《水平深孔对穿锚索施工工法》的应用实例如下:
在三峡船闸施工中,采用南、北坡与岩体深部的排水洞对穿、中隔墩两侧相互对穿的形式共施工3000千牛级水平深孔对穿锚索1987束(三峡船闸水平深孔对穿锚索布置见图2),有效保证了三峡船闸两侧高边坡、直立墙及中隔墩直立墙的安全稳定,减轻了与闸槽开挖的相互干扰。三峡船闸水平深孔对穿锚索布置如图2所示。
造孔
三峡船闸锚索施工在高排架平台上进行,选用DKM-1型钻机和MZ165D型钻机,采用全断面风动冲击钻进法钻孔。锚索孔径为165毫米,对穿锚索施工水平孔孔斜控制在孔深的1%以内。
为提高锚索孔斜施工质量,三峡船闸锚索施工中采用导直钻进工艺,具体如下:
钻孔偏斜主要由两个方面的原因造成,一是钻具与钻杆结构特征造成的自然偏斜,二是钻进过程中长度较大的钻杆在强大钻进压力下造成的弯曲;导直钻进工艺包括对这两方面钻孔偏斜的控制。
1.钻具自然偏斜误差与控制
钻具包括钻头、冲击器,全长1.45米,头部直径ф165,尾部直径ф136;后部接细小钻杆,在水平钻孔中具有自然偏斜角。钻进过程中当钻进到钻杆第一挠曲波长时,在自重力作用下钻杆开始呈抛物线下垂,钻进越深,垂曲距离越大。为克服这种自然偏斜造成的钻孔精度误差,保证钻孔精度,在冲击器后部安装一较大直径的钻具扶正器,见图3-图5。
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试验表明对上述钻具配备的扶正器参数如下:长度0.3-0.5米,直径ф158-ф160,表面刨槽凸棱,表面冷压合金柱齿与表面贴平,增加耐磨能力和加大导风排碴效果,减小重复破碎保证进尺效率。
2.钻杆弯曲与控制
三峡船闸锚索孔深普遍在30-50米,使用ф89钻杆,其径长比约为:3/1000-18/10000,其变曲度发生在孔内回转时,螺旋弯应力导致钻杆自转(绕钻杆中心轴转动);加上轴向压力,偏斜力成倍上升,沿重力方向偏斜越来越严重。
控制钻杆弯曲的方法:加强钻杆刚度,采用ф89双壁钻杆和增大钻杆直径至ф108,来提高钻杆刚度;增加钻杆扶正器,延长钻杆弯曲波长,即在弯曲半波长位置增加扶正器支点。这样可以使钻杆绕着钻孔轴心,沿孔壁滑动做公转运动,使孔轴心呈直线延伸,减小弯曲力,减轻钻机负荷,达到水平成孔效果。
两种措施构成了导直钻进工艺,结构如图6。
该钻具组合在三峡船闸锚索施工中造孔4300余个,孔斜误差≤1%的成孔保证率达80%以上。
编索
编索采用车间生产方式,将钢绞线平放在车间工作平台上,对单根钢绞线进行除污、除锈并编号,按结构要求编制成束后对应锚束孔号挂牌,出厂前进行验收。对穿锚索张拉端采用OVM夹片式锚具,下料长度按锚索实际孔深、锚具厚度、张拉设备工作长度、锚索测力计厚度和调节长度的总和考虑。由于边坡起伏较大,综合考虑各影响因素,对穿锚索实际施工中下料长度按实际孔深加上2.4-3米控制,钢绞线采用砂轮切割机切割。
穿索
编制好的锚索用人工水平运输到相应部位,采用人工、滑轮挂钩或小型起重机将锚索运送到相应的施工排架平台上,人工穿索,穿索时注意保持索体平顺。
承压垫座混凝土浇筑
承压垫座混凝土内设置的钢套管、钢垫板、钢筋网及灌浆套管在车间进行加工,现场调整安装。安装前将孔口周围岩面清理干净并处理松动块体,安装时保证预埋的钢套管中心线和钻孔轴线重合,钢垫板与钻孔轴线垂直。立模后,进行开仓验收合格方可浇筑。垫座混凝土采用R7350号混凝土(其配合比见表2),小型拌合机拌制,人工喂料,管式振捣器分层振捣密实。
水泥强度等级 |
配合比参数 |
每方材料用量(千克) |
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w/c |
w |
s% |
水 |
水泥 |
人工砂 |
碎石(毫米) |
JG2(固体) |
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5-20 |
||||||||
普通硅酸盐水泥525号 |
0.32 |
147 |
38 |
147 |
459 |
689 |
1171 |
2.75 |
预紧张拉
锚索承压垫座混凝土浇筑7天后采用YKD-18型千斤顶进行单根预紧,预紧吨位为30千牛。
预紧完成后采用YCW-400型千斤顶进行整体张拉,分级张拉程序为:预紧→750千牛(25%P)→1500千牛(50%P)→2250千牛(75%P)→3000千牛(100%P)→3450千牛(115%P);每一级稳压7分钟,最后一级稳压15分钟。后期锚索施工不进行超张拉,分级张拉程序为:预紧→800千牛(27%P)→1450千牛(48%P)→2100千牛(70%P)→2750千牛(92%P)→3000千牛(100%P);每一级稳压5分钟,最后一级稳压10分钟。
封孔灌浆
锚索张拉锁定后立即进行封孔灌浆,灌浆压力0.2-0.7兆帕,并浆压力0.2兆帕,并浆时间30分钟,浆液配合比见表3。
水泥强度等级 |
水胶比 |
每方材料用量(千克) |
备注 |
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水 |
水泥 |
AEA |
JG(固体) |
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普通硅酸盐水泥525号 |
0.4 |
537 |
1235 |
107 |
6.71 |
AEA代水泥8% |
外锚头保护
锚索在张拉锁定并完成封孔灌浆后,将锚具外的钢绞束留存50毫米,其余部分采用砂轮切割机切除;然后将工作锚具和留存的钢绞线端头清洗干净,并对垫座混凝土进行凿毛,最后涂环氧保护层和浇200毫米厚的混凝土保护帽(