水泥錨桿卷式錨固劑

[ 應(yīng)用實(shí)例 1]

錨固劑在隧道工程中的應(yīng)用

　　我國(guó)鐵路隧道工程從 20 世紀(jì) 60 年代末開(kāi)始推廣新奧法施工，作為初期支護(hù)的重要組成部分，錨桿支護(hù)技術(shù)已成為隧道施工中一項(xiàng)不可缺少的施工技術(shù)。目前，在我國(guó)鐵路隧道施工中，幾乎清一色地采用不帶錨頭和墊板的螺紋鋼桿體的砂漿錨桿。從受力角度看，只滿(mǎn)足了懸掛與組合的要求；從施工角度看，存在填充密實(shí)度差、固化速度慢、錨固強(qiáng)度低、施工工序繁瑣等不足之處。特別是在地質(zhì)條件差、有滲漏水的情況下，施工質(zhì)量不易保證，造成工程隱患，影響施工進(jìn)度。所以近年來(lái)，國(guó)內(nèi)出現(xiàn)了一種新型高強(qiáng)、快速、微膨脹水泥基藥卷式錨桿，具有錨固強(qiáng)度高、施工簡(jiǎn)便快捷、受干擾小、對(duì)施工環(huán)境適應(yīng)性廣、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，并可設(shè)墊板，施加預(yù)應(yīng)力，使錨桿對(duì)圍巖具備了三維受力加固的作用。它替代了砂漿錨桿，已在高邊坡開(kāi)挖支護(hù)、礦山開(kāi)挖及工程修復(fù)中得到應(yīng)用。因此，這一新材料、新技術(shù)值得在鐵路隧道施工中借鑒和大力推廣。

1 技術(shù)原理
　　 高強(qiáng)快速錨桿技術(shù) ( 圖 1) 是一種采用新型高強(qiáng)、快速、微膨脹錨固劑 ( 圖 2) 為填充粘結(jié)材料的全長(zhǎng)粘結(jié)型錨桿，安裝后在極短時(shí)間內(nèi)提供支持抗力，能配合墊板對(duì)圍巖施加三向預(yù)應(yīng)力，使圍巖，尤其是松動(dòng)區(qū)的節(jié)理裂隙、破碎面等得以聯(lián)結(jié)，因而增大了錨固區(qū)圍巖的強(qiáng)度。這對(duì)加固節(jié)理發(fā)育的巖體和圍巖松動(dòng)區(qū)是十分有效的，有助于裂隙巖體和松動(dòng)區(qū)形成整體“加固帶”。

圖 1 高強(qiáng)快速全粘結(jié)型錨桿

1 ．高強(qiáng)快速、微膨脹水泥基卷式錨固劑； 2 ．濕強(qiáng)度較大的濾紙筒。
圖 2 高強(qiáng)快速錨固藥卷

2 錨桿錨固劑
2 ． 1 技術(shù)指標(biāo)的確定
　　 高強(qiáng)快速錨桿技術(shù)能否達(dá)到實(shí)用的關(guān)鍵是確定藥卷式錨固劑的性能指標(biāo)是否滿(mǎn)足工程施工的需要。初凝時(shí)間、終凝時(shí)間、小時(shí)強(qiáng)度 ( 凝固后 1 、 2 、 4h 強(qiáng)度 ) 、長(zhǎng)期強(qiáng)度、膨脹率等性能十分重要，應(yīng)作為性能指標(biāo)的控制參數(shù)。

(1) 凝結(jié)時(shí)間
　　 初凝時(shí)間應(yīng)滿(mǎn)足工程對(duì)操作工藝的要求，不可過(guò)快 ( 小于 3min) ，亦不能過(guò)慢 ( 大于 20min) 。終凝與初凝時(shí)間差應(yīng)盡量小，因初凝前錨固插桿已完成，初、終凝時(shí)間差愈短，在錨固作業(yè)時(shí)對(duì)仰孔錨固時(shí)操作人員的持桿時(shí)間就愈短，愈有利于降低勞動(dòng)強(qiáng)度，防止錨固劑流淌，提高錨固成功率。

(2) 小時(shí)強(qiáng)度
　　 錨固作業(yè)時(shí)，插桿完成后，錨固強(qiáng)度應(yīng)迅速增長(zhǎng)，即在 1 ～ 2h 內(nèi)達(dá)到設(shè)計(jì)錨固力，最終達(dá)到穩(wěn)定和加固圍巖的目的。

(3) 長(zhǎng)期強(qiáng)度與膨脹率
　　 錨固后錨桿應(yīng)有較高的、穩(wěn)定的后期強(qiáng)度和膨脹率 ( 起碼不能收縮 ) ，不應(yīng)存在強(qiáng)度降低的問(wèn)題。

(4) 抗疲勞強(qiáng)度
　　 錨固完成后不因附近爆破、車(chē)輛通行的震動(dòng)而破壞。因此，要求具有較高的抗疲勞強(qiáng)度。

2 ． 2 試驗(yàn)測(cè)試方法
　　 為了定量確定錨固劑的指標(biāo)，以指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)的檢驗(yàn)控制，就必須確定試驗(yàn)測(cè)試方法。目前，鐵路施工規(guī)范及檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)均無(wú)具體詳細(xì)的規(guī)定。因此，在參考其他行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，確定如下。

(1) 凝結(jié)時(shí)間
①試驗(yàn)儀器 采用 ( 水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量、凝結(jié)時(shí)間、安定性檢驗(yàn)方法 )(GBl346 — 2001) 中所規(guī)定之儀器及器具；
②試驗(yàn)環(huán)境條件 溫度 (20 土 3) ℃，水溫 (20 土 3) ℃，水灰比 0.3 ；
③試驗(yàn)程序 將 300g 錨固劑倒入拌和鍋內(nèi)，用拌和小鏟在錨固劑上劃一小坑槽，將 90mL 潔凈拌和水倒入坑槽，在 lmin 內(nèi)迅速拌勻并立即放入圓模，振動(dòng)數(shù)次后刮去多余稠漿，抹平并迅速放至測(cè)定儀試針下，按規(guī)定進(jìn)行初、終凝時(shí)間測(cè)定。試驗(yàn)結(jié)果取 3 個(gè)試樣的平均值。

(2) 抗壓強(qiáng)度
　　參照《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法 (1SO 法 ) 》 (GB/T17671 — 1999) 方法進(jìn)行測(cè)試。
　　 ①試驗(yàn)儀器 小時(shí)強(qiáng)度用 40 ㎜× 40 ㎜× 160mm 三聯(lián)模、 100kN 試驗(yàn)機(jī)。 3d 以上強(qiáng)度用 40 ㎜× 40 ㎜× l60 ㎜三聯(lián)模、抗折用 100kN 試驗(yàn)機(jī)，抗壓用 1000kN 試驗(yàn)機(jī)。
　　 ②試驗(yàn)程序 a) 小時(shí)強(qiáng)度試驗(yàn)：錨固劑 330g ，水灰比 0.3 ； b)3 d 以上強(qiáng)度試驗(yàn)：錨固劑 440g ，水灰比 0.3 ； c) 采用拌和鍋人工拌和，加水后需在 2min 內(nèi)迅速拌勻，立即裝模并將試模在堅(jiān)硬地面上振動(dòng)十余次見(jiàn)模底略溢漿即可；刮去多余稠漿，拌平后備用； d) 小時(shí)強(qiáng)度試件在測(cè)定時(shí)拆模：測(cè) 3d 以上的后期強(qiáng)度， 4h 拆模，環(huán)境溫度 (20 土 3) ℃，相對(duì)濕度＞ 70 ％養(yǎng)護(hù)；測(cè)定時(shí)先做抗折測(cè)試； e) 試驗(yàn)結(jié)果抗折取 2 個(gè)數(shù)據(jù)的平均值，抗壓取 3 個(gè)數(shù)據(jù)的平均值； f) 試驗(yàn)時(shí)應(yīng)使試體模側(cè)面與壓力機(jī)上下承壓板接觸。

(3) 錨固力
　　 ①試驗(yàn)儀器 采用 1 000LN 萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)并配以拉力架。
　　 ②試驗(yàn)程序 a) 試驗(yàn)?zāi)M孔采用外徑 45mm ，壁厚為 2mm 的薄壁鋼管，管段長(zhǎng) 400mm ； b) 試驗(yàn)用桿體采用ф 16mm ，材質(zhì)為 20MnSi 螺紋鋼，桿長(zhǎng)為 700mm ； c) 桿體安裝采用打入法； d) 將錨固卷在水中浸 1min ，以藥卷不冒氣泡為止，水溫 (20 土 3) ℃，浸水后立即放入模擬孔中，打入錨桿，敲擊鋼管壁十幾次，安裝完后，將試件整體放人標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境中即溫度 (20 土 3) ℃，相對(duì)濕度＞ 70 ％養(yǎng)護(hù)； e) 養(yǎng)護(hù) 0.8h 置試件整體在萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行測(cè)試，錨桿桿端穿過(guò)拉力架端板中心孔，再夾緊于試驗(yàn)機(jī)鉗口中，拉力架的另一端可動(dòng)拉頭固定于試驗(yàn)機(jī)的固定孔中，按材料試驗(yàn)機(jī)操作規(guī)程進(jìn)行加載，由試驗(yàn)機(jī)測(cè)力裝置直接讀得錨固力值； f) 試驗(yàn) 結(jié)果取 3 個(gè)數(shù)據(jù)的平均值。

(4) 膨脹率
　　 參照《膨脹水泥膨脹率試驗(yàn)方法》 (JC313 — 96) 進(jìn)行測(cè)試。
　　 ①試驗(yàn)儀器 弓形螺旋測(cè)微計(jì)，度模規(guī)格為 25 ㎜× 25 ㎜× 280 ㎜。
　　 ②試件制作時(shí)拌和必須迅速，應(yīng)在 2min 內(nèi)完成；試體制作后 15 min 拆模測(cè)讀基數(shù)， 0.5 h 后測(cè)膨脹率。
　　 每次制作 1 個(gè)試體，共做 3 次，試驗(yàn)結(jié)果取 3 次試驗(yàn)平均值。

2 ． 3 主要技術(shù)指標(biāo) ( 表 1 、表 2)
表 1 新型錨固劑主要技術(shù)指標(biāo)

表 2 砂漿錨桿主要技術(shù)指標(biāo)

　　試驗(yàn)環(huán)境條件：溫度 (20 土 3) ℃；拌和水溫 (20 ± 3) ℃；相對(duì)濕度≥ 70 ％ ( 模擬現(xiàn)場(chǎng)巖孔 ) ；水灰比 0.3 。
　　 從砂漿錨桿主要技術(shù)指標(biāo)的對(duì)比可以看出，早強(qiáng)型錨桿已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了的規(guī)范要求，尤其抗壓強(qiáng)度提高較多。

3 施工現(xiàn)場(chǎng)錨桿支護(hù)參數(shù)的確定
　　 主要依據(jù)圍巖、開(kāi)挖斷面和使用條件等因素，選擇錨桿類(lèi)型，確定錨桿直徑、長(zhǎng)度、數(shù)量、間距和布置方式。

3 ． 1 東秦嶺雙線(xiàn)隧道系統(tǒng)錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)參數(shù) ( 表 3)

表 3 東秦嶺雙線(xiàn)隧道系統(tǒng)錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)參數(shù)

　　依據(jù)《鐵路隧道噴錨構(gòu)筑法技術(shù)規(guī)范》 (TBJl0108 — 2002) 的規(guī)定；錨桿錨固力或抗拔力與錨桿孔注漿飽滿(mǎn)度、錨桿型式、桿體材料、桿體直徑以及圍巖強(qiáng)度、孔壁清潔程度等有關(guān)。

3 ． 2 錨桿安全錨固力的確定
　　 該錨固力一般采用拉拔試驗(yàn)方法在施工現(xiàn)場(chǎng)獲得。根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)不同的圍巖級(jí)別選擇錨桿支護(hù)參數(shù)，計(jì)算錨固長(zhǎng)度，按操作規(guī)范將錨桿安裝好后，按不同的養(yǎng)護(hù)齡期，進(jìn)行拉拔試驗(yàn)，記錄錨桿開(kāi)始滑動(dòng)時(shí)的拉力 ( 即錨固力 ) 。同時(shí)，根據(jù)試驗(yàn)內(nèi)容和目的編組編號(hào)。在保證滿(mǎn)足設(shè)計(jì)錨固力指標(biāo)的前提下，考慮一定的安全系數(shù)，確定錨桿的安全錨固力，并以此指導(dǎo)施工。

3 ． 3 錨固劑數(shù)量的確定
　　 根據(jù)設(shè)計(jì)選定的錨桿孔深，確定施工中使用卷式錨固劑的個(gè)數(shù) N

式中 κ ——富余系數(shù)，一般取 1.05 ～ 1.10 ；

L ——要求錨固長(zhǎng)度， mm ；

D ——鉆孔直徑， mm ；

ф——錨桿直徑，㎜；

ｌ——錨固藥卷的長(zhǎng)度， mm ；

d ——錨固藥卷的直徑， mm 。

3 ． 4 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù) ( 表 4 ～表 7)
　　 試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)：東秦嶺特長(zhǎng)隧道開(kāi)挖后拱部及邊墻；
　　 孔徑：ф 42 風(fēng)鉆孔；
　　 孔內(nèi)狀況：巖粉較多，孔內(nèi)有水；
　　 錨桿：ф 22 螺紋鋼筋；
　　 錨固劑：早強(qiáng)型、ф 30 × 235mm 。

表 4 Ⅵ級(jí)圍巖錨桿試驗(yàn)數(shù)據(jù)

表 5 V 級(jí)圍巖錨桿試驗(yàn)數(shù)據(jù)

表 6 Ⅳ級(jí)圍巖錨桿試驗(yàn)數(shù)據(jù)

表 7 Ⅲ級(jí)圍巖錨桿試驗(yàn)數(shù)據(jù)