預(yù)應(yīng)力管縫錨桿在柱狀節(jié)理玄武巖中的應(yīng)用研究

紀(jì)辰陽(yáng)

(重慶交通大學(xué) 重慶 400074)

預(yù)應(yīng)力管縫錨桿在柱狀節(jié)理玄武巖中的應(yīng)用研究

紀(jì)辰陽(yáng)

(重慶交通大學(xué) 重慶 400074)

柱狀節(jié)理玄武巖的卸荷變形一直是我們施工的重難點(diǎn)，本文在礦區(qū)使用的管縫式錨桿進(jìn)行結(jié)構(gòu)改造形成預(yù)應(yīng)力管縫錨桿，使其增強(qiáng)縱向材料的抗折斷強(qiáng)度，并能夠在橫向施加預(yù)應(yīng)力，在傳統(tǒng)邊坡固結(jié)灌漿的基礎(chǔ)上利用改造的預(yù)應(yīng)力管縫錨桿代替原有錨桿。

改造管縫式錨桿；施加徑向預(yù)應(yīng)力；錨固灌漿；粘結(jié)柱狀節(jié)理玄武巖

引言

柱狀節(jié)理玄武巖具有明顯的特性，開挖后具有明顯的松弛張裂現(xiàn)象，且橫縱向巖石強(qiáng)度差別很大?；谂R空面方向的松弛可以用預(yù)應(yīng)力錨索解決，而與平行臨空面的方向傳統(tǒng)方法只能靠固結(jié)灌漿手段進(jìn)行加固。本文借鑒管縫式錨桿的施加橫向力的思想，將管縫式錨桿改造成兩條管縫，通過(guò)帶有螺紋的錨桿的推進(jìn)旋轉(zhuǎn)將管片擠向周圍的巖體，并對(duì)周圍巖體施加力。在預(yù)應(yīng)力施加完成后在柱體節(jié)理縫隙很小的狀態(tài)下進(jìn)行固結(jié)灌漿。經(jīng)加固使其能夠優(yōu)于傳統(tǒng)的加固方法，保持柱狀節(jié)理玄武巖的穩(wěn)定。

一、柱狀節(jié)理玄武巖的自然形態(tài)

以四川與云南金沙江水電站的柱狀節(jié)理玄武巖為例，由于其在高應(yīng)力區(qū)，特點(diǎn)明顯，其柱狀節(jié)理起伏、不規(guī)則，受構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響柱體斷面不規(guī)則且切割不完全，柱體內(nèi)微裂隙發(fā)育，巖體內(nèi)緩傾角構(gòu)造結(jié)構(gòu)面也較發(fā)育，巖體整體完整性較差，并且呈現(xiàn)鑲嵌斷續(xù)結(jié)構(gòu)。柱狀節(jié)理玄武巖水平向變形模量明顯遠(yuǎn)大于鉛直向變形模量的原因是結(jié)構(gòu)面發(fā)育特征和巖體應(yīng)力狀態(tài)造成的的；新鮮柱狀節(jié)理玄武巖中的柱狀節(jié)理和微裂隙為硬性結(jié)構(gòu)面，在高圍壓狀態(tài)下呈閉合緊湊狀，解除圍壓后極易張開、松弛。

二、預(yù)應(yīng)力管縫式錨桿的特點(diǎn)

(一)傳統(tǒng)管縫式錨桿的特點(diǎn)

傳統(tǒng)管縫式錨桿施工本質(zhì)是利用動(dòng)力將錨桿嵌入預(yù)加固巖體中，通過(guò)鋼管自身的彈性加固巖體，管縫式錨桿屬于全長(zhǎng)錨固類型，它的錨桿外徑是大于錨固鉆孔直徑的，在外力作用下將錨桿嵌入巖體中然后利用鋼管的彈性對(duì)孔壁產(chǎn)生徑向壓力，對(duì)巖體有一個(gè)擠密壓實(shí)作用。

全長(zhǎng)多點(diǎn)楔脹式管縫錨桿(竹節(jié)式錨桿)主要是利用楔脹力學(xué)原理，在預(yù)制鋼管中塞入楔體使錨桿的桿體膨脹。再利用作用力與反作用力原理實(shí)現(xiàn)錨桿的抗滑，由于桿體膨脹，錨桿擠壓孔壁產(chǎn)生徑向壓力，當(dāng)巖體沿桿體軸向位移時(shí)，由于徑向壓力的作用下會(huì)產(chǎn)生較大的摩擦阻力。

(二)管縫式錨桿的改造和施加預(yù)應(yīng)力的方式

進(jìn)行管縫式錨桿的改造主要目的的可以盡可能的減少對(duì)開挖巖體的二次動(dòng)荷載影響同時(shí)又能為柱狀節(jié)理玄武巖的密實(shí)提供一個(gè)徑向預(yù)應(yīng)。傳統(tǒng)管縫式錨桿已經(jīng)不能滿足要求，針對(duì)需求本文將對(duì)管縫式錨桿做如下改進(jìn)。

將普通空心鋼管沿中線分解成兩部分，在內(nèi)部錨桿下端設(shè)置方向螺旋。制作能夠沿錨桿一向旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)錐尖向上推進(jìn)空心椎體，放置在錨桿底部使用，在錨桿旋轉(zhuǎn)時(shí)能夠沿錨桿上升。在錨桿頂部固定與底部大小相同的椎體。施工中旋轉(zhuǎn)錨桿，使底部椎體向上提升進(jìn)而擠壓外圈鋼管擠密巖體。

有研究證明隨著上部蓋重厚度的增加，柱狀節(jié)理玄武巖的各向異性、結(jié)構(gòu)性在逐漸減弱。當(dāng)蓋重的厚度增大到六米時(shí)，柱狀節(jié)理玄武巖的各向異性差距就會(huì)相差不大。針對(duì)柱狀節(jié)理玄武巖的這一特性，在豎直方向上沿著豎直方向的節(jié)理進(jìn)行預(yù)應(yīng)力管縫式錨桿的施工。預(yù)應(yīng)力施加后進(jìn)行水泥凈漿的固結(jié)灌漿。待固結(jié)的深度和廣度達(dá)到后，進(jìn)行錨孔的砂漿的封堵灌漿進(jìn)一步保護(hù)錨桿對(duì)柱狀節(jié)理玄武巖的擠密壓實(shí)作用。

柱狀節(jié)理玄武巖開挖出露后先進(jìn)行水平向的系統(tǒng)錨索施工以防止巖體的松弛張裂，然后進(jìn)行預(yù)應(yīng)力管縫式錨桿的施工，進(jìn)行擠密壓實(shí)，并進(jìn)行灌漿固結(jié)。待上述工序完成后進(jìn)行錨孔的封堵灌漿。

預(yù)應(yīng)力管縫式錨桿應(yīng)與預(yù)應(yīng)力錨索加固支護(hù)相互錯(cuò)開。預(yù)應(yīng)力錨索加固之后在錨索方向上玄武巖呈現(xiàn)剛性。

在水平面上，與錨索垂直方向上施加預(yù)應(yīng)力管縫式錨桿，使其主要擠壓水平面上與錨索垂直方向的上巖石，使其空隙減小。

保證預(yù)應(yīng)力管縫式錨桿在垂直斜坡方向上加固6m，膠結(jié)形成完整巖石。

三、結(jié)論

通過(guò)研究，本文得出以下結(jié)論：

(1)預(yù)應(yīng)力管縫錨桿擠密巖石的作用力是通過(guò)旋轉(zhuǎn)擠壓，使錨桿與巖體結(jié)合更加加緊密接觸，同時(shí)可以減少傳統(tǒng)管縫式錨桿對(duì)巖體的震動(dòng)。

(2)施加預(yù)應(yīng)力后還可以進(jìn)行灌漿錨固，使錨桿能夠持久有效的發(fā)揮壓實(shí)擠密作用。

(3)蓋重固結(jié)灌漿方法只作用給柱狀節(jié)理玄武巖一個(gè)粘結(jié)作用不能在徑向給予一個(gè)擠密壓實(shí)力。而預(yù)應(yīng)力管縫式錨桿可以在豎直方向上給予柱狀節(jié)理玄武巖一個(gè)擠密作用，同時(shí)在外圍套管上按照一定間距布置固結(jié)灌漿孔，能夠使將漿液在壓力作用下壓入柱狀節(jié)理玄武巖里面，進(jìn)而對(duì)柱狀節(jié)理玄武巖進(jìn)行粘結(jié)。這是預(yù)應(yīng)力管縫錨桿的一個(gè)特有作用。

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紀(jì)辰陽(yáng)，內(nèi)蒙古赤峰人，重慶交通大學(xué)，水利工程，研究方向:水利水電工程。