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隧道工程中系統錨桿的使用現狀和存在的問題

文章出處:天津星不銹鋼責任編輯:人氣:發表時間:2020-9-4 11:25:40【

  錨桿支護是一種結構簡單的主動支護。它具有成本低,使用方便控制圍巖變形效果好等特點。

  

  隧道錨桿的作用主要是加固巖土體,控制變形,防止坍塌。從原理來說,主要有幾種:

  

  1、錨桿懸吊作用:錨桿穿過軟弱、松動、不穩定的巖土體,錨固在深盡穩定的巖土體上,提供足夠的拉力,克服滑落巖土體的自重和下滑力,防止洞壁滑移、塌落。

  

  2、擠壓加固作用:錨桿受力后,在周圍一定范圍內形成壓縮區。將錨桿片適當的方式排列,使相鄰錨桿各自形成的壓縮區相互重疊形成壓縮帶。壓縮帶內的松動地層通過錨桿加固,整體性增強,承載能力提高。

  

  3、組合梁(拱)作用:錨桿插入地層內一定深度后,在錨固力作用下的地層間相互擠壓,層間摩阻力增大,內應力和撓度大為減小,相當于將簡單疊合的數層梁(拱)變成組合梁(拱)。組合梁(拱)的抗彎剛度和強度大為提高,從而增強了地層的承載能力。錨桿提供的錨固力愈大,作用愈明顯。

  

  一、常見的錨桿及其優缺點

  

  錨桿按錨固方式分為端頭錨固型、全長粘結型、全長摩擦型,其中端頭錨固型一般作為預應力錨桿使用,按桿體構造類型分為實心錨桿、空心錨桿;按桿體材料分竹錨桿、木錨桿、塑料錨桿、玻纖錨桿、金屬錨桿;按錨固劑材料不同,可分為砂漿錨桿、水泥藥卷錨桿、樹脂錨桿等。現在交通隧道建設中大量使用的永久支護錨桿一般為全長粘結型金屬砂漿錨桿。

  

  1、普通砂漿錨桿

  

  普通砂漿錨桿屬于全長粘結型錨桿(圖1),構造非常簡單,施工時先鉆孔,再插入注漿管,一邊注漿一邊退出,然后插入螺紋鋼筋,長度隨圍巖而定,最后與鋼架或者鋼格柵焊接。此種錨桿雖然工藝簡單、成本低廉,每米綜合成本20-25元,但存在以下缺陷。

  

  a、錨孔注漿時,注漿能否飽滿被人為因素鎖所控制,無任何工藝保證手段。

  

  b、仰角,尤其是拱頂大仰角部位,由于對鉆孔內砂漿無任何止漿措施,在注漿過程中或注漿后錨孔內砂漿很容易流失,達不到注漿飽滿要求,不僅無法約束圍巖變形,而且會導致桿體很快被腐蝕并失效。

  

  c、沒有任何使錨桿居中的保證措施,由于錨桿的自重和砂漿的流動性,在錨孔內有傾角的條件下。錨孔內錨桿也會主動靠向并緊貼一側孔壁,不能保證應有厚度的砂漿保護層。

  

  2、中空注漿錨桿

  

  現在常見的中空注漿錨桿是從自進式錨桿演變而生(圖1)。與普通砂漿錨桿相比有很大的改進,如配有墊板、止漿塞、錨頭、采用先錨后灌的施工工藝。正在使用的中空注漿錨桿因遷就使用方便而過于簡單化,存在下述明顯缺點:

  

  a、中空注漿錨桿仰角施工時現有注漿工藝錨孔內空氣無法排凈,既給人以注漿飽滿的假象,又在錨孔內形成空腔,特別是采用間歇式注漿泵時注漿不飽滿狀況尤為嚴重。

  

  b、正是由于中空注漿錨桿存在上述問題,在實際使用中,為了提高注漿效果,材料供應商,有時特地在錨桿桿體上鉆了若干直徑6mm左右的小孔,這樣做,雖然能在高壓注漿時改善松散的圍巖結構,但在通常條件下仍然沒有解決排氣問題,實際效果仍然有限。在錨桿桿體上鉆孔,還有一個后果是降低桿體強度,現在正使用的這類錨桿實際強度,只相當于HRB335螺紋鋼直徑16的鋼筋,遠遠低于系統錨桿所公認的范圍,如果考慮鉆孔部位的應力集中程度實際強度,遠遠低于系統錨桿高應力、高強度的范圍。

  

  c、也正是由于中空注漿錨桿設計本身缺陷和注漿工藝不合理,用于仰角部位存在注漿困難。使設計和施工兩者脫節,實際施工中,施工單位延用自己的老辦法,用水泥藥卷作為錨固劑代替注漿。

  

  d、根據柔性支護理論開挖后允許圍巖在塑性區有適度的發展,借以利用圍巖本身的自穩能力,中空錨桿桿體大都由材質為碳剛,采用無縫鋼管再經冷擠壓成形,這一過程會使桿體屈服性變差、延伸率降低、材料變硬,從而不能適應圍巖,特別是Ⅱ、Ⅲ級圍巖較大的塑性變形,降低錨固強度。


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