CN103527213A - 一种自旋式锚杆锚固土工格栅的坎儿井隧洞加固方法及装置 - Google Patents

一种自旋式锚杆锚固土工格栅的坎儿井隧洞加固方法及装置 Download PDF

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王俊臣
安鹏
余琅
贾君
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一种自旋式锚杆锚固土工格栅的坎儿井隧洞加固装置，它包括自旋式锚杆、螺母、土工格栅、塑料锁卡和U形输水渠道；土工格栅通过塑料锁卡锁扣于自旋式锚杆端部螺纹处，U形输水渠道置于坎儿井隧洞底部，螺母拧在自旋式锚杆端部螺纹紧固，自旋式锚杆在拧紧力的作用下，不断进入土层。一种自旋式锚杆锚固土工格栅的坎儿井隧洞加固方法，它有五大步骤：一、凿除洞壁松散面，安装预制混凝土U型输水渠；二、安装自旋式锚杆；三、固定土工格栅网；四、按预定要求配制混凝土；五、人工抹C25混凝土至设计厚度。本发明在对坎儿井内部破坏的机理和形式分析的基础之上，找到一种便于狭小空间施工操作，节省加固成本，可以大面积推广的新技术新方法。

Description

一种自旋式锚杆锚固土工格栅的坎儿井隧洞加固方法及装置
技术领域
本发明涉及一种自旋式锚杆锚固土工格栅的坎儿井隧洞加固方法及装置，它可直接应用于中国古代三大水利工程之一的坎儿井的保护工程，尤其适用于坎儿井隧洞和竖井的加固，可防止其冻胀、盐胀等剥落坍塌破坏。对于坎儿井这一“活文物”的可持续发展和保护具有重要的意义。
背景技术
坎儿井输水段多为土渠，坍塌、渗漏严重，根据吐鲁番地区多年的工程实践，主要采用以下三种防护方案，现将目前加固技术介绍如下。
（1）城门形浆砌石拱防护
断面为城门形状，采用浆砌石衬砌，高度1.6m，厚0.25m，宽0.6m。见图1a方案一。
（2）椭圆形混凝土涵管防护
椭圆形断面混凝土管高度1.6m，厚度0.08m，每段长0.3m，为了保证混凝土管的安全稳定，配置钢筋网，并在混凝土管中部和底部设置凹槽和凸块，使相邻两块混凝土管之间相互交错，便于相邻两个混凝土管之间相互吻合对齐，防止发生相对错动移位。见图1b方案二。
（3）预制混凝土板防护
防护框架采用高×宽×厚＝1.6m×0.3m×0.06m和高×宽×厚＝0.6m×0.3m×0.06m的尺寸各两块预制板拼接而成。见图1c方案三。
通过三个方案的多年实践，它们能够有效的解决坎儿井输水段的防护，但也存在一定的工程难点和问题，主要体现在以下几个方面：
（1）坎儿井隧洞狭小，一般高为1.6m,宽约0.7m，工程施工难度大，主要材料运输量大和运输困难；
（2）坎儿井断面不规则，需回填衬砌断面和土层之间的空隙，人工施工难度大，且质量难以保证；
（3）工程造价较高。
发明内容
1、目的：针对上述问题施工难度较大，工程造价较高，不适宜大面积推广的问题，本发明的目的是提供一种自旋式锚杆锚固土工格栅的坎儿井隧洞加固方法及装置，该方法及装置根据文物保护的原则，修旧如旧，在对坎儿井内部破坏的机理和形式分析的基础之上，尝试着发明便于狭小空间施工操作，易于施工节省加固成本，可以大面积推广的新技术新方法。
2、技术方案：为完成本发明的目的，本发明采用的技术方案是：
（1）本发明一种自旋式锚杆锚固土工格栅的坎儿井隧洞加固装置，它包括自旋式锚杆、螺母、土工格栅、塑料锁卡和U形输水渠道。它们之间的位置连接关系是：土工格栅通过塑料锁卡锁扣于自旋式锚杆端部螺纹处，U形输水渠道置于坎儿井隧洞底部，螺母拧在自旋式锚杆端部螺纹紧固，自旋式锚杆在拧紧力的作用下，不断进入土层。
所述自旋式锚杆的形状为螺旋状，一端为锥形，便于深入坎儿井土层，中部设有片状螺旋，另一端加工有螺纹，便于螺帽紧固后自旋式锚杆在拧紧力的作用下，不断进入土层。它有两种尺寸：一种长度为80公分，另一种长度为35公分；见图2。
所述螺母，与自旋式锚杆端部螺纹相配，市购件；
所述土工格栅，是塑料材质带小方格或其它形状的双向拉伸格栅，用于定位自旋式锚杆并与混凝土抹面层粘接，使得衬砌混凝土整体性强度增强；是市购件；见图3或图5b。
所述塑料锁卡，是FB16型塑料锁卡，用于固定土工格栅，是市购件；
所述U形输水渠道，是预制件，根据坎儿井的流量采用预制混凝土配制成各种尺寸的U形输水渠道，它放置在坎儿井隧洞底部位置。U形输水渠道断面尺寸根据规范GB/T50600-2010计算获得。
（2）根据坎儿井破坏的机理和特点，采取隔断坎儿井土层含水率随季节的变化，同时增强洞壁强度的思想加固坎儿井。其具体措施是：洞顶和洞壁采用自旋式锚杆锚固土层，洞壁采用塑料土工格栅网、喷护（或人工抹面）C25混凝土衬砌，洞底采用U形预制混凝土输水渠输水，也即U型输水渠道、锚杆、土工格栅和衬砌混凝土的防护方案。
本发明一种自旋式锚杆锚固土工格栅的坎儿井隧洞加固方法，该方法具体步骤如下：
步骤一：凿除洞壁松散面，安装预制混凝土U型输水渠；由于长期的干湿循环和冻融循环等原因使得内壁表面形成一层松散面，为了使得锚固和衬砌顺利，必须将松散层凿除。输水渠采用预制混凝土U型输水渠，隧洞衬砌混凝土底脚采用混凝土基础。
步骤二：安装自旋式锚杆；为了将混凝土衬砌体和土工格栅固定在坎儿井隧洞内壁及顶部，必须采用自行研制的自旋式锚杆进行锚固安装。锚杆长度0.35～0.8m，排距0.8m，隧洞内锚杆的布置如图4所示。
步骤三：固定土工格栅网；为了增强衬砌混凝土的强度，使得衬砌混凝土整体性增强，选择布设塑料土工格栅，将格栅挂于锚杆上，并用FB16型塑料锁卡将土工格栅卡于锚杆上。
步骤四：按预定要求配制混凝土。坎儿井作为一种“活文物”，其具有重要的文物价值，本着“修旧如旧”的原则，外部采用与坎儿井黄土颜色相似的黄色混凝土，内部采用普通混凝土。黄色混凝土一般采用氧化铁黄与混凝土制成，氧化铁黄的参量具有严格要求，经过多次试验，在保证混凝土强度等参数的情况下选择将3%的氧化铁黄加入白色混凝土可以制成与坎儿井黄土一样的混凝土，用于坎儿井隧洞内外抹面衬砌。混凝土的配比如表1。
表1坎儿井一级配混凝土配合比
Figure BDA0000393924860000031
步骤五：人工抹C25混凝土至设计厚度。按照设计要求，采用调制的黄色混凝土对洞壁出口段和出口断面进行人工抹面处理，抹面厚度为5cm。隧洞内部采用常规的灰色普通混凝土抹面。
3、优点及功效：本一种自旋式锚杆锚固土工格栅的坎儿井隧洞加固方法及装置，与现有技术相比，它的优点是：易于施工，便于狭小空间施工操作，节省加固成本，可以大面积推广。
附图说明
图1a为城门形浆砌石拱防护示意图
图1b为椭圆形混凝土涵管防护示意图
图1c为预制混凝土板防护示意图
图2自制自旋式锚杆尺寸示意图
图3隧洞衬砌混凝土双向拉伸塑料土工格栅示意图
图4坎儿井内壁锚杆分布示意图
图5a固定土工格栅主视图
图5b固定土工格栅左视图
具体实施方式
现结合附图，对本发明进一步说明。见图1a——图5b，
（1）本发明一种自旋式锚杆锚固土工格栅的坎儿井隧洞加固装置，它包括自旋式锚杆、螺母、土工格栅、塑料锁卡和U形输水渠道。它们之间的位置连接关系是：土工格栅通过塑料锁卡锁扣于自旋式锚杆端部螺纹处，U形输水渠道置于坎儿井隧洞底部，螺母拧在自旋式锚杆端部螺纹紧固，自旋式锚杆在拧紧力的作用下，不断进入土层。
所述自旋式锚杆的形状为螺旋状，一端为锥形，便于深入坎儿井土层，中部设有片状螺旋，另一端加工有螺纹，便于螺帽紧固后自旋式锚杆在拧紧力的作用下，不断进入土层。它有两种尺寸：一种长度为80公分，另一种长度为35公分；见图2。
所述螺母，与自旋式锚杆端部螺纹相配，市购件；
所述土工格栅，是塑料材质带小方格或其它形状的双向拉伸格栅，用于定位自旋式锚杆并与混凝土抹面层粘接，使得衬砌混凝土整体性强度增强；是市购件；见图3或图5b。
所述塑料锁卡，是FB16型塑料锁卡，用于固定土工格栅，是市购件；
所述U形输水渠道，是预制件，根据坎儿井的流量采用预制混凝土配制成各种尺寸的U形输水渠道，它放置在坎儿井隧洞底部位置。U形输水渠道断面尺寸根据规范GB/T50600-2010计算获得。
（2）根据坎儿井破坏的机理和特点，采取隔断坎儿井土层含水率随季节的变化，同时增强洞壁强度的思想加固坎儿井。其具体措施是：洞顶和洞壁采用自旋式锚杆锚固土层，洞壁采用塑料土工格栅网、喷护（或人工抹面）C25混凝土衬砌，洞底采用U形预制混凝土输水渠输水，也即U型输水渠道、锚杆、土工格栅和衬砌混凝土的防护方案。
本发明一种自旋式锚杆锚固土工格栅的坎儿井隧洞加固方法，该方法具体步骤如下：
步骤一：凿除洞壁松散面，安装预制混凝土U型输水渠；由于长期的干湿循环和冻融循环等原因使得内壁表面形成一层松散面，为了使得锚固和衬砌顺利，必须将松散层凿除。输水渠采用预制混凝土U型输水渠，隧洞衬砌混凝土底脚采用混凝土基础。
步骤二：安装自旋式锚杆；为了将混凝土衬砌体和土工格栅固定在坎儿井隧洞内壁及顶部，必须采用自行研制的自旋式锚杆进行锚固安装。锚杆长度0.35～0.8m，排距0.8m，隧洞内锚杆的布置如图4所示。
步骤三：固定土工格栅网；为了增强衬砌混凝土的强度，使得衬砌混凝土整体性增强，选择布设塑料土工格栅，将格栅挂于锚杆上，并用FB16型塑料锁卡将土工格栅卡于锚杆上，如图5a、图5b所示。
步骤四：按预定要求配制混凝土。坎儿井作为一种“活文物”，其具有重要的文物价值，本着“修旧如旧”的原则，外部采用与坎儿井黄土颜色相似的黄色混凝土，内部采用普通混凝土。黄色混凝土一般采用氧化铁黄与混凝土制成，氧化铁黄的参量具有严格要求，经过多次试验，在保证混凝土强度等参数的情况下选择将3%的氧化铁黄加入白色混凝土可以制成与坎儿井黄土一样的混凝土，用于坎儿井隧洞内外抹面衬砌。混凝土的配比如表1。
表1坎儿井一级配混凝土配合比
Figure BDA0000393924860000041
Figure BDA0000393924860000051
步骤五：人工抹C25混凝土至设计厚度。按照设计要求，采用调制的黄色混凝土对洞壁出口段和出口断面进行人工抹面处理，抹面厚度为5cm，隧洞内部采用常规的灰色普通混凝土抹面。
下面就几种加固的方法，作经济技术对比：
本方法解决了前三种方法存在的缺点，现在将本方法与前三种加固方案进行经济技术对比，以说明该方法的应用价值，见表3。
表2坎儿井隧洞加固支护方案比较
Figure BDA0000393924860000052
四个方案100m费用见表3～6。
表3城门形浆砌石加固坎儿井预算表
Figure BDA0000393924860000061
表4椭圆型混凝土涵加固坎儿井预算表
Figure BDA0000393924860000062
表5预制混凝土板涵加固坎儿井预算表
Figure BDA0000393924860000063
表6自旋式锚杆土工格栅衬砌坎儿井预算表
Figure BDA0000393924860000064
四个方案的造价，施工条件和工程技术条件的对比分析表明：自旋式锚杆锚固土工格栅衬砌坎儿井的方案较好，造价最低。通过对吐鲁番市艾丁湖乡庄子村阿洪坎儿井的加固试验得到了较好的证明，是较好的且符合坎儿井工程实际的加固方案，具有很大的推广应用意义。

Claims (2)

1.一种自旋式锚杆锚固土工格栅的坎儿井隧洞加固装置，其特征在于：它包括自旋式锚杆、螺母、土工格栅、塑料锁卡和U形输水渠道；土工格栅通过塑料锁卡锁扣于自旋式锚杆端部螺纹处，U形输水渠道置于坎儿井隧洞底部，螺母拧在自旋式锚杆端部螺纹紧固，自旋式锚杆在拧紧力的作用下，不断进入土层；
所述自旋式锚杆的形状为螺旋状，一端为锥形，便于深入坎儿井土层，中部设有片状螺旋，另一端加工有螺纹，便于螺帽紧固后自旋式锚杆在拧紧力的作用下，不断进入土层；它有两种尺寸：一种长度为80公分，另一种长度为35公分；
所述螺母，与自旋式锚杆端部螺纹相配；
所述土工格栅，是塑料材质带小方格或其它形状的双向拉伸格栅，用于定位自旋式锚杆并与混凝土抹面层粘接，使得衬砌混凝土整体性强度增强；
所述塑料锁卡，是FB16型塑料锁卡，用于固定土工格栅；
所述U形输水渠道，是预制件，根据坎儿井的流量采用预制混凝土配制成各种尺寸的U形输水渠道，它放置在坎儿井隧洞底部位置，U形输水渠道断面尺寸根据规范GB/T50600-2010计算获得。
2.一种自旋式锚杆锚固土工格栅的坎儿井隧洞加固方法，其特征在于：该方法具体步骤如下：
步骤一：凿除洞壁松散面，安装预制混凝土U型输水渠；由于长期的干湿循环和冻融循环原因使得内壁表面形成一层松散面，为了使得锚固和衬砌顺利，必须将松散层凿除；输水渠采用预制混凝土U型输水渠，隧洞衬砌混凝土底脚采用混凝土基础；
步骤二：安装自旋式锚杆；为了将混凝土衬砌体和土工格栅固定在坎儿井隧洞内壁及顶部，必须采用自行研制的自旋式锚杆进行锚固安装；锚杆长度0.35～0.8m，排距0.8m，隧洞内锚杆按预定布置；
步骤三：固定土工格栅网；为了增强衬砌混凝土的强度，使得衬砌混凝土整体性增强，选择布设塑料土工格栅，将格栅挂于锚杆上，并用FB16型塑料锁卡将土工格栅卡于锚杆上；
步骤四：按预定要求配制混凝土；外部采用与坎儿井黄土颜色相似的黄色混凝土，内部采用普通混凝土；黄色混凝土一般采用氧化铁黄与混凝土制成，氧化铁黄的参量具有严格要求，在保证混凝土强度的情况下选择将3%的氧化铁黄加入白色混凝土制成与坎儿井黄土一样的混凝土，用于坎儿井隧洞内外抹面衬砌；混凝土的配比如下列表1
表1坎儿井一级配混凝土配合比
Figure FDA0000393924850000021
步骤五：人工抹C25混凝土至设计厚度；按照设计要求，采用调制的黄色混凝土对洞壁出口段和出口断面进行人工抹面处理，抹面厚度为5cm；隧洞内部采用常规的灰色普通混凝土抹面。
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