錨桿加固技術(shù)在溢洪道工程中的運(yùn)用

□劉愛玲 □史新尚（偃師市陶花店水庫管理所）

1 工程概況

偃師市陶花店水庫位于偃師市顧縣鎮(zhèn)李灣村南的伊河支流馬澗河和瀏澗河交匯處，總控制流域面積230 km2，主溢洪道位于大壩左側(cè)，最大下泄流量為682.00 m3/s。水庫建成后，在防洪、灌溉、工業(yè)供水等方面都發(fā)揮了重要作用。但由于運(yùn)行時(shí)間長，年久失修，工程存在安全隱患，突出表現(xiàn)在溢洪道，溢洪道現(xiàn)狀側(cè)墻高6.60 m，拱箱式擋土墻結(jié)構(gòu)，迎水側(cè)直立，經(jīng)多年運(yùn)行，現(xiàn)已向外凸出變形，最大內(nèi)傾達(dá)20 cm，平均9 cm。

2 方案選擇

針對上述問題，考慮了三種方案：一是全部拆除，采用懸臂式鋼筋混凝土擋土墻重修，墻頂寬0.40 m，底寬0.70 m，趾板寬5.00 m；二是全部拆除，采用重力式漿砌石擋土墻結(jié)構(gòu)，墻頂寬1.00 m，底寬4.00 m；三是對原墻進(jìn)行預(yù)應(yīng)力錨桿加固。比較3種方案，前兩種方案優(yōu)點(diǎn)是可以根除隱患，缺點(diǎn)是投資大（比第3種方案多30多萬元），且施工場地受到限制，第3種方案可基本解決現(xiàn)在隱患，投資小，基本不受場地限制。經(jīng)充分商定，最后決定采用錨桿加固方案。

3 錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)

3.1 確定最危險(xiǎn)圓弧滑動面

根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際觀測及原設(shè)計(jì)圖紙，原側(cè)墻垂直高度6.60 m，直立，擋土墻向土體延伸部分有3 m寬、6 m厚的砂層，其后面為洛陽地區(qū)多見的粉質(zhì)粘土。土的重度γ=18 kN/m3；內(nèi)摩擦角φ=23°；粘聚力 c=20 KMPa；地面荷載 q=0.30 t，深度 H=6.60 m，用條分法確定最小穩(wěn)定安全系數(shù)對應(yīng)的最危險(xiǎn)圓弧滑動面。

其中γ為任選的滑移半徑，Ni為法向力，Ti為切向力，αi為Ni與鉛垂線之夾角，Li為第i個(gè)土條滑弧的長。

3.2 計(jì)算穩(wěn)定安全系數(shù)，選取不同的γ到不同的K值。

其中Kmin即為所求。經(jīng)過計(jì)算，該種土體本身可自穩(wěn)。但考慮到上表面為農(nóng)作物，不具備封閉硬化的條件，且洛陽地區(qū)雨水較多，土體飽和度指標(biāo)等因素。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選取了一個(gè)上表面寬度2m的滑移面。

確定錨桿的水平和豎向間距：根據(jù)地質(zhì)條件和工程經(jīng)驗(yàn)初選錨桿的水平間距Sh和豎向間距Sv，然后再根據(jù)整體穩(wěn)定驗(yàn)算及擋土墻本身結(jié)構(gòu)調(diào)整Sh和Sv大小。可首選Sh=1.20m，Sv=1.00～1.50 m。

計(jì)算該擋土墻邊坡所受的主動土壓力：主動土壓力按朗肯土壓力理論計(jì)算，由于C的影響較小，略去后即可計(jì)算簡化，又使計(jì)算結(jié)果偏于安全，故：

3.3 錨桿抗拔力計(jì)算

錨桿抗拔力計(jì)算是局部穩(wěn)定驗(yàn)算的一個(gè)重要方面，旨在確保在主動土壓力作用下，保證土釘具有足夠的抗拔力而不致被拔出，防止進(jìn)而導(dǎo)致局部失穩(wěn)。錨桿選用ф25熱軋變形鋼筋，成孔直徑取D=100 mm，長度L=L1+L2+L3，(L1—自由段長度)；L1需充分考慮預(yù)應(yīng)力和擋墻及砂層的存在，其長度為滑動面到擋土墻立面外表面的長度；L3為錨桿外端長度，L3=10 cm，L2為錨固段長度。其計(jì)算步驟是，將每根錨桿臨近的土壓力分配給該錨桿承受，這樣每根土釘承受的主動壓力Ri=Ni×Sh×Sv。錨桿的錨固力取決于錨固段的水泥漿包裹體與土體的粘結(jié)力，作為安全儲備，可使抗拔力等于該土釘所承受的主動土壓力的1.50倍，即τDL2cosα=1.5Ri。

式中：D—錨桿孔直徑；α—錨桿與水平面的夾角；τ—水泥漿包裹體與土體之間的粘結(jié)力（根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取τ=20 kN）。

3.4 對已選錨桿的直徑校核

其抗拔力應(yīng)滿足下式:

式中:fy-為鋼筋錨桿抗拉設(shè)計(jì)強(qiáng)度。

3.5 整體穩(wěn)定性驗(yàn)算

經(jīng)過計(jì)算得出K=2.23，滿足永久性支護(hù)K值＞2的要求。

最后，由于該擋土墻已經(jīng)出現(xiàn)位移，鑒于普通錨桿土體不變形不受力原因，為了使該擋土墻不再發(fā)生位移，故結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況，應(yīng)對每層錨桿上施加不同程度的預(yù)應(yīng)力。具體設(shè)計(jì)如下：溢洪道閘后側(cè)墻兩側(cè)采用預(yù)應(yīng)力和砂漿錨桿加固，加固段長均為40 m。從上到下設(shè)計(jì)4排錨桿，排距分別為1，1，1.50 m，長度分別為14，14，12，10m；排內(nèi)錨固孔間距1.25m，錨固孔徑100mm。錨桿采用ф25熱軋變形鋼筋，施加預(yù)應(yīng)力分別為：第1、2排5tf，第3排4tf，第4排3tf，采用螺栓加壓法；墻面鋼筋網(wǎng)為ф8、25cm×25 cm，噴射混凝土厚12 cm，分初噴、復(fù)噴兩次完成。

4 施工方法

4.1 成孔、清孔

根據(jù)提供的基本控制點(diǎn)和施工圖紙，測放出錨桿孔的各孔孔位，然后進(jìn)行鉆孔定位、標(biāo)識。開孔孔位偏差≤10 cm。

鉆孔采用回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)方法，采用風(fēng)壓清孔，壓力一般控制在0.50～0.60 MPa。沖洗干凈的鉆孔盡早請監(jiān)理驗(yàn)收，并進(jìn)入注漿階段，成孔中需記錄每一鉆孔的尺寸、鉆孔進(jìn)度、巖芯情況。

4.2 預(yù)應(yīng)力錨桿的制作安裝

錨桿采用ф25熱軋變形鋼筋，按要求安放支中架、注漿和排氣管。安裝前妥善保護(hù)，以免腐蝕和機(jī)械損傷。

4.3 注漿

錨固段采用純水泥漿灌注，水灰比控制在0.40～0.45范圍內(nèi)。采用先下錨桿后灌漿的施工方法，注入錨固段的漿液量需精確計(jì)算，確保漿液充滿錨固段，整體灌漿自上而下進(jìn)行。

4.4 張拉試驗(yàn)

張拉前先對張拉設(shè)備和儀器進(jìn)行標(biāo)定，合格后再使用。錨固段的固結(jié)漿液、承壓墊座混凝土、混凝土柱狀錨頭等的承載強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后進(jìn)行張拉，正式張拉前，取20%左右的設(shè)計(jì)荷載，預(yù)張拉1～2次，使其各部位接觸緊密。首先施加基本荷載，張拉力逐級增大，每次加荷范圍為鋼材屈服強(qiáng)度的0.10～0.15倍。最大值為錨桿設(shè)計(jì)荷載的1.05～1.10倍，穩(wěn)壓15 min后鎖定。

4.5 封孔回灌和錨頭保護(hù)

封孔回填灌漿在張拉工作結(jié)束28 d后進(jìn)行，同時(shí)需滿足混凝土強(qiáng)度已達(dá)到設(shè)計(jì)值要求。回灌材料同灌漿材料，采用純水泥漿，灌漿完成后，錨具外的端頭段留存15 cm，其余切除，同時(shí)采用混凝土封閉保護(hù)，混凝土厚度≥10 cm。

4.6 鋼筋網(wǎng)的鋪設(shè)

本工程鋼筋網(wǎng)采用ф8 mm圓鋼，網(wǎng)孔25 cm×25 cm，制作前進(jìn)行除銹處理，鋪設(shè)時(shí)隨初噴面的起伏鋪設(shè)，鋼筋網(wǎng)與系統(tǒng)錨桿進(jìn)行焊接，同時(shí)保證鋼筋網(wǎng)與受噴面間隙為30 mm。

4.7 噴混凝土

噴射混凝土材料采用425硅酸鹽水泥，中粗砂細(xì)度模數(shù)2.70，粗骨料采用粒徑≤15 mm的碎石，配合比為1：2：2；機(jī)械拌合，翻斗車運(yùn)輸，運(yùn)輸中嚴(yán)格防雨淋、大塊石等雜物混入，裝入噴射機(jī)前過篩。采用干法噴射，空壓機(jī)輸送，送風(fēng)量≥9 m3/min，噴射前對噴射面進(jìn)行清洗，噴射時(shí)分段分片依次進(jìn)行，自上而下，分兩層噴射，每層厚度60 mm，后一層在初層終凝后進(jìn)行，噴射混凝土終凝后2 h進(jìn)行噴水養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間＞7 d。