【摘要】文章首先對(duì)系統(tǒng)錨桿的作用進(jìn)行了闡述,然后引出對(duì)問題錨桿處理的分析,進(jìn)而探討了系統(tǒng)錨桿安全性設(shè)計(jì)的方法。
一、前言
隨著近年來大斷面隧道施工工程的不斷完善,錨桿的作用越來越被重視,需要在施工中加強(qiáng)系統(tǒng)錨桿對(duì)大斷面隧道施工安全性影響的分析,不斷提高系統(tǒng)錨桿在工程中的應(yīng)用。
二、系統(tǒng)錨桿的作用
1 在隧道支護(hù)體系設(shè)計(jì)中的作用
隧道支護(hù)采用柔性支護(hù)體系結(jié)構(gòu),即以錨桿、噴射混凝土、鋼拱架、格柵鋼架等為初期支護(hù),二次襯砌采用添加抗裂防水膨脹劑的模筑混凝土或鋼筋混凝土。其中,錨桿支護(hù)類型主要根據(jù)圍巖類別和洞室埋深條件擬定。
2 錨桿組合拱作用機(jī)理的運(yùn)用
錨桿組合拱作用機(jī)理主要是依靠系統(tǒng)錨桿對(duì)圍巖的整體加固作用,使圍巖在一定深度范圍內(nèi)形成拱形承載結(jié)構(gòu),充分發(fā)揮圍巖巖體抗壓強(qiáng)度高的特點(diǎn),發(fā)揮圍巖的自承能力。作為永久支護(hù)的全長粘結(jié)型錨桿,良好的全長粘結(jié)效果,不僅可以保證錨桿砂漿與孔壁的摩擦力,使錨桿與圍巖共同工作,同時(shí)還可以保證錨桿不受腐蝕,以利其長期的作用效果,要做到這一點(diǎn),就必須確保錨桿全長注漿飽滿,使其與巖體連成整體。錨桿注漿因錨桿形式不同而有不同的注漿方式。中空注漿錨桿可以通過錨桿桿體直接進(jìn)行注漿。砂漿錨桿的注漿方式有兩種:一種是將注漿管與錨桿桿體一同放入鉆孔。對(duì)于拱頂部位的錨桿宜采用這種方式,便于施工過程控制,但應(yīng)注意錨桿鉆孔孔徑的大小能夠滿足注漿管徑和桿體直徑的需要;另一種是先將注漿管放入鉆孔內(nèi),緩慢注漿,待注漿結(jié)束后,再迅速將桿體插入孔內(nèi)。這種方式宜用于側(cè)壁錨桿安裝。
3 錨桿懸吊作用的運(yùn)用
局部錨桿支護(hù)的鉆孔布置應(yīng)盡量垂直于巖面,如受施工條件的限制,也應(yīng)保證成大角度布置。若錨桿鉆孔施工危險(xiǎn)性較小,可在噴混凝土前及時(shí)進(jìn)行錨桿支護(hù)作業(yè)。鉆孔后應(yīng)進(jìn)行吹孔,以清除孔內(nèi)泥渣,可采用鉆桿注水方式清洗鉆孔,直至孔內(nèi)流出清水為止。清孔完畢后,將水泥卷放入孔內(nèi),同時(shí)向孔內(nèi)注水,邊注水邊攪拌。當(dāng)水泥卷放入量不少于錨桿孔深的一半時(shí),即可將桿體插入孔內(nèi),如插入困難可用錘擊。桿體插入孔內(nèi)的長度不應(yīng)短于錨桿全長的95%。在孔口溢出水泥漿時(shí),用干水泥進(jìn)行封孔。在施工過程中,當(dāng)圍巖破碎,錨桿孔成孔困難時(shí),一般可采用自進(jìn)式錨桿,即用鉆桿代替錨桿,并利用鉆桿中孔完成錨桿孔內(nèi)注漿,但注漿時(shí)間和注漿量較難控制,一般視圍巖破碎情況及施工組織安排現(xiàn)場確定。
三、問題錨桿的處理
針對(duì)如何處理驗(yàn)收不合格的錨桿,我國制定并出臺(tái)了《巖土錨桿(索)技術(shù)規(guī)程》(CECS22:2005),該規(guī)程對(duì)問題錨桿如何處理的規(guī)定預(yù)示著我國巖土錨桿標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)的進(jìn)步。研究證實(shí),巖土錨固工程安全鏈的完整性要求對(duì)錨桿設(shè)計(jì)的安全性、錨桿設(shè)計(jì)試驗(yàn)與驗(yàn)收、問題錨桿的處理一視同仁,即三者是不可分割的整體,缺一不可?!稁r土錨桿(索)技術(shù)規(guī)程》(CECS22:2005)明確規(guī)定:“若錨桿設(shè)計(jì)驗(yàn)收試驗(yàn)不合格,則必須增加錨桿試件的數(shù)量,其中錨桿試件的增加數(shù)量要達(dá)到問題錨桿數(shù)量的3倍。此外應(yīng)按照最大實(shí)際試驗(yàn)荷載的1/2對(duì)問題錨桿進(jìn)行鎖定,最后再根據(jù)問題錨桿與錨桿總量的比值來確定錨固工程錨桿的設(shè)計(jì)總抗力與實(shí)際總抗力之間的差值,進(jìn)而對(duì)錨桿進(jìn)行增補(bǔ)。”
若錨桿設(shè)計(jì)驗(yàn)收試驗(yàn)未達(dá)到臨時(shí)錨桿拉力設(shè)計(jì)值的1.2倍或永久錨桿的1.5倍是由錨桿驗(yàn)收試驗(yàn)的局部破壞所致,亦或錨桿設(shè)計(jì)驗(yàn)收試驗(yàn)?zāi)軌驖M足國家驗(yàn)收試驗(yàn)規(guī)程對(duì)荷載的要求,但受最大試驗(yàn)荷載影響的蠕變?cè)囼?yàn)不合格,此時(shí)皆應(yīng)被認(rèn)為該錨桿設(shè)計(jì)不合格。
就不合格的錨桿而言,如果對(duì)錨桿預(yù)留有二次灌漿系統(tǒng)(補(bǔ)強(qiáng)系統(tǒng)),那么必須對(duì)二次灌漿完畢的錨桿進(jìn)行補(bǔ)充驗(yàn)收試驗(yàn),同時(shí)根據(jù)原驗(yàn)收試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)補(bǔ)充驗(yàn)收試驗(yàn)進(jìn)行評(píng)定。如果錨桿結(jié)構(gòu)未預(yù)留有二次灌漿系統(tǒng),那么需根據(jù)最大實(shí)際試驗(yàn)荷載值與錨桿抗拔安全系數(shù)的比值來對(duì)錨桿結(jié)構(gòu)進(jìn)行鎖定,同時(shí)可以把此荷載鎖定值歸納到原有錨桿設(shè)計(jì)的總抗力內(nèi)。
《巖土錨桿(索)技術(shù)規(guī)程》(CECS22:2005)規(guī)定:“根據(jù)不合格錨桿與錨固工程錨桿總量的百分比來計(jì)算出錨固工程錨桿設(shè)計(jì)總抗力與實(shí)際總抗力之間的差值,同時(shí)根據(jù)此差值來對(duì)錨桿數(shù)量進(jìn)行增補(bǔ)。”針對(duì)此規(guī)定,大量研究證實(shí),其要求對(duì)錨桿進(jìn)行補(bǔ)償是非常必要的,同時(shí)也具有一定的合理性。此處提及的增補(bǔ)工序所產(chǎn)生的額外工程造價(jià)應(yīng)由責(zé)任方全權(quán)負(fù)責(zé)。此項(xiàng)規(guī)定的意義為:針對(duì)不遵守國家規(guī)范而引起的錨桿質(zhì)量缺陷,責(zé)任人必須承擔(dān)經(jīng)濟(jì)責(zé)任,由此起到警示作用,同時(shí)也對(duì)工程后續(xù)施工安全起到防范作用。
四、系統(tǒng)錨桿安全性設(shè)計(jì)的方法
錨桿設(shè)計(jì)的安全系數(shù)通常包括錨桿桿體或錨桿筋體設(shè)計(jì)的抗拉安全系數(shù)、錨桿固體設(shè)計(jì)的抗拔安全系數(shù),其中錨桿桿體或錨桿筋體設(shè)計(jì)的抗拉安全系數(shù)=錨桿桿體極限拉力:錨桿拉力設(shè)計(jì)值;錨桿固體設(shè)計(jì)的抗拔安全系數(shù)=錨桿極限抗拔力:錨桿拉力設(shè)計(jì)值。巖土錨桿設(shè)計(jì)的安全系數(shù)通常需對(duì)錨桿結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的風(fēng)險(xiǎn)程度與不確定性因素進(jìn)行綜合考慮,其中包括錨固巖土體或地層的性態(tài)、桿體材料與灌漿的不穩(wěn)定性、筋體中所有鋼筋或鋼絞線受力的不均勻性、錨桿群中部分錨桿承載力失效或下降對(duì)周邊錨桿工作荷載的影響程度、周邊環(huán)境或地下水的變化、錨桿抵御輕微腐蝕的能力等。
1 錨桿布置部位
通過對(duì)不同工況下的圍巖位移、塑性區(qū)范圍、錨桿軸力及初支最大拉應(yīng)力等的分析,可確定錨桿的設(shè)置原則。拱部錨桿及墻腳少數(shù)錨桿軸力比較小。綜上所述,拱部錨桿對(duì)控制圍巖位移的影響較小且軸力較小,但能有效抑止拱頂受拉破壞區(qū)的形成;邊墻錨桿可以有效控制圍巖位移的發(fā)展且軸力較大,更能有效抑止拱部和邊墻塑性區(qū)連通;墻腳少數(shù)錨桿軸力很小。因此,建議在拱部和邊墻都設(shè)置錨桿,但拱部錨桿較邊墻錨桿設(shè)置稀疏,且隧道兩邊墻腳部位可以各減去一根錨桿。
2 錨桿環(huán)向間距
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隧道上方地表沉降是由隧道施工引起的周邊環(huán)境問題,關(guān)系到上方道路通行及附近建筑物的安全,一直是城區(qū)隧道施工的監(jiān)測(cè)內(nèi)容。
?。ǘ?、拱頂下沉
隧道拱頂下沉反映了拱部圍巖的穩(wěn)定性及支護(hù)結(jié)構(gòu)的安全性,一直是隧道施工時(shí)的洞內(nèi)位移監(jiān)測(cè)的主要內(nèi)容。
?。ㄈ?、拱腳水平收斂位移
拱腳水平收斂位移反映了圍巖的穩(wěn)定性及支護(hù)結(jié)構(gòu)的安全性,是隧道施工時(shí)洞內(nèi)位移監(jiān)測(cè)的主要內(nèi)容。
3 錨桿設(shè)置長度
錨桿長度的變化對(duì)位移變化的影響較小,3.5m和4.0m工況下,位移幾乎沒有變化。4.5m工況引起位移減小的趨勢(shì)較大,但相對(duì)3.5m長錨桿而言,從經(jīng)濟(jì)的角度考慮并不可取。從周邊位移控制及結(jié)合經(jīng)濟(jì)因素考慮,取3.5m長錨桿是合適。
錨桿長度的變化引起的錨桿軸力最大值的波動(dòng)不到1kN,但是從圖中變化可以發(fā)現(xiàn),3.5m錨桿軸力最大。說明采用3.5m長錨桿,更能發(fā)揮效果。錨桿長度的變化對(duì)初期支護(hù)最大拉應(yīng)力的影響約為0.06MPa,比較3.0m工況和4.0m工況可知,3.5m工況初期支護(hù)最大拉應(yīng)力是最小的。
綜上所述,不同錨桿長度在2.5~4.5m范圍內(nèi)引起的位移、塑性區(qū)范圍、錨桿軸力和初支應(yīng)力變化很小。本著優(yōu)中選優(yōu)的原則,對(duì)圍巖位移控制效果,錨桿發(fā)揮作用效果,對(duì)初期支護(hù)的影響及經(jīng)濟(jì)因素等進(jìn)行綜合比較,建議采用3.5m長錨桿進(jìn)行支護(hù)。
五、結(jié)束語
通過分析系統(tǒng)錨桿對(duì)大斷面隧道施工安全性的影響,可以清楚的看出系統(tǒng)錨桿的重要性,所以一定要提高系統(tǒng)錨桿安全性的設(shè)計(jì)水平。
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