儲煤槽倉倉壁預(yù)應(yīng)力錨索施工技術(shù)

儲煤槽倉倉壁預(yù)應(yīng)力錨索施工技術(shù)1.前言利用現(xiàn)有地形采用高強(qiáng)鋼絞線預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)邊坡，直接錨噴面層混凝土作為儲煤槽倉倉壁結(jié)構(gòu)層，是近年來西北地區(qū)主要煤炭基地大型地下儲煤槽倉倉壁常用的結(jié)構(gòu)形式。西北地區(qū)大部為堆積黃土地區(qū)，土質(zhì)疏松，并具濕陷性，槽倉地下倉壁支護(hù)的安全性，決定了工程施工的成敗，為解決此技術(shù)難題，建筑安裝工程集團(tuán)有限公司成立了課題組，開展超長預(yù)應(yīng)力錨索施工支護(hù)技術(shù)研究，總結(jié)出儲煤槽倉倉壁預(yù)應(yīng)力錨索施工技術(shù)。其關(guān)鍵技術(shù)為無水干鉆成孔，二次劈裂注漿技術(shù)，增大錨固體直徑使錨索與土體達(dá)到預(yù)期的錨固力。該技術(shù)先進(jìn)合理、實用性強(qiáng)，便于操作，安全可靠。2.技術(shù)特點2.1采用無水成孔、二次劈裂注漿技術(shù)，使錨索與土體達(dá)到預(yù)期的錨固力，確?；影踩?。2.2利用土層錨索進(jìn)行邊坡支護(hù)，錨索與土體結(jié)合在一起，使得巖土體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，通過高強(qiáng)鋼絞線的張拉施加預(yù)應(yīng)力，可以有效的控制邊坡的變形量。2.3噴錨鋼筋混凝土面層主動支護(hù)土體，并與土體共同工作，隨挖隨支，安全經(jīng)濟(jì)。2.4施工所需鉆孔孔徑小，不需大型鉆孔設(shè)備，機(jī)械化成孔簡便快捷，適用性強(qiáng)。3.適用范圍本技術(shù)適用于土質(zhì)疏松地區(qū)大型地下或半地下儲煤槽倉倉壁施工和超大、超深基坑及高邊坡支護(hù)工程施工。4.工藝原理超長錨索支護(hù)的施工原理是根據(jù)設(shè)計邊坡的傾角、上下兩層錨索的豎向間距分層開挖土方，然后鉆孔穿筋注漿，錨索的一端與支檔結(jié)構(gòu)（腰梁）連接，另一端錨固在巖土體層內(nèi)，待錨索混凝土面層強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計要求后，對其施加預(yù)應(yīng)力，以錨固段的摩擦力形成抗拔力，承受巖土壓力、水壓力、抗浮、抗傾覆等所產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)拉力，用以維護(hù)巖土體的穩(wěn)定。分層分段逐層向下施工，直至按設(shè)計全部完成，錨索面層做為邊坡?lián)跬两Y(jié)構(gòu)。在半地下槽倉工程中錨桿面層可以直接形成倉壁的結(jié)構(gòu)層，最后在錨索面層上粘貼耐磨料，形成整個倉壁。預(yù)應(yīng)力錨索結(jié)構(gòu)示意見圖4-1。1-混凝土腰梁；2-倉壁面層；3-錨具；4-鋼墊片；5-PVC套管；6-鋼絞線；7-定位支架；8-注漿體；9-鉆孔；Lf-自由段；La-錨固段圖4-1邊坡錨索支護(hù)示意圖5.施工工藝流程及操作要點5.1施工工藝流程施工工藝流程見圖5.1-1。施工準(zhǔn)備施工準(zhǔn)備分段開挖工作面、人工修坡鉆孔錨索加工、制作錨索安裝一次注漿錨索面層施工二次注漿逐層施工錨索預(yù)應(yīng)力張拉與鎖定封錨預(yù)應(yīng)力錨索施工完畢圖5.1-1工藝流程圖5.2操作要點5.2.1施工準(zhǔn)備1、施工前，根據(jù)圖紙、地質(zhì)報告及技術(shù)規(guī)范編制專項施工方案，并進(jìn)行技術(shù)交底。2、根據(jù)預(yù)應(yīng)力錨索設(shè)計要求、土層條件和環(huán)境條件，合理選擇材料、設(shè)備、器具，布置水、電設(shè)施。3、測量定位，設(shè)置水準(zhǔn)點、變形觀測點。5.2.2鉆孔1、鉆孔前先依據(jù)倉壁設(shè)計傾角，進(jìn)行粗略修坡，待一次注漿完畢后，再根據(jù)腰梁梁座型式修整到位。2、錨索成孔順序，由于鉆孔較深，一般利用中空螺旋鉆桿壓風(fēng)鉆機(jī)成孔，采用隔一鉆一的鉆孔方式，一次注漿完畢后，方可開鉆相鄰錨孔，避免孔距太近，防止發(fā)生串孔現(xiàn)象。3、成孔，開孔前根據(jù)鉆桿角度調(diào)整鉆機(jī)，當(dāng)鉆桿鉆進(jìn)１～２m后，使用專用扳手將鉆進(jìn)土層中的鉆桿尾部固定，反轉(zhuǎn)將外面的鉆桿松下，鉆機(jī)動力器退后１～２m，取新鉆桿，兩頭分別接在已鉆進(jìn)土層的鉆桿尾部和鉆機(jī)動力器動力頭上，動力頭正轉(zhuǎn)使接上的鉆桿擰緊后卸掉扳手，繼續(xù)鉆進(jìn)，重復(fù)以上步驟直至達(dá)到設(shè)計深度。錨索孔徑不得小于設(shè)計孔徑。錨桿成孔采用MDL-120D1型鉆機(jī)螺旋鉆桿鉆進(jìn)，同時采用21m3/min空壓機(jī)送風(fēng)，全孔無水干鉆，嚴(yán)禁加水沖鉆及沖洗孔壁，同時應(yīng)嚴(yán)格控制鉆進(jìn)速度，防止鉆孔偏斜、扭曲或變徑?？傔M(jìn)尺超過10m后每進(jìn)尺3m進(jìn)行一次提鉆清土，如果土質(zhì)過濕而導(dǎo)致鉆桿葉片裹土，在提鉆清土過程中用小錘敲擊鉆桿使裹于葉片上的土體剝落。在鉆進(jìn)過程中要認(rèn)真作好施工記錄，如開孔時間、終孔時間、地層和地下水情況等。4、邊樁施工過程中，標(biāo)高-6.0～-9.8m范圍內(nèi)遇一層粉質(zhì)黃土，標(biāo)高-28.0m以下為飽和黃土層，若成孔過程中有塌孔和縮徑現(xiàn)象，采用套管跟進(jìn)的方式穿過上述地層，保證成孔質(zhì)量。5、鉆進(jìn)過程中，掌握鉆進(jìn)參數(shù)、控制鉆進(jìn)速度。6、成孔后，反復(fù)送風(fēng)洗孔，清除孔內(nèi)沉渣。7、錨索垂直、水平方向上的孔距誤差不得大于100mm，鉆頭直徑應(yīng)不小于設(shè)計孔徑3mm，孔深應(yīng)超過設(shè)計孔深1m以上，鉆孔軸線的偏斜率不應(yīng)大于錨桿長度的2%。5.2.3錨索制作與安裝1、錨索制作1）錨索一般采用預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)度低松弛鋼絞線，根據(jù)錨索設(shè)計長度、墊板、螺帽厚度、外錨頭長度以及張拉設(shè)備的工作長度等，確定適當(dāng)?shù)南铝祥L度。其長度為：錨索設(shè)計長度+結(jié)構(gòu)豎肋厚度+千斤頂長度+限位板厚度及張拉操作所需長度的總和。張拉操作余量，一般取650mm為宜，錨筋下料應(yīng)整齊準(zhǔn)確，誤差不大于50mm。2）錨索制作前，要確保每根鋼鉸線順直，不扭曲，不分叉，排列均勻，剔除有死彎、機(jī)械損傷的鋼鉸線。3）錨索的制作，應(yīng)搭設(shè)高于地面50cm以上與錨索設(shè)計長度相適應(yīng)的的操作臺及簡易防曬防雨棚。加工完的錨索應(yīng)擺放順直，均勻排列。4）承載體安裝：在下好料的鋼絞線下端頭安裝導(dǎo)向帽，錨索體上按設(shè)計錨固段中心間距（1.5m）安裝定位支架，主要固定鋼絞線位置，確保鋼絞線在孔內(nèi)平行、間隔布置，每隔2m設(shè)置一道；緊箍環(huán)由Ф80mm焊接鋼管切割、制作而成，錨固段每隔2m設(shè)置一道。定位支架和緊箍環(huán)間隔安裝，間距為1m，從自由段底部開始安裝第一個架線環(huán)。定位支架做法詳見圖5.2.3-1。1-穿錨索孔；2-Φ12鋼筋；3-穿注漿管5.2.3-1錨索定位支架示意圖5）錨索制作完成后，進(jìn)行外觀檢驗，按錨索長度，規(guī)格對應(yīng)孔號進(jìn)行編號。6）錨索應(yīng)盡早使用，避免長期存放；錨索應(yīng)存放在干燥、清潔的地方，錨索體裸露部分應(yīng)用浸漬油脂的紙張或塑料布進(jìn)行防潮處理，不得損壞。7）錨索自由段防腐處理：自由端表面均勻涂抹無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼絞線專用防腐油脂，外套聚乙烯塑料套管，套管直徑大于錨筋外徑5～10mm，保證桿體與套管之間孔隙充滿油脂，自由段與錨固段接合處用密封塞封閉密實，以防注漿時漿液進(jìn)入自由段。2、錨索安裝1）錨索由人工搬運，扛抬各支點間距不得大于2m。2）在定位支架內(nèi)側(cè)穿設(shè)一、二次注漿管，一次注漿管采用1吋厚壁塑料管，二次注漿管自由段采用鍍鋅鋼管，錨固段采用高強(qiáng)聚乙烯塑料管，錨固段每隔1.0～1.5m穿十字注漿孔，并用膠帶封閉。二次注漿管與定位籠綁扎固定，便于二次注漿時劈裂一次注漿砂漿。2）檢查鉆孔，對塌孔、掉塊進(jìn)行處理，并在孔口臨時安裝500mm長與鉆孔直徑相同的PVC管，防止推送錨索時孔口土體坍塌。推送錨索時均勻用力，不得出現(xiàn)錨索轉(zhuǎn)動現(xiàn)象，確保將錨索推送至預(yù)定的深度。3）錨索推送困難時，拔出錨索，檢查鉆孔及錨索配件，進(jìn)行處理后，再進(jìn)行錨索安裝。5.2.4孔內(nèi)灌漿1、漿體配制按設(shè)計要求選擇水泥漿體材料。一次注漿宜選用灰砂比為1：1、水灰比0.45～0.50的水泥砂漿或適量摻加細(xì)砂、水灰比0.45～0.50的水泥漿，一般不采用純水泥漿，必要時可加入一定量的外加劑或摻合料；二次壓力注漿采用水灰比0.45～0.50的純水泥漿，灰漿攪拌必須采用機(jī)械強(qiáng)制拌和，注漿漿液應(yīng)攪拌均勻，隨拌隨用，漿液應(yīng)在初凝前用完，不得有石塊、雜物混入漿液。2、一次灌漿1）一次灌漿采用擠壓式注漿泵，灌漿壓力一般不得低于0.4Mpa，亦不宜大于2Mpa。2）在黃土地區(qū)宜使用自由段帶套管的預(yù)應(yīng)力筋，錨固段長度和自由段長度內(nèi)采取同步灌漿，避免自由段晾孔時間太長，造成錨孔坍塌，同時易于控制注漿量。3）一次注漿管一般宜采用PVC塑料膠管，隨錨桿推進(jìn)時放入孔內(nèi)。隨著水泥漿的灌入，應(yīng)逐步將灌漿管向外拔出自至孔口，在拔管過程中應(yīng)保證管口始終埋在砂漿內(nèi)。灌漿時，壓力不宜過大，以免吹散漿液和砂漿?？卓跐{液滲透后及時進(jìn)行補(bǔ)漿，孔口預(yù)留300～500mm空孔，錨索張拉完畢后在進(jìn)行補(bǔ)漿。4）注漿完畢后，及時沖洗注漿管，以便多次使用。3、二次壓力注漿1）二次注漿為錨固段壓力劈裂注漿注漿，注漿設(shè)備采用柱塞式注漿泵，注漿壓力一般控制在2～4MPa。2）待一次注射的砂漿強(qiáng)度達(dá)到5MPa左右時，進(jìn)行二次壓力注漿。首先采用高壓沖破封閉的注漿孔和表層砂漿，壓力表讀數(shù)回落后，繼續(xù)持續(xù)勻速的注射漿液，壓力達(dá)到要求后，穩(wěn)壓15～20min，停止注漿，同時關(guān)閉孔口止?jié){閥，防止?jié){液倒流。3）在疏松的黃土狀粉土層和上部第一層錨索二次壓力注漿時采用注漿量指標(biāo)為宜，防止注漿壓力太大，造成地面隆起，降低土體的握裹力，或由于土質(zhì)孔隙率較大，滲透到下一層錨索位置，影響施工。5.2.5腰梁施工1、按照設(shè)計要求尺寸開挖臺座基槽，然后初噴一層20～30mm厚混凝土，防止邊坡暴露時間太長。將預(yù)制好的鋼筋放入臺座內(nèi)，固定好模板澆筑混凝土，振搗密實。2、腰梁施工宜在錨索二次注漿完成后開始，同時采用加設(shè)套管措施對錨索進(jìn)行保護(hù)，施工中嚴(yán)禁碰撞外露筋體。3、錨坑尺寸按設(shè)計進(jìn)行留設(shè)，錨坑位置的腰梁箍筋，暫先截斷，封錨時焊接處理。5.2.6倉壁面層施工上下腰梁之間倉壁面層采用噴射混凝土，腰梁鋼筋綁扎完畢后，及時按照設(shè)計綁扎面層鋼筋網(wǎng)片，鋼筋網(wǎng)一般雙層雙向布置。在網(wǎng)上高壓分層噴射，每層厚度不宜超過10cm厚，噴層應(yīng)均勻密實，避免漏筋現(xiàn)象。5.2.7預(yù)應(yīng)力張拉與鎖定1、張拉1）張拉設(shè)備要根據(jù)錨索的材料和鎖定力的大小進(jìn)行選擇。選擇時應(yīng)考慮它的通用性能，并事先對千斤頂、油泵、液壓表進(jìn)行標(biāo)定。2）待腰梁砼強(qiáng)度和錨固段漿體強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度方能進(jìn)行張拉。3）張拉采用“雙控法”即利用拉力與伸長值來控制錨桿應(yīng)力，以控制油表讀數(shù)為主，用伸長量來較核。當(dāng)實際伸長量與理論伸長值差別大于6%時，應(yīng)暫停張拉，待查明原因后方可繼續(xù)進(jìn)行。理論伸長值按下式計算：Δ式中：Fpm——預(yù)應(yīng)力鋼絞線的平均張拉力（KN），取張拉端的拉力與固定端（兩端張拉時，取跨中）扣除摩擦力損失后拉力的平均值；lp——預(yù)應(yīng)力鋼筋自由段的長度（mm）；Ap——預(yù)應(yīng)力鋼筋的截面面積（mm2）；Ep——預(yù)應(yīng)力鋼筋的彈性模量（鋼絞線Ep=1.95×105N/mm2）4）張拉程序見表5.2.7-1。見表5.2.7-1張拉程序表張拉步驟伸長量的確定0～15％鎖錨力量測并記錄當(dāng)前狀態(tài)下千斤頂引伸量a15％～30％鎖錨力量測并記錄當(dāng)前狀態(tài)下千斤頂引伸量b30％～103％鎖錨力量測并記錄當(dāng)前狀態(tài)下千斤頂引伸量c維持103％鎖錨力2分鐘后錨固錨索伸長量b+c-2a5）安裝錨具前，要對錨具進(jìn)行逐個嚴(yán)格檢查。預(yù)應(yīng)力錨索張拉前，依次安裝墊板和工作錨具，千斤頂就位，套上工具錨并頂緊工作錨具。6）將錨墊板表面清除干凈，錨具安裝應(yīng)與錨墊板和千斤頂密切對中，并與錨索軸線方向垂直，千斤頂軸線與錨索軸線應(yīng)在同一條直線上。7）按照張拉程序分級張拉，除第一次張拉需要穩(wěn)定30min外其余每級持荷穩(wěn)定時間為5min，不能一次加至鎖定荷載，并做好記錄。2、鎖定錨筋張拉至設(shè)定最大張拉荷載值后，應(yīng)持荷穩(wěn)定10～15min，通過觀察油泵壓力值以及伸長量變化，來判斷是否有預(yù)應(yīng)力損失，若有及時進(jìn)行補(bǔ)償張拉，然后進(jìn)行鎖定作業(yè)。擰緊工作錨螺母，卸荷千斤頂油路即完成鎖定作業(yè)。5.2.8封錨張拉達(dá)到設(shè)計要求后，用手工鋼鋸切掉張拉端多余的預(yù)應(yīng)力筋，嚴(yán)禁采用明火切割和切割過程中撬動錨桿，防止預(yù)應(yīng)力損失。預(yù)應(yīng)力筋的外露長度不宜小于其直徑的1.5倍，且不宜小于30mm，但是也不能突出倉壁，最好低于倉壁表面20～30mm，用環(huán)氧樹脂涂封錨具及外露預(yù)應(yīng)力筋。封閉前應(yīng)將錨坑表面的混凝土鑿毛、沖洗干凈，并按設(shè)計要求配置鋼筋網(wǎng)片，用比面層高一等級的微膨脹細(xì)石混凝土進(jìn)行封閉。5.2.9面層下排水盲溝施工為防止由于深基坑施工改變地表徑流，地下水位上升，影響錨索受力條件，而引發(fā)質(zhì)量事故，在錨索面層下部每隔一定距離埋設(shè)排水盲溝，將地表水引導(dǎo)匯聚，直接回收利用。施工流程：開槽→鋪設(shè)已裹好兩層反濾布的盲管→回填→錨索砼面層施工。5.3勞動組織現(xiàn)場施工可根據(jù)工作面大小及工期要求分為若干作業(yè)組進(jìn)行，工種主要包括鋼筋工、電焊工、機(jī)械操作手及普工等。勞動力組織情況見表5.表5.3-1勞動力組織表序號工種所需人數(shù)工作內(nèi)容1管理人員8施工管理2鉆機(jī)機(jī)械操作工48每臺配備8人3裝載機(jī)司機(jī)4材料運輸、平場4挖掘機(jī)司機(jī)2土方作業(yè)5卡車司機(jī)6土方運輸6電焊工8加工定位籠7鋼筋工20腰梁、鋼筋網(wǎng)綁扎8普工30放筋、注漿、噴錨、張拉等6.材料與設(shè)備6.1材料6.1.1預(yù)應(yīng)力錨索材料根據(jù)設(shè)計要求采用預(yù)應(yīng)力混凝土用高強(qiáng)度低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線，其性能應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絞線》GB/T5224的規(guī)定。6.1.2其它輔材定位支架、腰梁、面層鋼筋網(wǎng)片采用HPB235級鋼筋和HRB335級鋼筋；自由段隔離材料用無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力專用防腐油脂，套管材料選用聚乙烯塑料管；二次注漿管自由段選用鍍鋅鋼管，錨固段選用高強(qiáng)聚乙烯塑料管。6.1.3漿體材料水泥宜使用普通硅酸鹽水泥，必要時采用抗硫酸鹽水泥，其強(qiáng)度等級為42.5級，不得使用高鋁水泥。細(xì)骨料選用粒徑不大于2mm的中細(xì)砂，砂的含泥量按重量計不大于3%；砂中所含云母、有機(jī)質(zhì)、硫化物及硫酸鹽等有害物質(zhì)的含量，按重量計不宜大于1%。拌合水采用食用水。具有腐蝕性土壤中摻加一定量鋼筋阻銹劑。6.1.4排水盲溝主要材料：聚乙烯塑料盲管，直徑符合設(shè)計要求，反濾布要求大于250目。6.2施工設(shè)備采用的主要施工機(jī)械設(shè)備見表6.2-1。表6.2-1主要施工設(shè)備表序號機(jī)具名稱型號單位數(shù)量使用部位1錨桿鉆機(jī)MDL-120D1臺6錨桿鉆孔2空氣壓縮機(jī)MAM-1200，21m3臺2噴錨3空壓機(jī)425E，12m3臺8鉆孔、噴錨4擠壓式注漿機(jī)JYB-2臺4一次注漿5柱塞式注漿機(jī)BW-150臺2二次壓漿6噴錨機(jī)PZ-5B臺2面層噴錨7.質(zhì)量控制7.1質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)7.1.1預(yù)應(yīng)力錨索施工技術(shù)指標(biāo)應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)《水電水利工程預(yù)應(yīng)力錨索施工施工規(guī)范》DL/T5083-2004、《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》GB50330-2002、《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》JGJ120-2011、《巖土錨桿（索）技術(shù)規(guī)程》CECS22-2005的規(guī)定。7.1.2預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)度低松弛鋼絞線和預(yù)應(yīng)力錨具等應(yīng)符合相應(yīng)技術(shù)規(guī)程的規(guī)定。7.1.3每一典型土層中，至少留3根非工程錨索進(jìn)行抗拔試驗，非工程錨索各項參數(shù)及施工方法與工程錨索完全相同，依據(jù)抗拔試驗得到的極限荷載計算界面粘結(jié)強(qiáng)度的實測值，抗拔試驗平均值應(yīng)大于設(shè)計荷載所用標(biāo)準(zhǔn)值的1.25倍，否則應(yīng)進(jìn)行反饋修改設(shè)計。7.1.4現(xiàn)場驗收試驗遵守《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》（GB50330-2002）附錄C有關(guān)規(guī)定，抽檢的錨索數(shù)量不少于錨索總數(shù)的5%且不得少于3根進(jìn)行抗拔力試驗。7.1.5錨索成孔施工允許偏差應(yīng)符合表7.