CN106593499A - 一种地下厂房顶拱预应力锚杆施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种地下厂房顶拱预应力锚杆施工方法，该方法包括施工准备、校正位置、钻孔及清洗、注浆准备、安插锚杆、一次注浆、待凝、二次注浆、装锚具、张拉、锁定和无损检查等步骤。该方法采用12m预应力锚杆代替钢拱架来实现对地下厂房拱顶的锚固，并运用布袋止浆，简化了张拉工艺，缩短了施工工期，保证了工程质量，并能大幅节省施工成本。
Description
技术领域
本发明涉及水利水电工程技术领域，尤其涉及水电站引水发电系统土建工程技术领域，具体涉及一种地下厂房顶拱预应力锚杆施工方法。
背景技术
贵州北盘江流域马马崖一级水电站引水发电系统土建工程，该电站为地下厂房，厂房宽24.9m、长140.5m，地质条件较差，顶拱为缓倾角薄层，原方案针对该地下厂房顶拱采用无粘结预应力锚索与砂浆锚杆支护，锚索容易安装，且不对锚固段进行止浆，只需一次注浆完成，但锚索成本高，造孔深、孔径大、施工工期长，严重影响厂房开挖与支护进度。经测量和讨论后，将地下厂房顶拱支护由原来的锚索支护改为预应力锚杆与砂浆锚杆后，由于预应力锚杆长(长度12m)，施工工序复杂、难度较大，特别是锚杆注浆施工工艺；顶拱锚杆为永久支护，为了确保锚杆注浆密实，要求采取全砂浆锚固施工工艺，需分为锚固段与张拉段两次注浆，施工难度大；由于顶拱为缓倾角薄层，为了防止顶拱出现垮塌，必须及时跟进支护，但预应力锚杆施工工序复杂，特别是锚固段注浆与张拉施工；目前国内承建的地下厂房顶拱采用的预应力锚杆长度均未达到12m，没有可借鉴的经验，为了确保地下厂房顶拱锚杆施工质量与支护进度，只能通过研究、摸索，总结出一套合理的施工方案。
发明内容
本发明旨在提供一种地下厂房顶拱预应力锚杆施工方法，以解决现有地下厂房采用锚索支护所存在的成本高，造孔深、孔径大、施工工期长等问题；同时解决传统预应力锚杆支护所存在的造孔深、杆体长，安装与注浆施工难度大的问题。
本发明是通过如下技术方案予以实现的：
一种地下厂房顶拱预应力锚杆施工方法，该方法包括以下步骤：
(1)施工准备：对锚杆热轧螺纹钢、连接套筒、水泥进行检测，并按设计要求制作锚杆和锚垫板，锚杆前端削尖后端开螺纹，锚垫板中部开通孔；
(2)校正位置：在拱顶标记出钻孔的孔位，孔位经测量人员放点并用油漆标识；
(3)钻孔及清洗：采用多臂钻造孔在标记处进行钻孔，钻孔完成后来回抽动钻杆将孔内岩粉、石渣清洗干净；
(4)注浆准备：将锚固段注浆管、锚固段排气管、自由段注浆管和自由段排气管一同绑扎在锚杆上，然后在锚杆上套上一个止浆袋，并在位于止浆袋范围内的锚固段注浆管上开设一个缺口；
(5)安插锚杆：将锚杆插入孔内并使得锚杆前端与孔内底端相抵，然后在孔口用木楔打入孔内对锚杆进行固定，木楔末端与孔口齐平，固定后采用锚固剂对孔口进行封堵密实；
(6)一次注浆：通过锚固段注浆管向孔内注入混凝土，混凝土通过缺口首先将止浆袋注满，然后再通过管口注入孔底，当止浆袋以上的孔内注满后形成锚固段并停止注浆，注浆过程中孔内空气通过锚固段排气管排出；
(7)待凝：注浆后待凝3-5小时，直至锚固段注入的混凝土达到设计强度的75％；
(8)二次注浆：通过自由段注浆管向孔内注入混凝土，注浆过程中孔内空气通过自由段排气管排出，混凝土涌至孔口形成自由段后停止注浆；
(9)装锚具：二次注浆完成后1min内在锚杆后端套上开孔的锚垫板，并在锚垫板与孔口基岩之间设置棉布止浆，然后在锚杆后端的螺纹段上套接螺母固定锚垫板；
(10)张拉：根据锚杆设计最大张拉预应力选择匹配的千斤顶对锚杆进行张拉；
(11)锁定：张拉完成后拧紧螺母锁紧锚垫板，将外露的棉布撤除并喷混凝土将锚垫板覆盖即完成单根锚杆施工；
(12)无损检查：对施工完成后的锚杆进行检查，对有缺陷的位置进行补救处理直至达到设计要求。
所述锚杆长12m、直径32mm，前端3m为锚固段，后端9m为自由段，所述钻孔孔径为70mm。
所述步骤(1)中锚杆后端采用钢筋剥肋滚轧直螺纹机加工长25cm的螺纹，锚垫板为长20cm、宽20cm、厚2cm的钢板，锚垫板中部通孔孔径为35mm。
所述步骤(4)中锚固段排气管和锚固段注浆管穿过止浆袋，且锚固段排气管管口与锚杆前端齐平，锚固段注浆管管口距离锚固段排气管管口0.5-1m；自由段排气管管口距离止浆袋20cm，自由段注浆管管口距离自由段排气管管口0.5-1m，锚固段注浆管上开设的缺口尺寸为10mm×20mm。
所述止浆袋为直径7.5-8cm、长20-22mm的圆柱形布袋，所述锚固段注浆管和自由段注浆管的管径均为16mm，所述锚固段排气管和自由段排气管的管径均为8mm。
所述步骤(6)中锚固段注浆管向孔内注入M35混凝土砂浆，止浆袋注满后锚固段注浆管与锚固段排气管在注浆的同时以1cm/s的速度向孔口移动。
所述步骤(8)中自由段注浆管向孔内注入M25混凝土砂浆，自由段注浆管与自由段排气管在注浆的同时以2cm/s的速度向孔口移动。
所述步骤(9)中设置的棉布厚度为3-5cm。
所述步骤(10)中分级张拉值为设计最大张拉预应力的10％、25％、75％、100％和120％。
所述螺母为大六角M27高强螺母，螺母内径30mm、外径56mm，对边宽48mm、长30mm。
本发明的有益效果是：
与现有技术相比，本发明提供的地下厂房顶拱预应力锚杆施工方法，采用12m预应力锚杆代替钢拱架来实现对地下厂房拱顶的锚固，并运用布袋止浆，简化了张拉工艺，缩短了施工工期，保证了工程质量，并能大幅节省施工成本，为缓倾角薄层大型洞室预应力锚杆施工提供了宝贵的、可借鉴的经验，取得了良好经济效益和社会效益；同时该方法可操作性强、适应性强，投入少，成本低，适用于地层岩性复杂、沿线施工可能遇煤系地层，断层、涌水、高地应力等不良地质问题或缓倾角薄层大型洞室厂房顶拱预应力锚杆施工，特别是全长砂浆锚固预应力锚杆支护施工，值得在地下洞室工程中推广应用。
附图说明
图1是本发明的工艺流程图；
图2是本发明中锚杆安装示意图；
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本发明的技术方案作进一步说明，但所要求的保护范围并不局限于所述；
实施例1：贵州省北盘江中下游马马崖一级水电站的地下厂房顶拱支护工程实际施工中应用，贵州北盘江马马崖一级水电站为北盘江干流(茅口以下)梯级开发的第二个电站，工程任务以发电为主，航运次之。电站装机容量558MW，安装三台单机容量为180MW的水轮发电机组和一台18MW的生态小机组，属二等大(2)型工程。该工程于2011年9月开始施工，于2012年3月完工，马马崖一级水电站地下厂房顶拱支护采用12m全长砂浆锚固预应力砂浆锚杆代替锚索施工。
具体施工步骤如图1所示：对锚杆热轧螺纹钢、连接套筒、水泥进行检测，并按设计要求制作锚杆和锚垫板，锚杆前端削尖后端开螺纹，锚垫板中部开通孔，锚杆长12m、直径32mm，前端3m为锚固段，后端9m为自由段，所述钻孔孔径为70mm，锚杆后端采用钢筋剥肋滚轧直螺纹机加工长25cm的螺纹，锚垫板为长20cm、宽20cm、厚2cm的钢板，锚垫板中部通孔孔径为35mm；校正位置：在拱顶标记出钻孔的孔位，孔位经测量人员放点并用油漆标识；采用多臂钻造孔在标记处进行钻孔，钻孔完成后来回抽动钻杆将孔内岩粉、石渣清洗干净；将锚固段注浆管、锚固段排气管、自由段注浆管和自由段排气管一同绑扎在锚杆上，然后在锚杆上套上一个止浆袋，止浆袋为直径7.5-8cm、长20-22mm的圆柱形布袋，如图2所示，所述锚固段注浆管和自由段注浆管的管径均为16mm，所述锚固段排气管和自由段排气管的管径均为8mm，并在位于止浆袋范围内的锚固段注浆管上开设一个缺口，锚固段排气管和锚固段注浆管穿过止浆袋，且锚固段排气管管口与锚杆前端齐平，锚固段注浆管管口距离锚固段排气管管口0.5-1m；自由段排气管管口距离止浆袋20cm，自由段注浆管管口距离自由段排气管管口0.5-1m，锚固段注浆管上开设的缺口尺寸为10mm×20mm；将锚杆插入孔内并使得锚杆前端与孔内底端相抵，然后在孔口用木楔打入孔内对锚杆进行固定，木楔末端与孔口齐平，固定后采用锚固剂对孔口进行封堵密实；通过锚固段注浆管向孔内注入混凝土，混凝土通过缺口首先将止浆袋注满，然后再通过管口注入孔底，当止浆袋以上的孔内注满后形成锚固段并停止注浆，注浆过程中孔内空气通过锚固段排气管排出，锚固段注浆管向孔内注入M35混凝土砂浆，止浆袋注满后锚固段注浆管与锚固段排气管在注浆的同时以1cm/s的速度向孔口移动；注浆后待凝3-5小时，直至锚固段注入的混凝土达到设计强度的75％；通过自由段注浆管向孔内注入混凝土，注浆过程中孔内空气通过自由段排气管排出，混凝土涌至孔口形成自由段后停止注浆，自由段注浆管向孔内注入M25混凝土砂浆，自由段注浆管与自由段排气管在注浆的同时以2cm/s的速度向孔口移动；二次注浆完成后1min内在锚杆后端套上开孔的锚垫板，并在锚垫板与孔口基岩之间设置棉布止浆，棉布厚度为3-5cm，然后在锚杆后端的螺纹段上套接螺母固定锚垫板，螺母为大六角M27高强螺母，螺母内径30mm、外径56mm，对边宽48mm、长30mm；根据锚杆设计最大张拉预应力选择匹配的千斤顶对锚杆进行张拉，分级张拉值为设计最大张拉预应力的10％、25％、75％、100％和120％；张拉完成后拧紧螺母锁紧锚垫板，将外露的棉布撤除并喷混凝土将锚垫板覆盖即完成单根锚杆施工；对施工完成后的锚杆进行检查，对有缺陷的位置进行补救处理直至达到设计要求。
按照上述施工步骤进行锚杆施工后，加快了施工进度，保证了工程质量，节约了施工成本，检测单位对厂房顶拱12m预应力锚杆全部进行了无损检测，Ⅰ级锚杆占94.46％，无不合格锚杆。厂房已开挖完成，目前正在进行混凝土浇筑，从顶拱目前监测结果看，最大位移为16.18mm，且变化值小，说明顶拱锚杆施工质量控制较好，围岩处于稳定状态；马马崖一级水电站地下厂房顶拱12m全长砂浆锚固预应力锚杆施工工艺的成功应用，为今后大型洞室长锚杆支护施工提供了宝贵的经验。
根据原设计方案，若采用拱架、锚杆支护方式，每米顶拱需布置7根Φ25、L＝2m系统锚杆、1榀14.7m长18a钢拱架、8根Φ25、L＝2.5m锁脚锚杆、15根Φ20、L＝1m连接钢筋，费用为3933元；调整为2根12m预应力锚杆后，费用为3700元，每米节约成本233元，07标设计图纸V类围岩共6426m，共计节约成本149.73万元；采用预应力锚杆替代拱架、锚杆，确保了顶拱支护得于及时跟进，为隧洞开挖与支护赢得时间，节约工期至少1.5个月。
Claims (10)
1.一种地下厂房顶拱预应力锚杆施工方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
(1)施工准备：对锚杆热轧螺纹钢、连接套筒、水泥进行检测，并按设计要求制作锚杆和锚垫板，锚杆前端削尖后端开螺纹，锚垫板中部开通孔；
(2)校正位置：在拱顶标记出钻孔的孔位，孔位经测量人员放点并用油漆标识；
(3)钻孔及清洗：采用多臂钻造孔在标记处进行钻孔，钻孔完成后来回抽动钻杆将孔内岩粉、石渣清洗干净；
(4)注浆准备：将锚固段注浆管、锚固段排气管、自由段注浆管和自由段排气管一同绑扎在锚杆上，然后在锚杆上套上一个止浆袋，并在位于止浆袋范围内的锚固段注浆管上开设一个缺口；
(5)安插锚杆：将锚杆插入孔内并使得锚杆前端与孔内底端相抵，然后在孔口用木楔打入孔内对锚杆进行固定，木楔末端与孔口齐平，固定后采用锚固剂对孔口进行封堵密实；
(6)一次注浆：通过锚固段注浆管向孔内注入混凝土，混凝土通过缺口首先将止浆袋注满，然后再通过管口注入孔底，当止浆袋以上的孔内注满后形成锚固段并停止注浆，注浆过程中孔内空气通过锚固段排气管排出；
(7)待凝：注浆后待凝3-5小时，直至锚固段注入的混凝土达到设计强度的75％；
(8)二次注浆：通过自由段注浆管向孔内注入混凝土，注浆过程中孔内空气通过自由段排气管排出，混凝土涌至孔口形成自由段后停止注浆；
(9)装锚具：二次注浆完成后1min内在锚杆后端套上开孔的锚垫板，并在锚垫板与孔口基岩之间设置棉布止浆，然后在锚杆后端的螺纹段上套接螺母固定锚垫板；
(10)张拉：根据锚杆设计最大张拉预应力选择匹配的千斤顶对锚杆进行张拉；
(11)锁定：张拉完成后拧紧螺母锁紧锚垫板，将外露的棉布撤除并喷混凝土将锚垫板覆盖即完成单根锚杆施工；
(12)无损检查：对施工完成后的锚杆进行检查，对有缺陷的位置进行补救处理直至达到设计要求。
2.根据权利要求1所述的地下厂房顶拱预应力锚杆施工方法，其特征在于：所述锚杆长12m、直径32mm，前端3m为锚固段，后端9m为自由段，所述钻孔孔径为70mm。
3.根据权利要求1所述的地下厂房顶拱预应力锚杆施工方法，其特征在于：所述步骤(1)中锚杆后端采用钢筋剥肋滚轧直螺纹机加工长25cm的螺纹，锚垫板为长20cm、宽20cm、厚2cm的钢板，锚垫板中部通孔孔径为35mm。
4.根据权利要求1所述的地下厂房顶拱预应力锚杆施工方法，其特征在于：所述步骤(4)中锚固段排气管和锚固段注浆管穿过止浆袋，且锚固段排气管管口与锚杆前端齐平，锚固段注浆管管口距离锚固段排气管管口0.5-1m；自由段排气管管口距离止浆袋20cm，自由段注浆管管口距离自由段排气管管口0.5-1m，锚固段注浆管上开设的缺口尺寸为10mm×20mm。
5.根据权利要求1所述的地下厂房顶拱预应力锚杆施工方法，其特征在于：所述止浆袋为直径7.5-8cm、长20-22mm的圆柱形布袋，所述锚固段注浆管和自由段注浆管的管径均为16mm，所述锚固段排气管和自由段排气管的管径均为8mm。
6.根据权利要求1所述的地下厂房顶拱预应力锚杆施工方法，其特征在于：所述步骤(6)中锚固段注浆管向孔内注入M35混凝土砂浆，止浆袋注满后锚固段注浆管与锚固段排气管在注浆的同时以1cm/s的速度向孔口移动。
7.根据权利要求1所述的地下厂房顶拱预应力锚杆施工方法，其特征在于：所述步骤(8)中自由段注浆管向孔内注入M25混凝土砂浆，自由段注浆管与自由段排气管在注浆的同时以2cm/s的速度向孔口移动。
8.根据权利要求1所述的地下厂房顶拱预应力锚杆施工方法，其特征在于：所述步骤(9)中设置的棉布厚度为3-5cm。
9.根据权利要求1所述的地下厂房顶拱预应力锚杆施工方法，其特征在于：所述步骤(10)中分级张拉值为设计最大张拉预应力的10％、25％、75％、100％和120％。
10.根据权利要求1所述的地下厂房顶拱预应力锚杆施工方法，其特征在于：所述螺母为大六角M27高强螺母，螺母内径30mm、外径56mm，对边宽48mm、长30mm。
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