhì)火山角礫巖、變質(zhì)火山細(xì)礫巖夾變質(zhì)凝灰?guī)r,微風(fēng)化、未卸荷??碧浇衣兜闹饕獮棰蠹?jí)、Ⅳ級(jí)及Ⅴ級(jí)結(jié)構(gòu)面。除斷層外,尚有一些順層擠壓面發(fā)育,巖體中主要發(fā)育有兩組節(jié)理,分別為N70°~90°W,NE∠70°~90°和 N0°~20°E,SE(NW)∠60°~85°,其他節(jié)理隨機(jī)出露,成組性差。地下洞室位于地下水位以下,洞室圍巖為微透水巖體。

3 450kN預(yù)應(yīng)力錨桿布置及參數(shù)

根據(jù)尾水調(diào)壓室開(kāi)挖支護(hù)藍(lán)圖,布置兩排450kN預(yù)應(yīng)力鎖口錨桿Φps32@1.5m×1.5m,L=9m,且尾水調(diào)壓室洞室開(kāi)挖時(shí),根據(jù)開(kāi)挖圍巖揭露的巖質(zhì)情況,增加隨機(jī)450kN預(yù)應(yīng)力錨桿,工程量總約為264根。其對(duì)應(yīng)的具體參數(shù)如表1所示,結(jié)構(gòu)如圖1所示:

表1 450kN級(jí)預(yù)應(yīng)力錨桿參數(shù)

圖1 上傾角450kN預(yù)應(yīng)力錨桿結(jié)構(gòu)圖

4 450kN預(yù)應(yīng)力錨桿施工要點(diǎn)

4.1 施工工藝流程

錨桿孔位放樣→鉆孔→清洗→錨桿加工制作→錨桿安裝→錨固段灌漿→錨墩澆筑→張拉、鎖定→張拉段灌漿→外錨頭保護(hù)。

4.2 主要工序要點(diǎn)

4.2.1 錨桿造孔

錨桿鉆孔采用QJY100B潛孔鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔,造孔直徑為100mm。開(kāi)孔前對(duì)孔徑、孔位、孔向、角度進(jìn)行復(fù)核,使之達(dá)到設(shè)計(jì)要求的程度。鉆孔時(shí),鉆具應(yīng)逐級(jí)加長(zhǎng),且對(duì)鉆孔過(guò)程中的孔徑、孔深、孔內(nèi)情況進(jìn)行詳細(xì)記錄,若在錨固段發(fā)現(xiàn)軟弱巖層、出水、落鉆等異常情況,要主動(dòng)通知設(shè)計(jì)和監(jiān)理單位,采取有效處理措施,以確保錨固段位于穩(wěn)定巖層中。當(dāng)造孔達(dá)到設(shè)計(jì)要求后,連續(xù)不斷地用水和高壓風(fēng)徹底沖洗鉆孔,直至孔口返出之風(fēng)手感無(wú)塵屑,并做好孔口堵塞保護(hù)。

4.2.2 錨桿制作及安裝

首先將9米長(zhǎng)錨桿量出內(nèi)錨段的長(zhǎng)度并做出標(biāo)記,在內(nèi)錨段每隔1米設(shè)置一道對(duì)中支架,張拉段每隔2m設(shè)置一道對(duì)中支架,支架和錨桿用鉛絲扎牢固;其次是錨桿錨固段和張拉段交接處需設(shè)止?jié){環(huán),上傾角度錨桿錨固段安裝一根PEφ25排氣管和一根PEφ25灌漿管,灌漿管由孔口穿過(guò)止?jié){環(huán)200~500mm,排氣管由孔口經(jīng)張拉段穿過(guò)止?jié){環(huán)直至孔端頭50cm以內(nèi);下傾角和平傾角錨桿錨固段安裝一根PEφ25灌漿管,灌漿管由孔口經(jīng)張拉段,穿過(guò)止?jié){環(huán)直至孔端頭50cm以內(nèi)。

錨桿安裝主要采用人工進(jìn)行安裝,施工時(shí),須按實(shí)際孔深、孔底預(yù)留深度及錨桿長(zhǎng)度計(jì)算出外露長(zhǎng)度,并做出明顯標(biāo)記,操作人員協(xié)調(diào)一致,均勻用力往孔里推,保證錨桿在孔內(nèi)順直不扭曲。錨桿孔口外需預(yù)留不小于50cm長(zhǎng)度,以方便混凝土墩頭、螺帽、張拉等工作進(jìn)行。

4.2.3 預(yù)應(yīng)力錨桿灌漿

灌漿采用GMS2008型灌漿自動(dòng)記錄儀。錨固段灌漿在錨桿入孔后即可施工,張拉段灌漿在外錨墩澆筑、張拉鎖定后進(jìn)行;內(nèi)錨固段和張拉段注漿采用壓力注漿,壓力0.3MPa~0.5MPa,漿液為純水泥漿,強(qiáng)度等級(jí)分別為M50、M25;在灌漿過(guò)程中,排氣管回濃漿后立即以0.5 MPa壓力閉漿,閉漿時(shí)間15min。如果灌漿量大于理論吸漿量,并且回漿比重不小于進(jìn)漿比重,穩(wěn)壓15min,孔內(nèi)不再吸漿,則灌漿結(jié)束。

4.2.4 錨桿張拉及鎖定

預(yù)應(yīng)力錨桿張拉程序?yàn)闄C(jī)具率定→外錨頭混凝土強(qiáng)度檢查→張拉機(jī)具安裝→預(yù)緊→分級(jí)張拉→鎖定。

在錨固段注漿體混凝土強(qiáng)度等級(jí)達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度75%后,對(duì)預(yù)應(yīng)力錨桿進(jìn)行張拉,錨桿采用YCW-150型千斤頂進(jìn)行張拉(實(shí)驗(yàn)錨桿采用1000kN錨索測(cè)力計(jì)檢查張拉效果),張拉前先安裝鎖頂螺帽,再用連接套對(duì)錨桿進(jìn)行連接接長(zhǎng),接長(zhǎng)后安裝螺帽保護(hù)套、千斤頂?shù)?,螺帽保護(hù)套是用來(lái)方便后期螺帽鎖定的一個(gè)工具,整體由鋼材制成,但在下方有預(yù)留缺口,待張拉完成后,人工通過(guò)缺口利用扳手進(jìn)行鎖定。張拉過(guò)程控制程序?yàn)椋?kN→100kN→300kN→450kN鎖定,除最后一級(jí)持荷時(shí)間為20min,其余每級(jí)張拉持荷時(shí)間均為5min,張拉在同一時(shí)間完成,否則應(yīng)卸荷后依次張拉。該預(yù)應(yīng)力錨桿的設(shè)計(jì)永存力為450kN,因此在張拉完成后人工先利用扳手鎖定螺帽,再利用錨索測(cè)力計(jì)測(cè)定回彈力,并做好記錄,反復(fù)循環(huán),直至設(shè)計(jì)永存力為450kN。初次張拉按照設(shè)計(jì)永存力的105%進(jìn)行,即495kN左右。且加荷、卸荷速率應(yīng)平穩(wěn)。張拉時(shí),升荷速率每分鐘不宜超過(guò)設(shè)計(jì)預(yù)應(yīng)力值的0.1;卸荷速率每分鐘不宜超過(guò)設(shè)計(jì)預(yù)應(yīng)力值的0.2。

圖2 螺帽保護(hù)套

圖3 450kN預(yù)應(yīng)力錨桿張拉

5 預(yù)應(yīng)力錨桿實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

5.1 張拉理論長(zhǎng)度計(jì)算

工藝實(shí)驗(yàn)前需要進(jìn)行理論彈性伸長(zhǎng)量計(jì)算。對(duì)應(yīng)的計(jì)算公式為l=PL/EA(式中:L—錨桿的有效長(zhǎng)度;錨固端至張拉錨具之間的距離,P—張拉應(yīng)力,理論伸長(zhǎng)量對(duì)應(yīng)的是理論應(yīng)力;E—鋼材的彈性模量;A—鋼材的斷面面積),本次錨桿L取6000mm,P 取 0~450kN,A 取 804.2mm2,E 取 2.06×105N/mm2。

表2 450kN預(yù)應(yīng)力實(shí)驗(yàn)錨桿觀測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

表3 試驗(yàn)錨桿伸長(zhǎng)量統(tǒng)計(jì)

5.2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

通過(guò)450kN預(yù)應(yīng)力錨桿工藝實(shí)驗(yàn),對(duì)體現(xiàn)其支護(hù)效果的各項(xiàng)數(shù)據(jù)做了全面統(tǒng)計(jì),對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)如表2、表3所示。

5.3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

根據(jù)實(shí)驗(yàn)錨桿張拉力數(shù)據(jù)分析,在液壓千斤頂張拉力達(dá)到450kN時(shí)對(duì)應(yīng)測(cè)力計(jì)的原始數(shù)據(jù)為479.87kN,考慮到人工鎖定時(shí)對(duì)錨桿的應(yīng)力,鎖定完成后測(cè)力計(jì)數(shù)據(jù)為504.14kN,并在張拉完成3天后測(cè)力計(jì)數(shù)據(jù)降低為482.47kN,與原始數(shù)據(jù)基本保持不變且大于設(shè)計(jì)450kN,張拉力滿足設(shè)計(jì)要求。根據(jù)實(shí)驗(yàn)錨桿伸長(zhǎng)量數(shù)據(jù)對(duì)比分析,實(shí)驗(yàn)錨桿伸長(zhǎng)量比理論值增量略大,主要由自由段的長(zhǎng)度存在誤差、千斤頂張拉錨具及夾片的變形及油壓表的讀數(shù)誤差引起,整體情況比較理想,滿足工藝施工要求。實(shí)現(xiàn)了450kN預(yù)應(yīng)力錨桿在地下支護(hù)工程中的應(yīng)用。

6 結(jié)語(yǔ)

在工程建設(shè)高速發(fā)展的今天,對(duì)于高邊坡、深基坑及薄弱地段的施工安全、進(jìn)度和成本越來(lái)越受重視,選擇適合的支護(hù)方式很重要,450kN預(yù)應(yīng)力錨桿較普通125kN預(yù)應(yīng)力錨桿支護(hù)效果更強(qiáng),更能保證施工安全;較小噸位(600kN)錨索工序更簡(jiǎn)單,更能保證施工進(jìn)度和降低成本。通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析,在450kN預(yù)應(yīng)力錨桿施工過(guò)程中只要嚴(yán)格控制好錨桿造孔、錨桿制作安裝、錨桿灌漿、錨桿張拉鎖定的工序要點(diǎn),450kN預(yù)應(yīng)力錨桿的支護(hù)效果就能完美體現(xiàn),其成功開(kāi)辟了一種新的支護(hù)方式,可在高邊坡、深基坑、薄弱地段及洞室交叉口推廣使用,因此,分析450kN預(yù)應(yīng)力錨桿施工工藝和支護(hù)效果具有重要意義。

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