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摘要介绍的预应力锚索的结构,作用原理,施工工艺,及其特点,最后探讨其在隧道施工中的具体应用范围。通过预应力锚索的应用可以有效对松散破碎的围岩,具有大应力,大变形的围岩体实施加固、支护,保证隧道挖掘工程的顺利进行。
关键词预应力锚索;作用机理;施工工艺;特点;应用范围
中图分类号U45 文献标识码A文章编号1673-9671-(2010)051-0128-01
1预应力锚索结构
预应力锚索能快速成孔施工,快速承载。锚头为标准锚头,置于锚索孔孔底,其作用是为整个锚索提供孔底的点锚固力。注浆管为内径比锚索孔小的胶管,长度与钢绞线相同,绑扎在钢绞线上,距离锚固头15cm左右处开一个出浆口。套管也为内径比锚索孔小的胶管,在自由段安放,将钢绞线包裹,并在端头用胶布将关口与钢绞线之间的缝隙封闭,使注浆时浆液与钢绞线隔离。
2预应力锚索作用机理
预应力锚索是一种点锚固和径向锚固相结合的混合式新型锚索,它分为内锚固段、自由段和外锚固段。使用时,索体被强制性压人的浆体紧固,外锚固段注浆体全长与岩孔壁接触,通过摩擦力而产生有效锚固作用,与此同时,锚索头部的点锚亦被浆液压人孔底,从而起到悬吊锚固作用。又由于该锚索还有一定长度的自由段,且无侧压限制,因而可随岩体变形而自由伸缩,因而起到了既能适合于大变形,又能有效锚固的作用,可确保锚索锚固的有效性。
3预应力锚索安装及施工过程
3.1预应力锚索施工工艺
施工工艺主要包括造孔、编束、锚索安装、注浆加固、张拉、锚头固结和防护等。
1)造孔:按设计要求测量放线定孔位后,即可进行锚索的钻孔。因钻孔的目的是安装锚索,因而要求成孔状况良好。如孔口破碎或坍孔,则要设法处理。2)编束:该工序可与造孔同时或提前进行。编束前先对钢绞线外观进行检查,检查合格后的钢绞线才能使用。若局部有锈,应进行除锈,若锈蚀严重的应剔除。编束时应严格按照设计图纸对中支架、固线塞、限浆环等,保证锚索“平、直、顺”。3)锚索安装:锚索孔钻成后,将相应的锚索人工至孔口穿索。主要质量问题是应保持锚索在锚孔中的平直、均匀,特别是在自由段和固结段之间不应有严重的弯曲。4)注浆加固:锚索注浆有3个目的:形成与岩土层的固结段,提供基本锚固力和预应力的作用基点;提高锚固承载作用和加固效果;防腐下倾式钻孔注浆,要和安设锚索的同时下入注浆管。上倾式钻孔注浆要安设排气管。注浆充满钻孔即可结束注浆工作。5)张拉:预应力张拉工具主要有千斤顶、油泵以及油压表、高压油管等。低预应力锚杆也可采用扭力扳手。张拉施工应尽量采用单根对称,分级逐渐施加,慢加载的方法。最终的张拉值应较设计值更大一下,成为超张拉,以解决预应力损失的问题。6)锚头固结:预应力张拉达到设计值后,作好记号。观察三天,没有异常情况即可用手提砂轮机切除多余钢绞线,然后支模,用水泥砂浆封锚。7)防护:包括索体材料的防护,张拉前锚束在钻孔内的临时性防护和张拉后全孔的永久性防护。索体材料的防护和临时性防护包括在索体上加金属镀层,涂有机质涂料,改变周围介质性能等,而永久性防护则以水泥封灌为主。
3.2预应力锚索施工注意事项
1)钻孔应严格按标出的孔位钻孔,开孔误差小于10cm,孔底误差小于15cm。锚管(索)孔位可在喷射混凝土前预埋管,钻孔时从预埋管中钻进,可避免打到钢筋,有利于钻孔定位和成孔;2)成孔后,应用风钻在孔内插拔1到2次进行顺孔,然后用高压风插入孔内清孔,以利于安装锚管(索);3)锚管孔应钻至设计深度,并适当超过锚管长度,才能保证锚管的外露长度达到加垫板和张拉的要求;4)锚管(索)钻孔应尽量垂直喷混凝土面,以达到最佳加固效果;5)安装注浆管、锚管时,在管身靠近孔口段缠绕麻丝,以便封浆;6)锚索所选用浆材应满足长期强度需要,尽可能选用长期强高的浆材;7)注浆应保证注浆压力,使孔内浆液饱满;8)施加预应力应在浆液达到80%强度以上时进行;9)一个循环锚索施作完毕后,按设计要求做拉拔试验,如不能满足要求,应在相应位置补打锚索,直到检验合格。
4预应力锚索的特点
1)预应力锚索是以高强钢丝束组成的杆体,能在比较小的洞室中安装,其抗拉强度远高于一般的螺纹锚杆,而且当拉力达到一定的数值后,杆体有良好的弹性变形,能很好地适应持续变形,并逐渐释放应力地特性,从而能有效地控制松软围岩的大变形,满足施工需要;2)锚索自张拉预应力起,随着围岩的变形,锚索轴力逐渐增大。随着围岩变形的收敛,轴力增加幅度慢慢减小,之后基本稳定。3)对于变形大的围岩,小级别预应力的柔性锚杆锁定值不宜较大,否则,较大的杆体应力将会达到或超过其允许破断荷载,从而使柔性锚杆被拉断。
5预应力锚索应用范围的探讨
1)应用于隧道支护结构中。在高地应力松软破碎的围岩地段,易产生大变形,取代在隧道上半断面所架设的横向钢管支撑。这种预应力锚索即可实现点锚,又具有有效摩擦锚固;安装快捷。索体在一定范围内自由伸缩,能满足大变形要求。2)在通过顺层滑坡地质的隧道工程中。顺层是岩体层理方向与线路方向平行的一组结构面,且岩层层面较光滑,层间结合力差,或受节理相交的影响,岩体相对破碎,故一旦坡角遭到破坏,岩体会顺层塌滑的现象,对隧道的结构造成破坏,影响隧道的使用。可以对坡面进行加固处理,根据滑坡体厚度、岩体情况采用挂网喷锚、导管注浆、预应力锚索一钢筋砼格构梁等方法。3)在煤矿巷修施工中的应用。随着矿井老化和开采水平的延深,造成矿井的维修工作更加繁重。巷修工作在矿井生产过程中及其重要,一般巷修支护方式不能达到设计要求,从而造成巷道的重复修复,增加了修复工作量和巷修成本,给安全生产带来很大的影响。预应力锚索是主动支护方式,与传统的被动支护相比,更能有效地克服较大构造应力及围岩压力,保持围岩的长期稳定。4)在隧道出口仰坡加固中的应用。通过类似后张法的原理使仰坡稳定。锚索通过设置于完整或稳定的地层中的锚固段提供锚拉力,通过自由段实现预加应力,在坡丽设置顺坡的钢筋混凝土框架作为抑制体,通过锚夹具对锚索施加应力后锁定在框架上,从而将仰坡表层不稳定层牢牢固定在其下稳定层上,增加仰坡稳定能力。
参考文献
[1]冉平,刘辉.隧道通过顺层滑坡地段的治理措施探讨.2007.
[2]孙华."锚注+锚索"支护工艺在巷修工程中的应用.2009,12.
[3]靳昭然.预应力锚索在隧道仰坡加固中的应用及监测.2008,5.
[4]李振超.大坪山隧道预应力锚索加固高边坡施工实例.2005.
[5]韩立军,张茂林,贺永年,林登阁等.岩土加固技术.中国矿业大学出版社,2005,9.
作者简介
李灿辉,江苏徐州人,中国矿业大学力学与建筑工程学院本科生。
关键词预应力锚索;作用机理;施工工艺;特点;应用范围
中图分类号U45 文献标识码A文章编号1673-9671-(2010)051-0128-01
1预应力锚索结构
预应力锚索能快速成孔施工,快速承载。锚头为标准锚头,置于锚索孔孔底,其作用是为整个锚索提供孔底的点锚固力。注浆管为内径比锚索孔小的胶管,长度与钢绞线相同,绑扎在钢绞线上,距离锚固头15cm左右处开一个出浆口。套管也为内径比锚索孔小的胶管,在自由段安放,将钢绞线包裹,并在端头用胶布将关口与钢绞线之间的缝隙封闭,使注浆时浆液与钢绞线隔离。
2预应力锚索作用机理
预应力锚索是一种点锚固和径向锚固相结合的混合式新型锚索,它分为内锚固段、自由段和外锚固段。使用时,索体被强制性压人的浆体紧固,外锚固段注浆体全长与岩孔壁接触,通过摩擦力而产生有效锚固作用,与此同时,锚索头部的点锚亦被浆液压人孔底,从而起到悬吊锚固作用。又由于该锚索还有一定长度的自由段,且无侧压限制,因而可随岩体变形而自由伸缩,因而起到了既能适合于大变形,又能有效锚固的作用,可确保锚索锚固的有效性。
3预应力锚索安装及施工过程
3.1预应力锚索施工工艺
施工工艺主要包括造孔、编束、锚索安装、注浆加固、张拉、锚头固结和防护等。
1)造孔:按设计要求测量放线定孔位后,即可进行锚索的钻孔。因钻孔的目的是安装锚索,因而要求成孔状况良好。如孔口破碎或坍孔,则要设法处理。2)编束:该工序可与造孔同时或提前进行。编束前先对钢绞线外观进行检查,检查合格后的钢绞线才能使用。若局部有锈,应进行除锈,若锈蚀严重的应剔除。编束时应严格按照设计图纸对中支架、固线塞、限浆环等,保证锚索“平、直、顺”。3)锚索安装:锚索孔钻成后,将相应的锚索人工至孔口穿索。主要质量问题是应保持锚索在锚孔中的平直、均匀,特别是在自由段和固结段之间不应有严重的弯曲。4)注浆加固:锚索注浆有3个目的:形成与岩土层的固结段,提供基本锚固力和预应力的作用基点;提高锚固承载作用和加固效果;防腐下倾式钻孔注浆,要和安设锚索的同时下入注浆管。上倾式钻孔注浆要安设排气管。注浆充满钻孔即可结束注浆工作。5)张拉:预应力张拉工具主要有千斤顶、油泵以及油压表、高压油管等。低预应力锚杆也可采用扭力扳手。张拉施工应尽量采用单根对称,分级逐渐施加,慢加载的方法。最终的张拉值应较设计值更大一下,成为超张拉,以解决预应力损失的问题。6)锚头固结:预应力张拉达到设计值后,作好记号。观察三天,没有异常情况即可用手提砂轮机切除多余钢绞线,然后支模,用水泥砂浆封锚。7)防护:包括索体材料的防护,张拉前锚束在钻孔内的临时性防护和张拉后全孔的永久性防护。索体材料的防护和临时性防护包括在索体上加金属镀层,涂有机质涂料,改变周围介质性能等,而永久性防护则以水泥封灌为主。
3.2预应力锚索施工注意事项
1)钻孔应严格按标出的孔位钻孔,开孔误差小于10cm,孔底误差小于15cm。锚管(索)孔位可在喷射混凝土前预埋管,钻孔时从预埋管中钻进,可避免打到钢筋,有利于钻孔定位和成孔;2)成孔后,应用风钻在孔内插拔1到2次进行顺孔,然后用高压风插入孔内清孔,以利于安装锚管(索);3)锚管孔应钻至设计深度,并适当超过锚管长度,才能保证锚管的外露长度达到加垫板和张拉的要求;4)锚管(索)钻孔应尽量垂直喷混凝土面,以达到最佳加固效果;5)安装注浆管、锚管时,在管身靠近孔口段缠绕麻丝,以便封浆;6)锚索所选用浆材应满足长期强度需要,尽可能选用长期强高的浆材;7)注浆应保证注浆压力,使孔内浆液饱满;8)施加预应力应在浆液达到80%强度以上时进行;9)一个循环锚索施作完毕后,按设计要求做拉拔试验,如不能满足要求,应在相应位置补打锚索,直到检验合格。
4预应力锚索的特点
1)预应力锚索是以高强钢丝束组成的杆体,能在比较小的洞室中安装,其抗拉强度远高于一般的螺纹锚杆,而且当拉力达到一定的数值后,杆体有良好的弹性变形,能很好地适应持续变形,并逐渐释放应力地特性,从而能有效地控制松软围岩的大变形,满足施工需要;2)锚索自张拉预应力起,随着围岩的变形,锚索轴力逐渐增大。随着围岩变形的收敛,轴力增加幅度慢慢减小,之后基本稳定。3)对于变形大的围岩,小级别预应力的柔性锚杆锁定值不宜较大,否则,较大的杆体应力将会达到或超过其允许破断荷载,从而使柔性锚杆被拉断。
5预应力锚索应用范围的探讨
1)应用于隧道支护结构中。在高地应力松软破碎的围岩地段,易产生大变形,取代在隧道上半断面所架设的横向钢管支撑。这种预应力锚索即可实现点锚,又具有有效摩擦锚固;安装快捷。索体在一定范围内自由伸缩,能满足大变形要求。2)在通过顺层滑坡地质的隧道工程中。顺层是岩体层理方向与线路方向平行的一组结构面,且岩层层面较光滑,层间结合力差,或受节理相交的影响,岩体相对破碎,故一旦坡角遭到破坏,岩体会顺层塌滑的现象,对隧道的结构造成破坏,影响隧道的使用。可以对坡面进行加固处理,根据滑坡体厚度、岩体情况采用挂网喷锚、导管注浆、预应力锚索一钢筋砼格构梁等方法。3)在煤矿巷修施工中的应用。随着矿井老化和开采水平的延深,造成矿井的维修工作更加繁重。巷修工作在矿井生产过程中及其重要,一般巷修支护方式不能达到设计要求,从而造成巷道的重复修复,增加了修复工作量和巷修成本,给安全生产带来很大的影响。预应力锚索是主动支护方式,与传统的被动支护相比,更能有效地克服较大构造应力及围岩压力,保持围岩的长期稳定。4)在隧道出口仰坡加固中的应用。通过类似后张法的原理使仰坡稳定。锚索通过设置于完整或稳定的地层中的锚固段提供锚拉力,通过自由段实现预加应力,在坡丽设置顺坡的钢筋混凝土框架作为抑制体,通过锚夹具对锚索施加应力后锁定在框架上,从而将仰坡表层不稳定层牢牢固定在其下稳定层上,增加仰坡稳定能力。
参考文献
[1]冉平,刘辉.隧道通过顺层滑坡地段的治理措施探讨.2007.
[2]孙华."锚注+锚索"支护工艺在巷修工程中的应用.2009,12.
[3]靳昭然.预应力锚索在隧道仰坡加固中的应用及监测.2008,5.
[4]李振超.大坪山隧道预应力锚索加固高边坡施工实例.2005.
[5]韩立军,张茂林,贺永年,林登阁等.岩土加固技术.中国矿业大学出版社,2005,9.
作者简介
李灿辉,江苏徐州人,中国矿业大学力学与建筑工程学院本科生。