軟巖地下工程預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)設(shè)計及技術(shù)應(yīng)用

陳松、黃群杰

（江西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江西南昌330013）

0 引言

軟巖地下工程，施工要求高，施工人員自身素質(zhì)需達(dá)到工程施工要求，工作人員在操作各項施工技術(shù)方面也要按照標(biāo)準(zhǔn)流程落實，才能有助于實現(xiàn)既定工程目標(biāo)。科學(xué)應(yīng)用軟巖地下工程中預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)技術(shù)，按照工程質(zhì)量要求提高施工方案設(shè)計的質(zhì)量，為后續(xù)的技術(shù)應(yīng)用打下基礎(chǔ)，如為后續(xù)的錨索制作及安裝和灌漿等系列的操作打下基礎(chǔ)，這對實現(xiàn)既定工程目標(biāo)有著積極作用。

1 軟巖地下工程狀況及預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)技術(shù)特征

1.1 軟巖地下工程狀況

軟巖地下工程在實際施工方面應(yīng)用到多樣技術(shù)，對各類技術(shù)的應(yīng)用要求較高，預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)技術(shù)就是較關(guān)鍵的工程應(yīng)用技術(shù)之一。某軟巖地下工程全長6.12km，最大高度有8.9m，最大的寬度6.2m。通過相關(guān)地質(zhì)勘查得到結(jié)果，其地下的內(nèi)部地質(zhì)構(gòu)造較復(fù)雜，有軟弱圍巖及斷層破碎帶等地質(zhì)狀況，基巖的裂隙水多，孔隙潛水多，斷層的含水量也較高，為避免地下施工發(fā)生軟巖變形情況，就需科學(xué)運用預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)技術(shù)，從而提高工程施工質(zhì)量安全，加快整體工程施工效率。

1.2 預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)技術(shù)特征

預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)技術(shù)在軟巖地下工程施工中發(fā)揮著重要作用。該技術(shù)有著鮮明的優(yōu)勢特征，以下從幾點優(yōu)勢特征層面進(jìn)行闡述。如應(yīng)用預(yù)應(yīng)力錨索對高邊坡的基礎(chǔ)開挖及隧洞洞臉開挖有強化邊坡的穩(wěn)定性、最大程度地減少開挖工程量、縮短開挖的工期的作用。在壩基以及岸坡的抗滑穩(wěn)定加固當(dāng)中，能在不擾動基巖的狀況下提供可靠抗滑力[1]；也能有助于修補混凝土裂縫，把過大集中荷載能分散到較大的范圍中，在不增加自重的狀態(tài)下提高工程抗震及抗沖擊性能；通過預(yù)應(yīng)力錨索也能替代部分的混凝土壓重，有效減少混凝土的用量，保證設(shè)計的斷面更為合理化。軟巖地下工程建設(shè)施工中對預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)技術(shù)應(yīng)用，其設(shè)計合理、施工便利，有著較突出的經(jīng)濟(jì)的優(yōu)勢。

2 軟巖地下工程預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)設(shè)計和技術(shù)應(yīng)用

2.1 預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)設(shè)計要點

軟巖地下工程施工中為能加快工程施工進(jìn)度，預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)設(shè)計需要抓住要點，從以下幾點加強重視。

2.1.1 科學(xué)設(shè)計錨固力大小

為促進(jìn)軟巖地下工程施工活動順利開展，這就需要在具體設(shè)計中對錨固力大小進(jìn)行科學(xué)設(shè)計。錨固力大小由不同方法確定：一種是類似土釘設(shè)計方法，主要是結(jié)合地層滑動最小穩(wěn)定性系數(shù)，進(jìn)行對比需要的穩(wěn)定性系數(shù)，采用錨索錨固力來實現(xiàn)地層穩(wěn)定及滿足設(shè)計要求的穩(wěn)定系數(shù)[2]；另一種是工程類比方法，結(jié)合穩(wěn)定需要的錨固力就是工作錨固力，設(shè)計錨索其他尺寸中的安全系數(shù)，TW·Sf公式計算各部分尺寸參數(shù)，可參照如下安全系數(shù)表1 參數(shù)設(shè)計（工作錨固力TW，安全系數(shù)Sf）。

表1 安全系數(shù)相關(guān)參數(shù)（*有現(xiàn)場試驗結(jié)果可取2．0，**黏性土中應(yīng)取4．0）

2.1.2 科學(xué)設(shè)計錨固段長度

預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)設(shè)計中，針對錨固段長度設(shè)計也是比較重要的。由于錨固結(jié)構(gòu)存在不同，所以錨固段長度設(shè)計也會有不同之處。如完整巖體或是硬質(zhì)的黏土層，通過低壓力或無壓力灌漿，這時候的漿液會固結(jié)成規(guī)整圓柱體，基本與孔徑大小一致，錨固力靠固結(jié)體和地層黏結(jié)力提供。如果漿液固結(jié)的整個過程沒有出現(xiàn)體積收縮，低壓力的注漿也不改變孔徑，錨固段受力時候應(yīng)力沿著孔壁均勻分布，破壞是漿液固結(jié)壁以及孔徑黏結(jié)力不足所致，或黏結(jié)壁附近土體突發(fā)性剪切破壞[3]。錨固段的長度計算需要按照相應(yīng)的計算公式，如：L=TWSf/πDτs或L=TWSf/απDCu。對于裂隙巖體以及非黏性土采取較低壓力注漿，漿液發(fā)生滲透作用，固結(jié)范圍超過鉆孔孔徑，破壞發(fā)生在鉆孔錨固段地層的周邊部位，這就需要結(jié)合樁設(shè)計方法。錨固段的長度設(shè)計中要按照相應(yīng)的要求，通常對硬巖石中錨固力＜200kN 時，錨固的長度不能＜2m，錨固力＞200kN時候不能＜3m，過小就會影響其可靠性。土中錨固最短不能＜3m，最長不能＞10m，最佳長度在6～7m。

2.1.3 科學(xué)設(shè)計錨固力

預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)設(shè)計點比較多，其中錨固段深度設(shè)計是比較關(guān)鍵的設(shè)計部分，錨固段深度設(shè)計的要求會結(jié)合不同的巖體有著不同的設(shè)計深度。如有的地質(zhì)是均質(zhì)巖體單根錨索，有的是錨索群錨固，也有的是斷裂巖體單根錨索的錨固段深度。如，有地下水，就要考慮浮容重。錨固段深度的設(shè)計需要和具體的地質(zhì)狀況以及錨索的應(yīng)用情況相結(jié)合，按照相應(yīng)計算公式設(shè)計。而對錨固力的設(shè)計中，為有效增強錨固力，施工中常常會選擇專門錨固劑，和水泥砂漿進(jìn)行混合形成注漿材料，保證巖層和錨索間的連接強度。錨固力在實際設(shè)計中，選擇合適的錨固劑尤為重要，如樹脂錨固劑環(huán)境適應(yīng)性強，承載力突出，突出的抗水防滲的效果。鉆孔后把錨固劑注漿材料注入鉆孔中，插入錨索，桿體的長度在滿足施工要求的基礎(chǔ)上增加L 值，有助于達(dá)到良好支護(hù)效果。

2.1.4 科學(xué)設(shè)計錨固段間隔和傾角

預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)設(shè)計中在間距的控制方面要加強重視，預(yù)應(yīng)力錨索密度大提供支撐力就會增加，間距小會造成原本局促的地下施工空間狹窄，會對機械作業(yè)產(chǎn)生不利影響，容易提高施工成本。另外，間距設(shè)計要能和支護(hù)要求相適應(yīng)，結(jié)合壓縮拱理論，壓縮拱內(nèi)徑通過R=r+a/2 表達(dá)，R 為壓縮拱的內(nèi)徑，a 為錨索的橫線間距，r 為洞室的半徑，進(jìn)行對公式轉(zhuǎn)化就能得到錨索間距a=2（R-r）；而在對錨固傾角的設(shè)計環(huán)節(jié)，也要把握設(shè)計的要點，錨索在水平面進(jìn)行投影，和錨桿間夾角就是傾角，傾角在0～15o內(nèi)，錨索傾角增加相鄰錨索間有效壓應(yīng)力所疊加區(qū)域擴(kuò)大，能夠提供更強支撐力。而在15～30o傾角增大的時候，其提供的支撐力效果會降低[4]。

2.2 預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)技術(shù)應(yīng)用實踐

其一，注重錨索成孔實踐。預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)技術(shù)實際應(yīng)用實踐中，錨索成孔是比較重要的環(huán)節(jié)，結(jié)合前期的地質(zhì)勘查的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，圍巖裂縫發(fā)育、破碎嚴(yán)重，需要清理好施工面并進(jìn)行整平處理，然后布設(shè)好鉆孔的平臺。巖石的表面進(jìn)行攤鋪20cm 厚度水泥砂漿，形成堅固地面。結(jié)合相應(yīng)施工圖紙標(biāo)記各孔位點，第一個鉆孔部位進(jìn)行布設(shè)鉆機，校正鉆頭、鉆桿和點位，使之能保持在同一直線，保證鉆頭保持垂直。將鉆機參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，鉆到指定的深度后停止加壓，讓鉆孔在深度繼續(xù)轉(zhuǎn)動3min 后拔出，提高鉆孔質(zhì)量。

其二，錨索制作和安裝。錨索制作中采用φ16mm鋼絞線加工，現(xiàn)場做抗拉強度實驗，保證其強度符合施工要求。錨索施工采用的擴(kuò)張環(huán)及注漿管，也一并與之一起制作完成。之后安裝錨索中，為能縮短施工時間，安裝前要核對成孔效果，保障孔內(nèi)清潔，把準(zhǔn)備好的自適應(yīng)預(yù)應(yīng)力錨索插入其中，達(dá)到鉆孔底部后施工人員使用夾具固定錨索，然后準(zhǔn)備好灌漿操作。

其三，灌漿加固處理。灌漿操作時，把錨固劑的漿液裝入注漿泵當(dāng)中，注漿泵出口端連接細(xì)導(dǎo)管，把導(dǎo)管另一端插入鉆孔內(nèi)，啟動注漿泵，將漿液注入鉆孔中，直到漿液溢出孔口后移動設(shè)備到下一鉆孔中。預(yù)應(yīng)力錨索注漿全部完成后需要靜置一段時間，漿液在完全固結(jié)之后將夾具撤去，這一環(huán)節(jié)要把握注漿操作要點，一次完成，注漿后立即轉(zhuǎn)動錨索使之和漿料充分結(jié)合，有助于提高抗拔性能。

其四，預(yù)應(yīng)力張拉和封錨處理。施工操作中相關(guān)施工人員在預(yù)應(yīng)力張拉環(huán)節(jié)，需要參考鋼絞線相關(guān)性能參數(shù)，尤其極限承載力及屈服強度等參數(shù)，避免張拉力過大造成鋼絞線出現(xiàn)斷裂的問題。此次張拉操作，分成三級張拉，拉力分別設(shè)計值為60%、80%、100%，每個級別進(jìn)行張拉都要安排專人就張拉方法及張拉力度等做好現(xiàn)場監(jiān)控、操作，并要如實記錄，保證張拉的效果。最后封錨操作中，完成三級張拉記錄數(shù)據(jù)滿足支護(hù)要求后才能進(jìn)行封錨處理。要加強重視封錨防護(hù)，對鋼墊板及錨具等加強防護(hù)，使用M30 水泥砂漿作為封錨材料，噴射砂漿封錨后簡單維護(hù)，保障整個工程施工質(zhì)量。

3 結(jié)語

總之，預(yù)應(yīng)力錨索有著不同的類型，如張拉型的錨索、黏結(jié)式錨固形式以及機械式的錨固形式。張拉型錨索是錨索體施加預(yù)應(yīng)力對水泥漿以及砂漿固結(jié)體產(chǎn)生張拉力作用，有助于對圍巖實施主動支護(hù)作用。根據(jù)本工程施工中對預(yù)應(yīng)力錨索施工要求，在具體錨固段的各設(shè)計要點加強控制，以及支護(hù)技術(shù)應(yīng)用加強質(zhì)量管理，能夠有效提升工程施工水平。