细砂层中拉力分散型锚索施工质量控制分析

马志创 杜西岗 尹 磊

1 工程概况

美兰机场隧道位于琼北地区,属波状平原地貌,地势低平开阔,略有起伏。隧道紧邻海口美兰机场,区域地下水位高,涌水量大,工程地质条件较差,隧道全长4600 m,起讫里程DK16+700～DK21+300,其中 DK17+000～DK17+290为试验段,长 290 m。采用明挖顺作法施工,以钻孔灌注桩作为围护结构,支撑系统采用两排拉力分散型锚索和一排钢支撑的形式,基坑安全等级为二级。其中第二排锚索总长25.5 m,所处地层为含水量丰富的细砂层,施工难度较大,因此须对传统的锚索施工工艺加以改进,以满足工程质量要求。

2 拉力分散型锚索与传统拉力型锚索的主要区别

传统的拉力型锚索多属集中型锚索,在其受荷时,不能将荷载均匀地分布于锚固段长度上,会产生严重的应力集中现象,因而当锚固体或锚固体一段强度无法满足要求时,整条锚索将失效。

拉力分散型锚索是由几个拉力型单元杆体组合而成的单孔复合锚固体系,荷载分散作用于锚索总锚固段的不同部位,使粘结应力峰值大大降低。理论上整个锚固长度没有限制,锚索承载力可随锚固长度的增加而提高。拉力分散型锚索各个单元之间相互独立,某一单元锚索破坏不会直接影响其他单元锚索,从而不会因个别单元失效而导致整条锚索失效,减少了锚索对地层的依赖性。因此在地质条件较差的地层采用拉力分散型锚索能更好的发挥锚索的作用,达到安全支护的目的。

3 细砂层拉力分散型锚索施工质量控制

3.1 锚索编制

1)自由段:为保证各单元锚索相互独立,自由段采用涂刷黄油,然后波纹管整体套装保护,铅丝封口的双重方法处理。

2)单元锚索的标识:为消除在相同荷载作用下因自由段长度不等引起的弹性伸长差,应对各个单元锚索施加补偿荷载后,再同时张拉各单元锚索并锁定,施工中采用不同颜色的油漆,防水胶带双重方法进行标识,以保证张拉顺利进行。

3)锚索注浆:分一次注浆和二次充填注浆,注浆管除按锚索设计形式布置外,还必须满足设计注浆压力范围内注浆管完好。一次注浆和补浆时,注浆管出口保持在孔底附近不动,使水泥浆液从低处向高处流动,对钻孔孔壁形成一定的压力,以利于填充套管旋出后形成的空腔,保证注浆饱满度。

4)支撑架和导向头:各单元锚索制作时对称布置,保证锚索张拉时不偏心受力。

3.2 锚索成孔及注浆质量控制

针对美兰机场隧道试验段锚索施工难点(锚索穿越细砂层极易造成扩孔、塌孔和涌砂)采取以下措施,保证成孔和注浆质量:

1)基坑降水:地下水位过高水压过大,极易造成锚索施工中大量涌砂,不但锚索无法施工,还会引起基坑平台、护坡的坍塌,因此必须严格执行基坑降水排水方案,并观测地下水位的变化。

2)采用泥浆护壁:泥浆护壁一方面能改善钻孔周围土体的塑性,提高土体颗粒之间的相互作用力,进而增强自稳能力,从而减小了成孔过程中对周围土体的扰动、破坏;另一方面能够更好的控制成孔直径,从而减少了水泥用量,大大节约了工程成本。

3)采用全程双套管跟进成孔,套管保护二次注浆的施工方法。一次注浆管出浆口插入距孔底30 cm～50 cm,浆液自上而下,将锚索孔内的水和其他杂质排出,二次注浆终压不低于2 MPa,稳压2 min,二次注浆量不小于一次注浆量。细砂层采用双套管跟进成孔、套管保护二次注浆,能大大减少孔体周围土体的流失,保证锚索的施工质量。

双套管跟进成孔及套管注浆工艺流程分别见图1,图2。

3.3 锚索循环加卸载试验

一般在地层条件不详或无锚固经验的地层中进行锚索试验时,为了清楚地研究锚索在这种条件下承载力和位移特征等性能,需要在多个荷载条件下仔细观察锚索的荷载—位移关系,而循环加卸载试验正是研究锚索的荷载—位移关系的重要手段。因此应根据相关规程和设计要求,确定循环加卸荷等级与位移观测间隔时间等来进行循环加卸载试验。

3.4 拉力分散型锚索优化方案

拉力分散型锚索优化方案示意图见图3。

4 结语

在含水量丰富的细砂层中进行拉力分散型锚索施工时,极易发生涌砂、扩孔和塌孔现象,在施工过程中要采用合理的施工工艺,严格控制直接影响锚固体的直径和强度的二次注浆压力和注浆量,在进行锚索循环加卸载试验后,密切关注锚索轴力监测数据,桩间涌砂应及时堵漏,必要时进行补张拉。

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