中空自鉆式注漿錨桿在邊坡支護中的應用

楊 波, 賀 波

(中國水利水電第七工程局有限公司 一分局,四川彭山 620860)

1 工程概況

溪古水電站庫區公路復建工程位于四川省甘孜州九龍縣境內,工程規模為山嶺重丘區三級公路,全長約 13.257km,寬 7.5m,瀝青混凝土路面。起點位于原省道 215線 K243+100處,距離縣城外勝利橋約 600m,沿九龍河向下游布線,在出隆溝下游約 1km處跨越大壩后再逐漸降坡,在扎日村接省道 215線。

2 邊坡設計支護型式及地質情況

省道 215線在大壩上游 K252+200～K252+280段為卸荷嚴重的山脊梁路段,邊坡開挖最大高度達百余米(高程 2860.00～2960.00m)。其中在公路邊坡高程 2884.00～2932.00m范圍內開挖后揭示的地質情況屬強風化及松動、傾斜巖體,斷層裂隙均較發育,且裂隙多拉張、架空,存在層面、緩傾角及陡傾角組合,邊坡巖體整體為鑲嵌破碎結構。開挖后邊坡受上述地質缺陷的影響多處形成不穩定塊體。該范圍邊坡前期設計支護型式為每層馬道范圍內(各層高度為 8m)設置一排3φ32鎖口錨筋樁(間距 3m,長度為 12m,深入巖面 11.8m,孔內灌注砂漿)和三排 φ25普通鋼筋錨桿(間排距2m,成梅花型布置,錨桿長度為 4.5 m,深入巖面 4.3m,孔內灌注砂漿)+坡面設 φ50排水孔(間排距 4m,深入巖面 3m,i=0.05,孔口埋 0.5mPVC管)+噴 C20混凝土(厚 10cm并掛設鋼筋網 φ6.5@15cm×15cm)。在實際施工中,邊坡支護的錨筋樁、錨桿及坡面排水孔的造孔出現了嚴重的諸如塌孔、卡鉆等現象,無法保證各類造孔的入孔深度,且造孔作業中大多數鉆機沖擊器及鉆桿無法取出,致使邊坡及時支護受到影響。如要在此斷層破碎帶繼續實施該項支護型式,其錨筋樁的造孔需要采用跟管鉆進或灌漿固壁,錨桿及排水孔的成孔需要采用花管沖擊成孔。這樣做將額外增加埋入鋼管及灌漿水泥的用量,使工程建設成本及施工成本上升。

3 邊坡支護型式的調整

為了邊坡支護施工的正常進行,同時節約工程投資,經業主、設計及監理多次現場勘查,依據設計單位提供的庫區段公路復建工程中的邊坡防護工程設計圖中提到的“當邊坡基巖十分破碎,且成孔困難時采用中空自鉆式注漿錨桿進行支護”,同時,結合庫區段改線公路所存在的特殊地質構造情況,將該范圍路段邊坡的支護型式調整為:取消邊坡錨筋樁和錨桿,坡面錨桿系統改為ZB32/20中空自鉆式注漿錨桿:每層馬道均設置三排自鉆式錨桿,排間距 4m,錨桿長度從上往下分別為 15m、12m、9m,外露巖面 0.2m,孔內灌注水泥砂漿,坡面排水孔及掛網噴護混凝土維持原設計不變。

4 中空自鉆式注漿錨桿的施工

4.1 原材料要求

(1)錨桿體:中空自鉆式注漿錨桿為專業廠家采用防腐防銹材料所生產的定型成套產品(外徑 32mm,壁厚 6mm,內空 φ20),錨桿設計荷載為125kN;

(2)水泥:注漿錨桿的水泥砂漿采用新鮮的、強度等級不低于 42.5的普通硅酸鹽水泥;

(3)砂:采用最大粒徑小于 2.5mm的中細砂;

(4)水泥砂漿:砂漿標號為 M30。

本工程邊坡支護施工中選用的自鉆式錨桿主要技術性能參數見表 1。

表 1 自鉆式錨桿主要技術性能參數表

4.2 錨桿施工準備

錨桿鉆孔前,對邊坡危石進行安全處理,及時清除松動石塊和碎石,避免在施工過程中墜落傷人。同時,準備施工材料和鉆孔、注漿機具設備;敷設施工用風水電管路。邊坡錨桿依據現場情況搭設雙層鋼管腳手架進行施工。

錨桿施工工藝流程:邊坡危石處理→搭設腳手架→掛安全網→巖面清理→鉆孔孔位布設→鉆具及風水電準備→鉆孔→注漿→桿體緊固及保護→噴護混凝土及養護。

4.3 鉆孔施工

(1)孔位確定。

采用測量全站儀測放各主要控制點線,然后在坡面用紅油漆將各孔位標示清楚。

(2)鉆孔施工。

鉆孔采用 YG40型軌道式鑿巖機造孔,錨桿為專業廠家所生產的定型成套產品。

施工腳手架靠近開挖邊坡搭設,排架固定牢固,排架外側隨層掛水平安全網。在鉆架部位鋪設 5cm厚竹制馬道板以形成操作平臺,并用鉛絲將馬道板與排架綁扎牢固,操作人員系安全帶。

自鉆式錨桿的孔軸方向垂直于坡面或與可能發生的主拉應變方向大體一致,接近水平并向下呈較小的傾角進行。

(3)施工工藝。

①鉆進:采用軌道式鑿巖機將安裝好鉆頭的錨桿鉆進至設計深度(錨桿加長采用聯接套進行連接)。

②卸下鉆機,安裝止漿塞,將其安裝在錨孔內離孔口 25cm處。特殊情況如注漿壓力較大或圍巖太破碎,也可用錨固劑封孔。

③通過快速注漿接頭將錨桿尾端與注漿機相連。

④開動機器注漿,待注漿飽滿且壓力達到設計值時停機。

⑤根據設計需要,在錨桿尾部安裝墊板和螺母并噴護于混凝土內。

(4)特殊部位及排水孔造孔施工。

對于部分邊坡巖體相對較好時,采用了普通鉆桿(俗稱高強光圓鉆桿)造孔,然后再安插螺紋桿體的施工方法。如邊坡排水孔即選用高強光圓鉆桿及高強度合金鉆頭進行造孔施工,實施情況良好。

4.4 注漿施工

(1)錨桿注漿的水泥砂漿配合比在設計及規范要求的范圍內通過試驗選定。

(2)自鉆式錨桿鉆設完成并經驗收合格后,用擠壓式注漿泵進行注漿,保證注漿飽滿密實。

(3)錨桿安裝時技術員、質檢員和監理工程師實行旁站,檢查錨桿的長度、砂漿拌制以及注漿實施情況等。

(4)錨桿注漿后,在砂漿凝固前不得敲擊、碰撞和拉拔錨桿。

(5)錨桿注漿注意事項:

①孔內管路要通暢,孔口堵塞要牢靠。從注漿管注漿直到孔口冒漿為止。

②灌漿過程中,若發現有漿液從巖石錨桿附近流出應堵填,以免繼續流漿。

③漿液一經拌和應盡快使用,拌和后超過 1 h的漿液不得投入使用。

④注漿完畢,在漿液終凝前不得敲擊、碰撞或施加任何其它荷載。

4.5 主要機具

(1)鉆機:選用價格相對便宜、單位耗風量較小的 YG40型軌道式鑿巖鉆機。最大鉆孔深度大于 15m,孔徑為 φ50,滿足要求。

(2)灌漿設備:采用 JZB-2型擠壓式注漿泵。

5 邊坡施工期的觀測

邊坡正式施工前,在邊坡坡頂及附近邊坡適當部位設置表面位移觀測點并結合頂部永久變形觀測墩,由專人定期利用全站儀并結合人工巡視、肉眼觀測對邊坡進行安全監測,及時作好記錄和數據對比。前期和雨天加密觀測次數。觀測數據表明,高邊坡經自鉆式錨桿及掛網噴護混凝土封閉后,邊坡整體穩定,滿足設計支護效果。

6 錨桿施工質量的保證措施

(1)按機高及軌高架設并加固于操作平臺,將鉆機的導軌牢固安裝于操作平臺;

(2)鉆機就位對準孔位后,用量角器測量立軸傾角,要求傾角為 10°～15°;

(3)開鉆時輕壓、慢轉;

(4)采用干鉆或清水鉆進;

(5)錨桿桿體及配件、水泥質量應符合設計要求,應有材質證明和合格證、復檢單;

(6)嚴格按設計水灰比配制水泥漿,按要求添加外加劑并充分攪拌;

(7)錨桿體鉆進至設計深度后,應用水和空氣洗孔,直至孔口返水或返氣方可將鉆機和連接套卸下,并及時安裝墊板及螺母,臨時固定桿體。

7 結 語

(1)在斷層破碎帶巖石邊坡地段采用中空自鉆式注漿錨桿具有較好的操作性,能夠較好的解決塌孔、插桿困難、注漿堵塞等施工過程中的難點問題。

(2)視邊坡巖層破碎情況,可先噴護一層素混凝土進行封閉。

(3)由于用于自進式螺紋錨桿施工的鉆頭為一次性,因此,其質量不如普通鉆頭,在進行鉆進施工時,為了降低鉆孔過程中摩擦發熱對鉆頭的損耗,可加水冷卻打“水鉆”,同時也可采用普通鉆桿先行鉆孔一定深度(即使巖石不好、塌孔也無妨),再利用螺紋錨桿鉆至設計深度,這樣實施可加快施工進度。

(4)自進式錨桿一般用于巖石較差的邊坡面。本工程有部分邊坡巖石較好,針對這種情況,在實施中采用了普通大直徑的光圓錨桿先行鉆孔,然后安插螺紋錨桿的施工方法進行施工,以滿足邊坡設置長錨桿的需要。

(5)為了節約螺紋鉆桿連接套(纖維套)的費用,若施工條件允許,還可采用較長的錨桿(若 12 m孔深,若采用 3m+3m+3m+3m接長,可比現在采用的 2m×6m節約兩個聯接套)。