对复杂地质结构中锚索成孔技术应用探讨

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 对复杂地质结构中锚索成孔技术应 用探讨 摘要: 水利水电工程锚索支护区 域地质条件大多较为复杂, 锚索施工难 度较大。该文结合复杂地层预应力锚索 工程实践, 着重对水利水电工程复杂地 层锚索的成孔技术及压力分散型锚索进 行介绍, 以期对类似工程施工提供参考。 中国论文网 /2/view-12911672.htm 关键词: 复杂地层 ; 成孔技术; 压力分散型锚索; 水电水利工程 前言 近年来, 预应力锚固技术被广泛 应用于水利水电工程中, 在高陡边坡、 地下洞室、大坝基础、大型弧门闸墩、 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 压力隧洞环锚式预应力衬砌以及其他水 工建筑物等的加固工程中, 均取得良好 的应用效果。 水利水电工程大多建坝于高山峡 谷, 两岸边坡陡峭, 岩体风化卸荷强烈, 地质条件大多较为复杂。为确保边坡、 构筑物的安全稳定, 预应力锚索支护方 式被广泛采用。复杂的地质条件和环境, 使得预应力锚索施工难度较大, 且对锚 索锚固段应力状况及防腐能力也提出了 要求。结合复杂地层预应力锚索工程实 践, 本文着重对水利水电工程复杂地层 锚索的成孔技术及压力分散型锚索的探 索研究情况进行总结介绍, 为今后类似 工程施工提供经验与借鉴。 1 复杂地层锚索成孔技术研究 锚索施工的第一步是成孔。就岩 体锚固工程而言,在岩体风化、卸荷程度 较轻的地层条件下, 锚索孔采用锚固钻 机及空压机带动风动冲击器及合金钻头 进行冲击回转钻进成孔的过程中, 掉块 卡钻情况较少, 钻进效果较好。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 对于坡积体、堆积体、覆盖层、 全风化岩体等复杂地层, 成孔过程中, 掉块卡钻严重, 起钻塌孔, 成孔难度极 大。锚索孔的成孔质量及效率成为影响 锚索施工进度的重要因素。 11 复杂地层锚孔成孔难点分析 1）掉块卡钻。锚索孔孔径较大 时, 钻头直径与钻杆直径相差较大, 造 成间隙大, 遇破碎带掉块时易卡钻, 处 理事故难度大、成本高、时间长。 2）起钻塌孔。严重破碎孔段, 拔 出钻具后, 孔壁岩块垮塌 , 堵塞孔道, 需 重新破碎后方可朝前钻进, 多次反复进 行, 进度慢、效率低, 钻具磨损亦大。 3）摩擦阻力大。掉块卡钻, 增大 了钻杆和钻头的回转阻力和提钻阻力, 相应地需要钻机能提供较大扭矩和提升 力, 对钻杆、钻头的强度也提出了更高 的要求。 4）排渣困难。遇较大裂隙孔段, 或者深孔、大口径孔, 将面临排渣困难 的情况。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 12 复杂地层成孔工艺方法 复杂地层锚索孔成孔施工中, 根 据孔壁坍塌、岩体破碎情况, 采取套管 或灌浆等方法护壁, 按照合理设计的钻 孔结构进行钻进, 在施工实践中取得了 满意的效果。 ( a) 同心跟管护壁 ( b ) 偏心跟管护壁 图 1 套管护壁钻具结构示意 套管护壁方法包括同心跟管护壁、 偏心跟管护壁等(如图 1), 多用于锚孔遇 浅表部覆盖层、全强风化岩体孔壁易坍 塌时护壁。灌浆护壁方法包括固壁灌浆、 超前固结灌浆等, 多用于锚孔中深部遇 岩体破碎、严重失水及漏风或地下水渗 漏严重钻进受阻时护壁。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 13 复杂地层成孔设备机具分 析选择 在复杂地层中施工锚索时, 将面 临掉块卡钻、起钻塌孔、排渣困难、摩 擦阻力大等一系列问题, 这对钻机等设 备的能力提出了更高的要求, 因此选择 适宜的成孔设备十分重要。 进口钻机配备的功率大, 但设备 重量大、价格高, 同时由于国内与国外 在边坡开挖支护方法上的差异, 使得进 口钻机难以满足国内客户的要求。为此, 国内钻机厂商根据国内施工实际情况, 在钻机功率、钻机结构、钻机主要部件 等方面进行了合理调整, 使国产液压钻 机成为岩土锚固工程施工的主力钻机。 YG - 80、MGY l00A、YG - 100 型等液 压锚固钻机, 由液压泵站、操作台、主 机等组成, 电机功率在 30kW 及以上、 扭矩在 3000N# m 以上, 液压泵及液压 马达采用进口件或采用国外先进技术的 国产件, 具有分体搬迁灵活、操作方便、 钻进能力强等特点, 适宜于管架平台上 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 进行施工作业, 切实地满足了现场施工 实际需要。 经施工实践, 采用 ZDT 系列同心 跟管钻具、ZDP 系列偏心跟管钻具、同 径粗径钻具、扶正器、钻杆体焊螺旋片、 防卡器以及对心喷射灌浆钻具等适用于 复杂地层的器具, 取得了令人满意的钻 进效果。 14 典型复杂地层锚孔成孔实 践 某一级电站左岸导流孔出口部位 边坡锚索施工,针对该部位锚孔排渣困难、 易发生掉块卡钻事故、钻进摩擦阻力大 等施工难点, 选用国产大功率液压钻机, 采用粗径钻具及扶正器、防卡器等系列 钻具组合使用, 按预定计划完成锚孔施 工任务, 达到了设计要求。 某电站 2 号山梁堆积体主要为块 石、特大孤石夹碎石质土或碎石层或砂 质粉土。边坡支护难度大, 特别是堆积 土锚索的施工难度, 严重影响边坡支护 和开挖工程施工进度。经研究试验采用 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 168 偏心跟管成孔工艺, 最大跟管深度 为 58.6m, 平均跟管深度为 38.7m, 解决 了堆积体成孔难题, 实现了高效快速成 孔。官地水电站左岸缆机平台边坡涉及 的地层主要为 二叠系上统玄武岩组成, 具有硬、 脆、碎, 浅表部风化卸荷强烈, 呈散体、 碎裂或块裂结构, 以及软硬岩并存等复 杂地质条件。在成孔过程中, 掉块、卡 钻、塌孔严重, 成孔难度大, 采用跟管 成孔工艺与超前固结灌浆相结合的方法 给予解决。跟 168 /178 套管, 以较快的 速度穿越覆盖层, 在破碎、呈散体、碎 裂或块裂结构的围岩中,边钻进边提前灌 浆固结, 有效稳固孔壁围岩, 利于成孔、 声波测试、锚索下索。 2 复杂性地层压力分散型锚索的 研究与应用 压力分散型锚索是在荷载集中 (拉力和压力)型锚索基础发展起来的一 种新型单孔复合锚固体系( SBMA 法), 其在同一钻孔中安装具有各自不同自由 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 段长度和锚固长度的几个单元锚索, 并 且通过预先的补偿张拉将其承受的集中 拉力荷载分散为多个相等的较小压力荷 载分别作用于各单元锚索的锚固段上, 使锚索锚固段上的粘结应力值大大减小 且分布均匀, 从而有效改变了荷载集中 型锚索受荷时产生严重的应力集中现象, 使锚索的受力结构更为合理。 2.1 结构 组成压力分散型锚索的受力筋是 无粘结钢铰线, 注浆体与钢铰线间由 PE 管隔离, 不传递剪应力, 钢铰线的端头 被挤压套限位于承压板, 把锚索的拉力 转换为对注浆体的压力。每个承压板上 钢铰线的根数, 由钻孔直径、注浆设计 强度和每根钢铰线的设计拉力确定; 承 压板的间距由承压板的设计压力、钻孔 直径和注浆体与孔壁间的抗剪强度确定; 每根锚索采用的承压板数量由锚索的设 计拉力确定。其结构如图 2 所示: -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 9 图 2 压力分散型锚索结构示意 2.2 压力分散型锚索的优点 1) 锚固段注浆体受力合理 无论是水泥砂浆或是水泥浆, 硬 化后都属于脆性材料, 抗压强度高, 抗 拉强度低。锚固段注浆体受压剪作用, 由于不受拉力, 不会产生拉裂破坏, 由 于受压, 不仅充分利用了注浆体的强度 特点, 而且注浆体受压时受孔壁的限制 抗压强度还可以提高。 2) 锚固段注浆体受力均匀 由于锚索的拉力分散加压于不同 深度处的注浆体上, 减小了注浆体的压 应力集中, 既避免了注浆体压碎的危险, 也使得锚固段注浆体受力更加均匀。 3) 锚索的单孔设计承载力可以很 大 据报道目前我国单根锚索最大设 计承载力为 10MN, 属拉力型锚索。云 南漫湾水电站设计有 6MN 拉力型锚索, 在工程锚索施工前曾做 3 根试验锚索, -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 10 试验后用简单的工具探测到锚固段注浆 体破碎深度已达 100mm, 锚固段拉裂的 深度还要大得多。可以预料, 10MN 锚 索锚固段注浆体破坏的深度将会更大, 设计承载力越大, 锚固段破坏的深度越 深。如果采用压力分散型锚索, 单孔设 计承载力做到 10MN 甚至更大, 也不会 压碎锚固段注浆体, 无非是承压板多设 几级。 2.3 压力分散型锚索与拉力型 锚索对比试验 为获得不同类型锚索锚固段应力 实际分布情况, 为锚型选择提供客观依 据, 经过对瀑布沟水电站预应力锚索、 紫坪铺水利枢纽工程边坡锚索、锦屏水 电站锚索等进行试验。试验结果表明: 1) 拉力型锚索锚固段前端附近的应力测试 值很小, 说明该处附近水泥结石体发生 了破坏。拉力型锚索锚固段前存在“各 个破击”现象及其应力集中的特征。2)压 力分散型锚索锚固段应力分布为拉压应 力的复合分布, 改善了应力的峰值, 锚 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 11 固段注浆体受力合理, 应力分布较为均 匀, 利于保持锚索的长效锚固。 2.4 压力分散型锚索的应用 压力分散型锚索以其诸多的优点, 不仅在岩石边坡锚固工程中得到广泛应 用, 在覆盖层、堆积体等复杂地层锚固 工程中也得到大量应用。下面是笔者了 解了几个工程的应用情况如下： 1) 锦屏水电站一级电站大坝右 岸, 工程地质性状差, 岩体呈散体结构 为 IV C V 类围岩, 围岩不稳定。经过 2007 年 10 11 月在大坝内具有相同地 质条件的 7 号公路 7S1 7S2 之间边坡 进行了压力分散型锚索的可靠性试验, 决定选用压力分散型锚索为主的边坡 深层支护%方式进行永久性支 护。 2) 云南小湾电站右坝肩堆积体厚 达 40m 左右 , 边坡采用了大量的 1 800kN 级锚索进行加固处理。部分锚索 采用压力分散型锚索, 孔深为 55 60m, 采用跟管钻进成孔技术, 有效孔径为 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 12 138mm。由于采用全孔一次注浆工艺, 避免了拉力型锚索二次注浆工艺中注浆 效果不佳给锚固注浆质量带来的隐患。 3) 紫坪铺水利枢纽工程引水发电 隧洞进口、溢洪道及右坝肩边坡岩性为 砂岩、泥质粉砂岩与煤质页岩互层, 台 卸荷水平深度约为 40 50m, 岩体破碎, 采用压力分散型锚索进行加固处理。 4) 长河坝电站 1 号、2 号导流洞 进口地形陡峻, 边坡岩体以块裂结构为 主, 浅表部卸荷拉裂明显。采用压力分 散型锚索进行支护, 共使用 1 000kN 级 锚索 60 根、2 000kN 级锚索 245 根、3 000kN 级锚索 377 根。在钻孔过程中, 多次遇岩体破碎使钻进受阻, 采取超前 固结灌浆等措施进行处理。 5) 张峰水库溢洪道整体深层抗滑 边坡采用压力分散型大吨位锚索。)云 南龙马水电溢洪道边坡支护设计采用 100 多束压力分散型预应力锚索, 间排 距为 5m, 长度为 40m 与 35m 交错布置。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 13 3 结语 在复杂地层中进行锚索施工, 锚 索成孔质量及效率成为影响锚索施工进 度的重要因素, 根据