开挖库边竖井采用喷锚加锚索支护技术的应用

2015-12-17于龙

水利水电工程设计 2015年3期

关键词：竖井钢绞线张拉

于龙

于龙

根据辽宁省重点输水工程中检修竖井的施工实例，介绍在水库边开挖引水竖井过程中所采取的支护措施，并着重论述普通锚喷技术加预应力锚索组合加固技术的应用，对于类似工程的设计与施工将有一定的借鉴意义。

库边引水竖井开挖支护锚喷技术预应力锚索组合加固

辽宁省重点输水工程中新建一座引水竖井，开挖坡度较陡，岩体破碎，直接危及施工安全，因此，开挖时采用何种支护措施是工程成败的关键。该竖井设计开挖顶高程为319.6 m，底高程275 m，最大开挖深度为44.6 m。

1 工程地质条件

该竖井开挖地层岩性上部为第四系坡积土夹块石，厚度2～4 m，下部为含砾岩屑凝灰岩，其中强风化岩厚10～15 m，弱风化岩厚30～40 m，开挖岩性以弱风化—微风化为主。

2 支护方案

根据地勘资料，原竖井开挖支护方案为喷射混凝土100～150 mm，锚杆为Φ22@1 500 mm、L= 2 500 mm和Φ22@1 500 mm、L=3 000 mm，梅花形布置。但是，实际开挖揭露出的岩屑凝灰岩岩体结构面发育，含有风化裂隙或夹泥层，层间结合不良，对坡面稳定性影响较大。边坡支护必须随开挖及时跟进，除采用普通锚杆、挂钢筋网加喷混凝土的支护方式外，局部增加预应力锚索进行加固，以提高边坡岩体的整体性和稳定性。具体为：Φ25@1 500 mm、L=3 000 mm锚杆和Φ32@1 500 mm、L=6 000 mm锚杆梅花形布置；钢筋网为Φ12@200 mm×200 mm；喷射混凝土性能指标为C30W10，厚150 mm；锚索类型为端头锚，间距6 m，级别1 000 kN，每根锚索由7Φ5 mm钢绞线（强度1 860 MPa）组成，内锚段长6.5 m，张拉段长8.5 m，外露长度1.3 m。见图1。

3 支护施工技术

3.1 支护施工工艺

图1 竖井支护布置剖面简图

根据本工程的特点，支护随开挖及时进行，即当每层的开挖清渣结束后，立即按设计进行本层的支护施工。

支护施工工艺见图2。

图2 支护施工工艺

3.2 锚杆安装

为节省安装时间，本工程中锚杆长度为3 m的采用水泥卷锚杆，锚杆长度为6 m的采用普通水泥砂浆锚杆。

锚杆孔采用YT-28手风钻成孔，成孔孔径45～50 mm。当钻机钻至规定深度后，用高压风吹孔，清除孔内岩粉、积水等。杆体尾部的垫板应紧贴岩壁，未接触部位应楔紧或采用异形垫板以保证接触紧密。注浆材料未终凝前不得随意敲击、碰撞锚杆。

3.2.1 水泥卷锚杆安装

水泥卷在安装前应先浸水，浸水时间以水泥卷不冒泡为准。药卷装入锚杆孔采用坚硬、顺直的木棍或相似的物体送至孔底，锚杆则用手风钻带动，边旋转边徐徐推进，最后保证杆体露出岩面的长度不大于喷射混凝土的厚度。

3.2.2 水泥砂浆锚杆安装

水泥砂浆锚杆采用“先注浆后插锚杆”的施工工艺。

首先用HS-150型砂浆泵向孔内注入约孔深2/3的水泥砂浆，注浆管要插至距孔底50～100 mm处，随浆液注入缓慢均匀地拔出。注完浆后立即由人工插入锚杆，孔口砂浆不满部分应进行补灌，并用砂浆将孔口抹平。

3.3 挂钢筋网

钢筋网在岩面初喷混凝土并安装锚杆后进行。

根据现场实际情况，钢筋在加工厂下料制作，现场人工绑扎。钢筋网随受喷面的起伏铺设，在有锚杆的部位用锚杆垫板把钢筋网与锚杆联结在一起，其它部位可利用手风钻打浅孔，用U形卡固定网片。整个钢筋网片应绑扎牢固，在喷射混凝土时钢筋不得晃动。

3.4 喷射混凝土

喷射混凝土采用“湿喷”法，由TK-500湿喷机施喷。每层石方开挖完成后立即进行混凝土初喷，厚度30～50 mm；待钢筋网片绑扎完成验收合格后进行复喷，保证混凝土最终厚度达到150 mm。

混合料利用强制式搅拌机拌和，混凝土罐车运输，湿喷机布置在地面，喷射手在井下作业。混凝土喷射前应用高压风吹扫岩面，并根据施喷面积分成1.5～2.0 m的小段，在每段内由下向上进行混凝土喷射。为保证喷射厚度，在每小段内的岩壁上都用短钢筋埋设厚度标志。混凝土终凝2 h后开始养护，养护时间不少于7 d。

3.5 预应力锚索

根据现场实际开挖情况，在第2级与第3级马道边坡上（岩坎侧边坡除外）共设置23根预应力锚索，倾角向下15°，间距6 m；在隧洞口上方垂直边坡上矩形布置4根预应力锚索，倾角向上15°。

3.5.1 预应力锚索施工工艺

预应力锚索施工工艺见图3。

图3 预应力锚索施工工艺

3.5.2 锚孔测量定位

将锚孔位置按照设计要求准确测放到坡面上，并用油漆标注。锚孔位置偏差最大不得超过100 mm。

3.5.3 钻孔

钻孔选用潜孔钻机。根据孔位准确安装、固定钻机，开孔时应控制钻具的倾角和方位角，钻进中及时检测孔斜误差并及时纠偏，钻进达到设计深度后，应稳钻1～2 min，确保锚索钻孔孔径、孔深等满足设计及规范要求。钻孔完成后，使用高压风将孔内岩粉及水体全部清除出孔外。若遇锚孔中有承压水流出，应采取边钻孔边固结灌浆的措施。

3.5.4 锚索制作

为便于安装、减少运输环节，锚索制作采用现场编索方式。钢绞线必须采用切割机下料，下料长度符合设计要求，各根钢绞线的长度误差不大于±10 mm。钢绞线要去皮、去油、去污，编索时由人工抬运，不得在地上拖运。架线环每米设置1个，导向帽与钢绞线间以点焊方式连结，灌浆管为Φ25 mm塑料管，按设计编入索体。

制作完成的锚索顺直地存放到专用台架上，台架距地面大于20 cm。

3.5.5 锚索安装

索体采用人工下锚，缓慢、均匀地从孔口送入，避免索体扭曲，送入过程中不得转动或者反复拖拽索体，并随时检查架线环及止浆环有效性，发现有移动、损坏、脱落等问题要及时处理，并确保将锚索体推送至预定深度，注、回浆管畅通。

锚索安装完成后对外露钢绞线进行临时防护，对于上倾锚索还应采取固定措施，防止索体滑落。

3.5.6 灌浆

灌浆分二期进行：一期为内锚段灌浆，二期为张拉完成后对张拉段灌浆。

灌浆采用常规方法并严格按照设计参数进行，灌浆压力通过试验确定，浆液采用高速搅拌机制浆，选用HS-150型注浆泵灌注。注浆至回浆管冒浆时，停5 min后再进行补充注浆，直到回浆管溢出与搅拌浓度相同的浆液，然后封闭回浆管。

3.5.7 张拉及锚定

当垫墩混凝土达到设计强度的80%后才可进行张拉。

锚索张拉需采用经率定的专用设备，按照设计要求和施工规范规定，通过现场张拉试验确定张拉及锚定工艺。张拉方法采用“双控法”，以张拉力控制为主，用伸长值校核。预张拉前先进行单根钢绞线预紧，使锚索各股钢绞线应力均匀后再整体张拉。张拉采用5级张拉，每次加载与卸载速率应缓慢平缓，并作好加荷和观测变形记录。锚索张拉至设计应力待压力表稳定后加以锁定，将钢绞线从锚具量起留出长5 cm，其余部分截去，然后用水泥净浆注满锚垫板及锚头各部分空隙，最后对锚头采用C30细骨料混凝土进行封锚。

4 施工体会

（1）岩屑凝灰岩具有易风化、遇水易软化、完整性差的特点，为保证施工安全，支护必须及时跟进。

（2）开挖过程中对较大渗水、软弱夹层、剪切破碎带等地质缺陷部位加强监测，一旦出现裂缝或滑动迹象，立即停止施工，会同设计、地质人员进行检查处理。

（3）沿边坡顶设置1道截水沟，做好施工过程中的排水、疏水工作。

5 结语

辽宁省重点输水工程引水竖井开挖具有边坡高、坡度陡、地质条件差、距离库区近湖水影响大等特点，常规的锚喷挂网支护措施难以保证开挖顺利进行，但经过锚喷支护与预应力锚索组合的加固措施，则增强了边坡的整体稳定性，有效地保证了工程顺利、安全地实施。跟踪观测结果表明用加固后的边坡基本稳定，可见该支护方案是可行的，在类似工程中是值得推广、应用。