基坑锚喷支护（精选7篇）
基坑锚喷支护 篇1
1 工程概况
某公寓楼, 框架结构, 地下一层, 地上七层, 建筑面积5247m2。公寓楼地下室基坑平面尺寸33.10m×21.70m。基坑开挖深度为-6.80m。场地地面标高±0.00m。楼的周围环境是:西面有一道砖围墙, 距基坑边3m, 东、北面均多层住宅外墙距基坑边分别为4m、2.3m, 南面场地宽阔。施工期间, 必须保证临近建筑物的安全。
场地地质状况, 自上而下土层分布: (1) 粉质粘土厚3.80m; (2) 淤泥质粘土厚11.00m。土体的平均重度γ为19.5kN/m3, 内摩擦角ϕ为32°, 粘聚力C为20KPa。地下水位在地面以下1.50m。
2 支护方案的选择
基坑边坡支护工程应综合考虑工程地质、水文地质、边坡高度、临近建 (构) 筑物、环境条件和工期等因素的影响, 因地制宜, 合理设计, 精心施工。基坑的支护方法有很多, 目前常采用的支护方式有悬壁桩支护, 桩锚联合支护、地下连续墙支护及锚喷支护。锚喷支护和其它支护方式相比, 具有造价低, 占用工期较短, 并且在施工过程中可根据地质情况调整设计方案等优点。本工程在设计计算时按王步云建议的方法[1]进行。
3 锚杆布置及稳定性计算
3.1 选择各设计参数
锚杆长度:L=mH+S0=5.8m, 取L=6m
式中:m为经验系数, 取0.75;H为基坑垂直深度, 取6.8m;S0为止浆器长度, 取0.7m。
锚孔采用洛阳铲成孔 (必要时考虑锚杆钻机) , 其孔径dh为150mm, 锚杆间距Sx、排距Sy满足以下要求:
式中:K1为注浆工艺系数, 取2.3。
因此取Sx=1.2m, Sy=1.75m。
由于锚喷施工与基坑土方开挖同时进行, 因此锚杆的布置必须依据成孔施工条件及土体每次开挖高度的安全而定, 考虑到施工的实际情况, 该基坑采取两步开挖, 每次土方开挖深度为3.5m。
3.2 锚固体内部的稳定性计算
(1) 锚固体的界面摩阻力τ:取55kPa。
(2) 锚喷墙面上的土压力:Q=meKγH=29.13kPa。
式中:K为土压力系数, 取0.388;me为工作条件系数, 不超过两年临时性工程取1.1。
(3) 锚喷体内部潜在滑裂面形式如图1所示。
(4) 锚杆锚固力及端部强度的验算应满足下式:
式中:Fi为第i列单根锚杆的有效锚固力;Ei为第i列锚杆支承范围内面层上的土压力;F1为安全系数, 1.3~2.0, 本工程取1.4。
按最危险处计算, 即:
同时在锚杆端部处应满足:
而在最危险处:
式中:Lc为有效锚固段长度;
q为锚杆所处面层土压力;
dh为锚杆钢筋直径;
fy为锚杆钢筋抗拉强度设计值;以上参数选取及计算均满足安全及设计要求。
3.2 锚杆的布置
本工程在垂深7m高度内布置4排锚杆。锚杆水平间距1.4m, 竖向间距1.6m, 采用Ⅱ级φ22钢筋, 钻孔直径150mm, 倾角10°, M15水泥砂浆注浆, 双向钢筋网片φ6@250, 钢筋网片布置方式呈菱形, 加强钢筋采用φ10与锚杆采用焊接连接。喷射80厚细石混凝土, 水泥采用32.5普通硅酸盐水泥, 碎石粒径0.5cm~1.0cm, 配合比为水泥∶碎石∶砂=1∶2∶2。
锚杆的设置为:第一至三层锚杆采用注浆型锚杆。第四层由于在坡底处应力较集中, 易发生边坡底倾覆和坑底隆起破坏因此采用打入型锚杆, 具体设置为在坑底四周每隔1.2m设置向下打入1.5m长的钢筋, 打入深度为0.5m~1.0m, 并将其与上部锚杆焊接起来, 从而提高锚喷体的抗倾覆破坏能力, 增强稳定性。锚杆层位及锚杆钢筋网片布置见图1。
4 施工工艺和技术保障措施
4.1 施工工艺
施工顺序:测量放线修坡→成孔→锚杆安装→注浆→挂钢筋网片→焊接加强钢筋→焊接锚头→喷射细石混凝土→养护→监测验收。
4.2 技术保障措施
(1) 整个工程的排水措施采用轻型井点降水法。基坑边坡顶面做1m宽钢筋混凝土散水用于保护基坑, 同时防止雨水流入基坑。
(2) 对局部涌水量较大处, 开挖土方后即刻修坡, 然后快速喷射混凝土封闭, 并在水量大的地方插入泄水管。以便将水排出, 避免渗水冲刷, 导致下部淘空坍塌, 危及上部边坡安全;在控制住渗水后, 进行成孔、注浆及喷射砼工作。
(3) 局部有障碍物无法保证锚杆长度时, 可缩短锚杆间距, 加大锚杆密度, 以保证锚杆的锚固力, 促进基坑边坡稳定。
(4) 采用信息反馈法作业, 随时观察及监测上部边坡及坡顶水平位移及地表沉降, 并由多方面信息反馈指导并改进下部护坡设计及施工, 以保证边坡安全。
5 结语
(1) 该工程竣工前, 在经历了一个雨季和回填土方前5个月的基础结构施工工期的实践和考验, 通过跟踪监测没有发现异常情况。基坑边坡稳定, 水平位移和地表沉降均满足边坡设计的有关要求, 达到了预期目的。
(2) 实践证明采用锚喷加固技术进行基坑边坡支护, 成本低、工期短、安全可靠, 具有较好的经济效益及社会效益。
参考文献
[1]王焕义, 等.锚喷支护[M].北京:煤炭工业出版社, 1989.
[2]中国工程建设标准化协会.建筑边坡工程技术规范[S].GB50330-2002.
基坑锚喷支护 篇2
1 自然条件及岩石锚喷方案的确定
1.1 场地及周边环境
该住宅小区项目, 东西长近700m, 南北宽约150m, 南北两侧均到山脚, 处于两山夹一沟, 根据规划设计方案要求, 均为砖混结构的多层建筑, 由28幢住宅组成, 近11万m2, 建筑物朝南布置, 开挖后南北两侧山体岩石外露, 为减少开挖量, 保护山体自然风貌, 岩石立面采取了阶梯开挖处理, 但最高处岩石外露近10m, 最低处近5m, 小区东侧与信阳市南环路连接, 南侧为树木植被且覆盖率高, 西侧为拟开发的二期工程项目。
1.2 地质情况
地质勘察报告显示, 主要土层分布为杂填土, 粉质黏土和砾岩;北侧山体岩石均为裸露, 南侧山体上部为杂填土粉质黏土, 下部为砾岩, 经开挖切坡后, 两侧山体岩石均为裸露, 见图1。
1.3 岩石锚喷方案的确定
1.3.1 按照以往的施工方法
土方开挖后, 多采用重力式挡土墙进行支护。经计算, 坝体较厚且占据有效地面面积, 为了开挖时尽量不破坏植被和山体, 减少开挖量和支护占地面积, 因此必须选择其它的支护方式。
1.3.2 两种方案的比较
从安全、适用、经济的角度来比较, 在工作面小的前提下, 锚喷可提前介入, 有效缩短工期。最后决定采用岩石锚喷、粉土部分采用锚杆支护 (加长锚杆) 。两种方案比较见表1。
2 设计要求
(1) 经计算锚杆采用螺纹φ16钢筋, 间距1500mm。
(2) 锚杆长度。
岩石部分:L=3000mm和L=1500mm两种;
黏土部分:L=6000mm。
(3) 锚杆倾角。
取15°～20°, 采用行列式布置;加强钢筋φ12@1500mm。
(4) 外部钢筋网采用φ6.5@250与锚杆焊接。
(5) 均采用C20细石混凝土, 厚H=80mm。
3 施工工艺流程
(1) 锚喷前施工准备——清理浮石——打孔、清孔——植入锚杆、注浆固定——焊加强筋、钢筋网、安放泄水孔——喷射混凝土——拆除脚手架。
(2) 将开挖的岩石面进行分段锚喷施工, 便于人员和设备的有效利用。
(3) 锚杆植入应连续施工, 对于薄弱的部位加快施工, 特别是提高早期的混凝土强度。
4 质量控制及验收
每道工序应进行隐蔽验收, 孔深需逐一测量;检查锚杆的角度控制;在喷射混凝土后要及时检查其厚度;做好各项材料试验、检测和抗拔试验。
5 几点体会
(1) 在土地日趋紧张的情况下, 山坡地的充分利用, 确实是一个节地、安全的好方法。
(2) 采用锚喷施工在面层喷射后进行色彩处理, 使其立面更丰高, 有利于景观的改善。
(3) 质量好、费用低、速度快、占地少等特点为该工艺在山区的推广应用提供保证。该工艺在我市某小区施工中工期提前近1个月, 和重力式挡土墙比较节省投资近50万元。
6 结语
从2010年在小区开发建设中首次采用该工艺, 到目前为止已有近10个小区在开挖护坡中采用此工艺。从今后的发展看, 随着我市南扩、西进、北延、中疏的城市发展理念的实施, 建设项目将逐年增多, 从节能、节地要求考虑, 这一施工工艺在建设开发领域将有非常广阔的应用前景。
摘要：从山区的开发特点出发, 将山体开挖后的支护方案选择和以往的重力式挡土墙进行了比较, 以工程实例对岩石锚喷支护方案进行了分析, 提出这一技术在山区开挖支护中的推广应用价值。
关键词：岩石锚喷,坡地,支护
参考文献
[1]王绪涛, 高建强, 贾锐, 李文生.超厚高强大体积混凝土基础施工技术研究[J].烟台职业学院学报, 2010, (3) :71-77.
[2]杨健.浅议土和结构的相互作用[J].中国电力教育, 2010, (2) :603-604.
[3]王文成.竖井穿越高地下水砂层设计方案分析[J].杨凌职业技术学院学报, 2010, (1) :13-16.
[4]夏长贤.浅谈轻型井点的使用与维护[J].泰州职业技术学院学报, 2010, (3) :76-78.
基坑锚喷支护 篇3
关键词：钢花管,锚喷支护,深基坑,注浆
在基坑工程施工中, 如何控制边坡围岩变形以及对后续分项工程的影响, 是各施工企业所面临的重要问题。对于深基坑边坡支护, 应重点控制边坡变形、坍塌, 以保障后续工作的顺利进行。钢花管锚喷作为一种增强边坡的整体稳定性的支护措施, 可有效提高边坡的稳定能力, 广泛应用于深基坑边坡支护治理工程中。
1、工程概况
由我公司承建的西安市第五污水处理厂C标工程粗格栅间、进水泵房属深基坑工程, 下部结构为全地下式整体现浇钢筋混凝土结构, 全长43.5m, 最宽处23.8m, 最深处17.13m, 在基坑开挖过程中, 需进行边坡支护。粗格栅及进水泵房最大挖深18.4m, 地面0.5m为耕植土, 0.5m以下全部为砂层, 地下水位在1 0 m左右, 开挖时需降低地下水位。该基坑工程特点为:基坑深、地下水位浅、地层以砂层为主, 边坡稳定性差。
2、挂网喷浆支护原理
钢花管锚喷支护技术是利用带花眼钢管、钢筋网和喷射混凝土共同作用来提高边坡的结构强度和抗变形刚度, 减少岩体侧向变形, 增强边坡的整体稳定性。
钢花管锚喷支护结构是由钢花管锚固和喷射钢筋混凝土面层两部分组成, 钢花管采用一定管径的钢管制作成花管, 入土端加工成桩尖状, 滤水孔对向, 孔眼前端焊接钢筋或角钢板, 构成孔前倒刺及保护块, 然后采用冲击锤或土钉将钢花管按设计角度及位置击入土中随后进行高压注浆。坡面采用挂钢筋网喷射混凝土, 同时设置加强筋并与锚头焊接, 然后喷射第二层混凝土。在上层钢花管锚固注浆完成一定的时间后, 再进行下一层的土方开挖, 并对该层进行喷锚支护, 喷锚工作完成后, 及时对基坑底部排水沟、降水井的施工。
3、总体施工方案
根据基坑工程具体特点, 为保障整体工作的顺利进行, 在基坑开挖的同时, 需同时进行基坑锚喷支护, 同时施工降水井工程。基坑工程立面结构示意见图1。
3.1降水井施工
根据地勘报告, 本工程地下水稳定水位深度10m~10.4m, 属潜水类型, 地下水与邻近的灞河互为补给。该基坑开挖深度最深处为-1 8 m, 地下水位-1 0 m, 降水深度9 m。本工程采用管井井点法降水, 沿基坑周边均匀布置3 2口降水井, 井内动水位控制在19~20m深度。
降水井采用正循环加反循环回转成井:井位确定后将钻机就位调平, 使主动钻杆垂直于地面以保证井的垂直度, 成孔孔径φ7 0 0 m m, 孔深3 1 m, 成孔后下入φ5 0 0 m m混凝土滤水管, 滤水管厚5 0 m m, 每节长1 m, 用竹竿铁丝依次连接卷扬机配合放入成好的孔内, 管外用粒径 (1~2 c m) 的砾石填充。
3.2土方开挖
粗格栅间及进水泵房开挖深度距原地面1 8 m左右, 分三层开挖, 第一层0~-6 m;第二层-6 m~-1 1.9 m;第三层-11.9m~-17.8m。每层开挖又分两层进行, 共六层开挖至基坑底。采用2台挖掘机及8辆自卸汽车进行开挖现场倒运, 当挖至-3 m时进行第一次坡面支护, 依次直至挖至基底。
3.3钢花管锚喷支护
基坑边坡采用钢花管锚喷进行支护, 具体施工方案为:
1) 基坑边坡采用三级放坡加注浆钢花管锚喷支护方案, 坡面喷C 2 0混凝土8 c m, 坡率1:0.7 5, 分三级放坡, 坡高分别为6 m、5.9 m、5.9 m;
2) 注浆花管按照竖向排距1.2m, 横向排距2m布设。花管采用Φ48钢管, 长度6 m, 下部1 m按照每隔3 0 0 m m布设1个Φ6 m m的滤水孔, 入土端部制成尖头, 上端部套管锥螺纹;
3) 面层Φ6 m m钢筋为机制间距2 5 0 m m×2 5 0 m m钢筋网, 加强筋为Φ14mm螺纹钢与注浆花管端部焊接牢靠;
4) 注浆花管采用打管机打入, 直到打入设计深度后进行注浆作业, 孔口返浆后结束;
5) 注浆浆液为1:0.6纯水泥浆, 注浆压力为1.0 M P a。注浆结束应闭浆1 m i n, 使管内压力消散后结束注浆, 花管外露1 5 0 m m;
6) 在每级坡面底部距马道1 m高度按照1.5m间距布设一排仰角排水孔, 孔深6 0 c m, 仰角1 0°。滤水管为Φ6 0 m m P V C花管, 外缠2 4目塑料网。
4、支护工艺及要求
4.1施工工艺流程
具体施工工艺流程:修坡-花管定位-摩擦钉、花管及网片制作-管钉插入-注浆-挂网-喷射混凝土-泄水孔施工。
4.2施工工艺
4.2.1修坡
1) 按分层开挖分层施工的要求, 从上至下依次进行。在完成上层作业面的土钉和喷射混凝土前, 不得进行下次土方的开挖。土方开挖后, 应进行人工修坡, 并立即进行支护;
2) 在坑顶若遇土层含水量大的地方, 需在支护面层背后插入长度0.4~0.6 m, 直径φ4 0 m m的水平排水管, 其外端伸出支护面层, 以便将面层后的土体积水排出;
3) 人工修坡坡面斜度和平整度应达到设计要求。
4.2.2花管定位
花管插筋工艺要求为:
1) 孔位偏差≤±1 5 0 m m, 遇障碍物应及时征求现场监理方可调整;
2) 孔径偏差≤±5 m m;
3) 孔深偏差≤±1 0 0 m m;
4) 孔倾角偏差≤±3°;
5) 钢管外露1 5±2 c m;
6) 成孔编号登记, 并填写钻探报表。
4.2.3摩擦钉、花管及网片制作
1) 钢筋应除锈、除油, 按要求调直和截取长度;
2) 加工花管尺寸的及注浆孔的间距符合设计要求;
3) 花管制作需要焊接时须沿接口满焊;
4) 网片制作中, 横竖筋交叉处用铁丝绑扎或点焊连接。
4.2.4管钉插入
将钢管按设计角度及位置对正, 采用潜孔锤或土钉机将钢花管击打入土砂层中到设计长度。
4.2.5注浆
采用注浆泵, 通过高压注浆管安接在钢管头上, 并采用低压慢灌工艺, 压入水泥浆, 具体要求为:
1) 采用M20水泥浆插管注浆法, 水灰比严格控制在1:0.45~0.5, 另加高效减水剂以利泵送, 搅拌时间不小于3 m i n;
2) 注浆压力需达到0.8~1.0MPa, 并稳压3min~5min时间, 即可停止注浆。对于一次未注满者, 及时补浆;
3) 每台班制作砂浆试块1~2组。
4.2.6挂网
1) 将φ6mm盘圆钢筋调直按图示尺寸加工成4.0m×4.0m网片挂于坡面上, 网片间搭接长度≥1 5 0 m m, 再用φ14mm加强筋将网片及土钉焊接起来, 搭接处须点焊或直接在坡面上绑扎成型;
2) 花管、主筋与网片之间焊接φ1 4 m m加强筋以利于整体稳定。
4.2.7喷射混凝土
1) 混凝土严格按配合比配料, 人工拌料三遍, 以保证均匀。开喷前, 按通风、给料、给水顺序进行, 喷头宜垂直坡面, 距坡面0.6~1.0m, 喷射厚度80mm。每台班取试块一组;
2) 喷射混凝土用中粗砂含水量≤5%, 豆石 (或石屑) 应干净无杂;保证喷射混凝土等级达到C 2 0;
3) 喷射混凝土加适量速凝剂, 喷射混凝土终凝12h后, 及时养护3d以上;
4) 保证喷射后表面平整, 湿润光泽, 无干斑, 无滑移流淌, 无鼓包, 无龟裂。
4.2.8泄水孔施工
待坡面混凝土初凝后, 在设计位置开凿φ61mm孔, 用洛阳铲成φ61mm孔0.5m深, 将制作合格的泄水管插入, 外漏0.1 m, 与坡面接缝用水泥抹填。
4.3施工技术关键及措施
4.3.1土方开挖
土方应分层分段开挖, 要求砂层垂直开挖深度≤2m, 水平开挖长度≤15m, 严禁超挖;边挖边支护, 即使砂层喷射混凝土时虽加入早强速凝剂, 也需在2d后方可挖土。
4.3.2超前支护
若开挖的坡面稳定性不能保证常规支护期间的安全时, 应采进行超前支护, 土方开挖成一定坡度, 即进行花管施工 (成管钉、注浆) , 完成后再人工修坡至要求的坡度, 然后进行挂网、喷混凝土。
5、结语
本深基坑在土方开挖、降水井施工的同时, 采用钢花管锚喷技术对边坡进行支护, 对砂土层进行有效地保护, 整个施工期间边坡稳定性好, 虽经受过几次比较大的降雨, 也未出现变形、坍塌现象。在后续的基坑主体施工过程中, 经观测基坑边坡稳定, 支护效果良好。施工效果图见图2。
实践证明, 在砂土层的深基坑支护中采用钢花管锚喷是值得推广的一项实用技术, 具有施工工期短、造价低、支护效果好的特点。
参考文献
[1]建筑地基处理技术规范.JGJ79-2002.[S].北京, 中国建筑工业出版社.2002.
[2]锚杆喷射混凝土支护技术规范.GB50086-2001.北京, 中国建筑工业出版社.2001.
[3]杨智谋, 李浩兵.旋喷桩固砂施工工艺在雨水管道工程中的应用[J].中国市政工程.2005 (4) :66-67.
隧道锚喷支护原理及其应用 篇4
为了理解现代支护理论, 需要对锚喷支护原理进行了解。下面对锚喷支护特性作进一步分析。
(1) 及时性
锚喷支护及时迅速, 甚至可在挖掘前进行超前支护, 加之喷射混凝土的早强和全面密贴性能, 因而更保证了支护的及时性和有效性。
锚喷支护的及时性, 能使围岩强度不因开挖暴露风化而过度降低, 且能迅速给围岩提供支护抗力, 从而改善了围岩的应力状态。由于向围岩及时提供了支护抗力P1, 使围岩由二向应力状态改变为三向应力状态, 从而使图1中的莫尔应力圆右移。此外, 由于锚喷支护能及时加固围岩, 同时还提高了加固围岩的c、γ值, 岩体抗剪力强度上移 (图1) , 由此更提高了岩体的稳定性。另外, 由于锚喷支护可以最大限度地紧跟开挖作业面施工, 因此可利用开挖面的“空间效应 (端部支撑效应) ”, 以限制支护变形的发展, 阻止围岩进入松弛状态。图2是工程现场实测结果和三维有限元的计算结果, 从图中可看出离开挖面一倍孔径处, 围岩变位要比开挖面处大一倍左右。
(2) 紧贴性
喷射混凝土同围岩能全面紧贴的粘贴, 粘结力一般可达7MPa。这种粘结性可产生三种作用:
(1) “联锁”作用。即将被裂隙分割的岩块粘联在一起, 保持了岩块间的咬合镶嵌。
(2) “复合”作用。即围岩与支护结成一个复合体, 保证二者在径向和切向上都共同工作。这一效应首先能使“围岩—支护”间的应力状态得到更好的调节, 有利于围岩和支护承载能力的发挥。此外, 由于喷射混凝土支护同围岩紧密粘帖, 从结构观点来看, 可以认为喷层与围岩是刚性支座接触, 在同样荷载作用下, 弯矩值大为减小。
(3) “增强”作用。由于喷射混凝土喷入围岩裂隙, 充填围岩凹穴, 并与围岩紧密粘帖, 因此提高了围岩的强度, 同时还减少了围岩的应力集中。
(3) 柔韧性
喷锚支护属于柔性薄性支护。虽然喷射混凝土本身是一种脆性材料, 但由于施工工艺上的特点, 喷射混凝土与岩体紧密粘帖, 使它有可能喷得很薄, 所以呈现一定柔性, 而且这种柔性还可以通过分次喷层的方法进一步发挥。锚杆也属于柔性支护, 因其加固的岩体可以允许岩体有较大的变形而不破坏, 甚至能同被加固的岩体作整体移动, 并且仍然能保持相当大的支护抗力。
根据弹性理论分析, 地下洞室开挖后, 在围岩不致松散的前提下, 维护洞室稳定所需的支撑抗力随塑性区的增大而减小。从支护特征曲线可知:如果支护太“刚”, 则不能充分利用地层抗力而使支护承受相当大的径向荷载;反之, 如果支护太“柔”, 则会导致因围岩松动, 形成松动压力, 也会使支护上所受的荷载明显增大, 甚至塌方。
a-原始地应力;b-岩石特征曲线;c-岩石拱形成;d-岩石拱破坏;e-支护特征曲线;f-支护承受部分;g-岩石拱承受部分 1-太刚;2-适宜;3-太晚;4-太柔
由以上分析知, 锚喷支护容易调节围岩变形, 能有控制地允许围岩塑性区有适度的发展, 以发挥围岩的自承能力。大量的工程实践表明, 锚喷支护的柔性“卸压”作用, 对发挥围岩的自承力和改善支护结构的受力状态是十分有利的。
(4) 深入围岩内部加固
锚杆能深入岩体内部一定深度加固围岩。按一定方式、间距布置的锚杆群 (系统锚杆) , 可以提高围岩锚固区的强度和整体性, 改善围岩的应力状态, 制止围岩松动, 同时它同围岩相结合形成承载圈, 充分调动和增强围岩的自承能力。
(5) 支护组合和设置时间的灵活性
灵活性是锚喷支护十分重要的工艺特点, 主要表现在如下方面:
(1) 锚喷支护的类型和参数可根据各段不同的地质条件随时调整
洞室围岩地质条件千变万化, 锚喷支护可根据变化的情况, 随时调整锚喷支护的类型与参数, 在沿轴线方向和横断面上的锚喷支护类型与参数均可不同, 以便充分发挥锚、喷、网支护各自的作用。另外, 锚喷支护易于实施围岩整体破坏整体加固、局部破坏局部加固的原则, 以适应不同的需要和大幅降低工程费用。
(2) 支护组合和设置时间的可分性
锚喷支护的设置可以一次完成, 也可分次完成。例如锚杆和喷层可在两个时期分别完成, 喷层也可分两次或多次完成。这样的工艺特征有利于支护实现“先柔后刚, 逐步增强”的效果, 更好的发挥围岩的自承能力, 也有利于发挥喷层的强度、节省支护材料用量。
(3) 广泛的适用性
锚喷支护的运用范围很广, 除了下列地质条件锚喷支护设计应通过实验确定外, 其它情况都有大量的工程实践可供参考, 而且反复证明了锚喷支护的有效性。
膨胀性岩体;未胶结的松散岩体;有严重湿陷性的黄土;大面积淋水地段;能引起严重腐蚀的地段;严寒地区的冻胀岩体。
(6) 密封性
由于喷射混凝土的及时性和紧贴性, 因此能及时封闭围岩的暴露面, 阻止围岩的潮解和风化。对于保护和抑制膨胀性岩层的强度过度丧失有特别的效果。
2 锚喷支护设计原则和方法
锚喷支护的实际效果与支护参数选择、支护设置时机、施工方法和施工质量控制关系十分密切, 所以锚喷支护设计要求做到勘测、设计、施工、监控紧密配合, 它们的紧密程度比地面工程显得尤为重要和突出。做好锚喷支护设计, 设计人员必须深入现场、深入实际、走出设计室进行调查研究, 亲身体验, 亲自分析监测数据。否则, 很难做出一个好的设计。对于设计复杂地质条件和大断面工程尤其是这样。
目前, 地下工程中锚喷支护设计方法有工程类比法、监控量测反馈法、理论验算法、典型类比监控反演法和特征线法。
2.1 工程类比法
工程类比法主要是在根据工程勘察划分围岩级别的基础上, 依据工程断面尺寸或隧道毛跨, 结合以建类似工程经验, 直接确定锚喷支护参数与施工的方法。工程类比法是目前应用最广的方法, 在工程设计中占有主导地位。对于一些简单的下跨度工程, 工程类比法可以独立使用, 但是大多数情况下, 特别是那些地质条件复杂、经验不多的地下工程, 单独凭工程类比法不足保证设计的可靠性和合理性, 此时应结合其它设计方法。
2.2 监控量测法
监控量测法, 又称信息设计法, 它以施工过程中现场取得的监测信息为依据, 对支护参数、支护时机、施工方法的合理性进行分析评价, 并将这些分析结果反馈到设计施工中去。
监控量测法是一种较为科学的设计方法, 它对锚喷支护设计、施工全工程认识比较全面。因此, 在GB 50086—2001“锚杆喷射混凝土支护技术规范”中规定:对不稳定的、稳定性差的软弱围岩或大跨度的工程以及分次支护的工程, 应采用监控量测法。
监控量测法通常不是一个独立的方法, 它要和经验类比法, 有时还要和理论验算法结合使用。监控量测法的使用效果与量测手段、量测地段的选择、量测数据的可靠性、量测数据的分析与利用关系很大。
2.3 理论验算法
从总体上说, 理论验算法是当今地下工程支护设计的辅助方法, 是今后设计的发展方向。理论验算分为整体稳定性验算与局部失稳验算。
(1) 对于浅埋隧道或洞门等隧道工程, 可以采用荷载—结构模型考虑围岩的弹性抗力进行理论分析与计算。
(2) 对于软岩隧道或埋深较大稳定性较好的围岩中的大跨度工程, 可以采用地层—结构模型, 考虑围岩的弹塑粘性、各向异性、节理裂隙等诸多因素还可用近似的解析计算法或用有限元、边界元等借助计算机的数值计算法进行整体的稳定性分析。但是, 由于岩体力学参数难以准确确定以及在计算模式方面还存在一些问题, 因而, 通常只做辅助手段。
(3) 无论何种情况下, 凡是能出现局部失稳的围岩, 都要通过不稳定块体的理论计算进行局部加固。
2.4 典型类比监控反演法
这是一种综合的方法, 它比较好地解决了岩体力学参数和地应力难以获得的问题, 又完善了监控量测法的反馈工作。其程序是:
(1) 用工程类比法初选锚喷支护参数, 根据围岩力学属性和岩体结构特征选择适当的理论计算方法, 分析洞室稳定, 验算初选支护参数并作必要修正, 作为编制工程预算和制订施工方案的初步依据。
(2) 在施工中对“围岩—支护”复合结构进行有效地现场监控量测, 对量测结果进行整理分析与预测。
(3) 根据量测整理分析后较为可靠的数据, 选择适当的力学模型和数值计算方法 (有限元或边界元) 进行反演分析, 求得地应力和岩体力学参数。
(4) 根据反演得到的地应力和岩体力学指标, 采用“地层—结构”模型模拟开挖过程, 分析受力的状态和围岩的稳定性。对施工方法、支护时机、支护类型和支护参数做出必要的修正。
由于典型类比监控反演法较好地体现了人类对复杂事件的认识程度, 近年在国内外获得蓬勃发展, 并在大跨度工程和软岩隧道中取得了较满意的效果。
2.5 特征线法
特征线法是建立在现代岩石力学理论特别是空间效应分析基础上的图解分析法。经规范化后, 围岩特征线比较简单, 分析、应用比较方便。其工作程序是:
(1) 用工程类比法结合现场实际初选初期支护的设计参数;
(2) 建立无量纲围岩特征线Ψ=f (λ) ;
(3) 建立无量纲支护特征线Ψ=SiΔλ;
(4) 根据支护各组成部分的设置位置、先后次序、喷射混凝土的滞后效应等因素绘制组合支护特征线;
(5) 计算组合支护工作反力σrθw和安全系数K, 评价支护的合用性和可靠性。
特征线法简称T法, 是隧道体现现代支护理念, 实现新奥法作业较为简单的分析手段。优点是能灵活考虑组合支护各组成部分的设置次序和设置位置, 而且方便、直观, 能给人以启发。
事实上, 在设计中人们常常采用的是一种综合的方法。在初步设计阶段, 用工程类比法初选支护的类型和大致参数, 用于编制工程概算。在技术设计阶段, 运用特征线法或理论分析手段去确定或修改支护类型, 详尽的设计组合支护各组成部分的参数, 乃至施工工艺就十分必要了。对于复杂地层或大型洞室工程, 甚至还需要开挖实验洞, 安装必要的测量仪器, 为支护设计提供可靠的背景依据。在施工阶段, 根据开挖暴露出的地层情况和适时监测数据去评价和修正原有的设计。因此, 隧道工程支护设计, 不仅要贯穿于隧道修建的全过程, 而且所用的设计方法也是多手段综合性的。
3 预应力锚喷支护
预应力锚喷支护使指预应力锚杆与锚喷支护的组合, 预应力锚杆可以和其它锚杆交叉使用, 也可以系统的使用。近年, 在大跨度地下工程的拱顶支护中, 系统预应力锚杆支护取得了很好的效果。
3.1 预应力锚杆优点
(1) 它能主动对围岩提供大的支护抗力, 而且在提供支护抗力时不以损失被锚固体位移为代价, 因此它能十分有效地抑制围岩位移。这个特点要求严格控制锚固体变形的地下工程 (如江、河、湖、海水体下的隧道工程, 城市地铁隧道) 和高边坡的位移和稳定控制, 显得尤为重要。模型试验和现场试验均证明:系统预应力锚喷支护比普通砂浆锚杆支护能使隧道收敛位移至少减少9%以上。
比较现有的各种支护型式, 它们的支护抗力大体如下:
普通砂浆锚杆支护:支护抗力受锚杆间距、锚杆长度、杆体刚度以及地层特性的影响, 一般支护抗力约为0.05MPa, 其最大支护抗力不超过0.2MPa。
轻型钢拱架:可提供0.05~0.1MPa的支护抗力。
重型钢拱架:如果截面惯量与洞室直径配合恰当可提供约为0.2MPa支护抗力。
喷射混凝土提供的支护抗力与喷层厚度有关, 标准喷层厚度的支护抗力约为0.05MPa, 较厚的喷层如果洞跨10m以内, 能提供约为0.2MPa的支护抗力。
预应力锚杆能提供的支护抗力与预应力张拉荷载大小及锚杆间距有关。小吨位的预应力锚杆能提供0.2MPa的支护抗力, 大吨位的预应力锚杆能提供2MPa以上的支护抗力。
除预应力锚杆以外的其它支护, 支护抗力的取得依赖于支护的形成, 这是普通锚杆的特点。要获得支护压力, 被支护的岩层要有一定的位移。唯有预应力锚杆所提供的支护抗力是主动的, 锚杆的变形才能在张拉过程中丧失。
(2) 提高软弱结构面和滑移面处的抗剪强度。因为滑移面处的抗剪强度与正压力成正比, 而预应力锚杆能提供很大的正压力。这正是预应力锚杆在边坡加固中屡屡奏效的原因之一。
(3) 按一定规律布置的锚杆群, 使锚固范围内的岩体形成压应力区, 构成承载圈。这个承载圈不仅提高了岩体的力学强度和围岩的承载能力, 而且也有利于围岩充分发挥其自稳能力。
(4) 预应力锚喷支护要求对每根预应力锚杆进行张拉, 无异于对每根工程锚杆进行检验, 有利于保证工程质量。
正因为预应力锚喷支护有这样一系列优异性能, 因而近年来, 在国内外的地下工程及边坡工程中的应用获得迅速发展, 其发展势头方兴未艾。
3.2 预应力锚喷支护的最佳应用领域和设计理念
预应力锚喷支护可广泛用于铁路、公路、水利隧道、护坡、坝基、基坑、输水运河、输变电工程基础加固等工程。然而它的最大优势是解决那些复杂地层 (高应力、膨胀性、破碎软弱地层) 大跨度洞室稳定, 以及要求严格控制变形的地面 (高边坡、滑动体) 和江河湖海下、建筑物下、交通枢纽下构筑物支护的首选技术方案。由于预应力锚杆比普通砂浆锚杆多了一个主动调控支护反力的方法, 因此它成为当今处理岩土疑难工程的有效手段。
处理没有自稳能力或自稳能力差的大跨度工程的一条重要原则是:抢在岩层丧失稳定以前, 以具有早期承载力的预应力锚杆或其他支护手段对岩体进行加固。根据工程需要选取恰当的支护形式、支护各组成部分参数;选择支护设置时机、设置位置、设置先后次序, 或控制岩层与支护复合体保持稳定, 或使其变形达到某一预定目标, 或实现某种预定功能。因此好装、好锚、速效、预应力损失小、防腐性能好、张拉吨位大是预应力锚杆的发展方向。
4 结语
基坑锚喷支护 篇5
1工程地质条件
边坡土质主要为粉质粘土,其下部分布少量碎石土。粉质粘土为红褐色,硬塑～坚硬、干～稍湿,经土工试验表明,该层粉质粘土内聚力C=26.5 kPa,内摩擦角Φ=25°,天然容重γ=2.0 t/m3,土质较纯,无地下水。
2边坡技术分析
1)边坡设计寿命期为3个月,小于2年,属临时性边坡支护。
2)边坡高度为10.5 m～16.6 m,根据边坡工程安全等级,当土质边坡高度10 m<H≤15 m时,破坏后很严重,该边坡属一级边坡。
3)边坡坍塌区范围。
根据公式
当H1=10.5 m时,
当H2=16.6 m时,
其中,L为边坡坡顶塌滑区边缘至坡底边缘的水平投影距离。
4)边坡稳定性评价。该边坡为土质边坡,采用圆弧滑动法计算。
根据公式
Ni=(Gi+Gbi)cosθi+Pwisin(ai-θi);
Ti=(Gi+Gbi)sinθi+ Pwicos(ai-θi);
Ri=Nitgφi+CiLi。
由于无地表建筑物及动水压力,Gbi,Pwi为零,则Ni=Gicosθi;Ti=Gisinθi。
其中,Ks为边坡稳定系数;Ci为第i计算条块滑动面上岩土体的粘结强度标准值,kPa,Ci=26.5 kPa;φi为第i计算条块滑动面上岩土体的内摩擦角标准值,(°),φi =25°;Li为第i计算条块滑动面长度,m,Li=19.7 m;θi为第i计算条块底面倾角,(°),θi=78.7°;Gi为第i计算条块单位宽度岩土体自重,kN/m,Gi=1 204 kN/m;Ni为第i计算条块滑体在滑动面法线上的反力,kN/m;Ti为第i计算条块滑体滑动面切线上的反力,kN/m;Ri为第i计算条块滑动面上的抗滑力,kN/m。
查表知,当采用圆弧滑动法计算,属一级边坡,边坡稳定安全系数1.30,因0.54<1.30,因此该边坡不稳定,应对边坡处理。
3锚喷设计
3.1边坡尺寸
根据勘察资料及设计文件,将场区划分为A,B,C三个区,各区边坡尺寸见表1。
3.2锚杆布置
采用人工成孔,呈梅花状布置,排距为1.5 m,水平间距A,B两区1.8 m,C区2.0 m,孔径100 mm,倾角15°,A区以坡顶下2.7 m作为第一排锚杆成孔位置,按1.5 m依次往下类推,共布置9排;B区以坡顶下3.1 m作为第一排锚杆成孔位置,按1.5 m依次往下类推,共布置9排;C区以坡顶下3.0 m作为第一排锚杆成孔位置,按1.5 m依次往下类推,共布置5排。
3.3锚杆参数
锚杆采用Φ22螺纹钢,A区和B区除5排、6排锚杆长度为12.0 m外,其余各排均为10.0 m;C区锚杆长度均为6.0 m。坡面外露10 cm左右,在锚杆头设置定位筋,锚杆每隔3 m设置一个对中支架。支架与锚杆焊接。
3.4注浆、挂网、喷混凝土
注浆采用32.5 MPa普通硅酸盐水泥或复合水泥,水泥浆水灰比0.5～0.6;坡面铺设10 cm×10 cm矿用金属网;喷混凝土要求覆盖坡面,混凝土强度C20,厚度8 cm～10 cm。
4锚喷施工要点
1)土方开挖前,先进行定位测量放线,确定开口线,在开口线以外土方,用1∶2.5水泥砂浆硬化厚度3 cm～5 cm,并做排水沟集水坑,以防止雨水浸透土层,开口线以外严禁堆积施工荷载。
2)施工前为确保安全分别在开挖区域A,B,C区共布置4个坡顶位移观测点,A区两点,B,C区各一点,锚喷施工期间每日监测不少于一次,施工完后,监控时间可延长,另派专人每天巡查,并填写巡查记录。
3)采用逆作法自上而下施工,当土方开挖至第一排锚杆下1.00 m位置时,用人工清理边坡,清理凹凸不平的松土层,保持坡面平整,无探头土。
4)自上而下确定孔位,孔位呈梅花状布置,开孔采用孔口管控制角度,由人工(洛阳铲)成孔至设计深度,若遇到砾石或姜结石,不能按设计孔深成孔时,在设计孔位0.3 m范围内重新开孔,直至设计深度。若见到基岩时,用机械成孔,入基岩深度4 m,孔径100 mm,方可终孔。
5)推送锚杆前,应对钻孔进行检查,若发现有塌土、石、泥浆等杂物应立即清除,沿钻孔轴线,将锚杆推入孔内至设计深度,推送完毕后,随即再次检查孔中是否有碎石土堵孔,若有应再次拔出后清孔,必须保证注浆液流入孔内。
6)注浆采用插管注浆法,注浆连续进行,并要饱满,随着浆液慢慢渗入土层中,孔口会出现缺浆现象,应及时补浆。
7)喷混凝土。挂网后进行喷射混凝土,采用现场机械搅拌,水泥、砂和石屑重量比1∶2.12∶2.12,水灰比0.5～0.6,为提高混凝土的早期强度,速凝剂掺入量为3%,喷射前在坡面设置厚度标志,喷头与喷面应垂直,且保持0.6 m～1.0 m距离,喷射混凝土终凝2 h后,洒水养护,根据气温条件一般养护3 d～7 d,锚杆注浆及喷射混凝土面层达到设计强度70%后开挖下层土方。
8)施工技术参数。定位孔允许误差±5 cm,孔径允许误差±2 cm,孔深允许误差±20 cm,孔倾角允许误差±5°。
5边坡工程质量检验及验收
1)原材料检验。
水泥采用复合硅酸盐水泥,强度等级32.5;钢筋锚杆为HRB335,其余钢筋为HPB235;黄沙含泥量2.5%,泥块含量1.9%,石子5 mm～10 mm,含泥量0.8%,泥块含量0.4%;速凝剂,初凝3 min 45 s,终凝8 min 20 s,原材料符合设计、规范要求。
2)锚孔的检验。
孔径、间距、深度、倾角的几何尺寸经现场检验,允许误差符合设计要求。
3)注浆厚度的检验。
喷浆厚度采用钻孔法检验,喷浆厚度满足设计要求。
4)混凝土试块抗压强度检验。
混凝土试块抗压强度平均值28.1 MPa,达到设计强度的140%。
5)锚杆抗拔力检测。
采用ZY-30锚杆拉力计,试验抗拔力均值124 k N,钢筋变形为0.0,锚固端提出为0.0,达到设计抗拔力的108%。
6)监测。
施工期间,经监测土方未发生变形。
6结语
实践证明,锚喷支护技术,在土质高边坡临时支护是可行的,且操作简单,投资少,工期短,由于采取自上而下分段跳槽及时支护的逆作法施工,所以灵活性较强,根据不同类别的土质情况,可随时调整锚固方式,采用树脂锚杆锚头,或预应力锚杆等。锚喷支护技术,关键是锚杆的设计长度,要穿透滑移面,采用逆作法分层施工,严禁大开挖,严格控制锚杆的深度和倾角,锚杆的注浆必须要饱满,这样可提高边坡支护整体稳定,增强土体破坏延性,确保工程的施工安全。
摘要：介绍了锚喷支护技术在高边坡临时支护应用的实例,对该技术的应用从技术分析、设计、施工、检验进行了阐述,为今后高边坡临时支护提供了可借鉴的经验。
关键词：锚喷技术,高边坡支护,设计,施工
参考文献
[1]GB 50330-2002,建筑边坡工程技术规范[S].
[2]GB 50086-2001,锚杆喷射混凝土支护技术规范[S].
[3]薛钢.土钉支护技术及应用[J].山西建筑,2002,28(10):30-31.
巷道施工中锚喷支护技术分析 篇6
任何产品的生产, 不按其工艺要求进行, 质量都是无法保证的。锚喷支护也是如此。锚喷支护质量的制约因素很多, 施工中只要有一个环节不按工艺要求进行, 就将会从根本上降低其质量, 影响支护效果。
1 锚杆支护工艺概述
在锚杆喷射混凝土支护的巷道中, 锚杆所发挥的支护作用是为人所共知的。过去我们主要使用的管缝锚杆, 由于其施工方便, 便于机械化作业, 提高了掘进速度, 为锚杆支护技术在我矿区的发展起到了推动作用。然而, 几十年的应用也逐渐暴露出管缝锚杆存在着许多无法克服的缺点。由于管缝锚杆是靠管径的弹性变形产生的管壁和钻孔岩石表面之间的磨擦阻力锚固围岩的, 在材质、加工和安装质量方面都难以达到设计要求, 而且耐腐蚀性差, 导致锚固力降低, 支护质量不稳定。因此采用高初锚力、高强度的树脂螺纹钢锚杆替代管缝锚杆可以提高支护质量其屈服荷载、破断荷载大大高于普通锚杆, 特别是在锚杆尾部螺纹部分经过强化热处理后, 其强度高于杆体强度, 并能保证必要的延伸率, 使锚杆支护的安全可靠性进一步提高。
2 锚喷支护的前提和基础———光面爆破
光面爆破是通过合理选择爆破参数, 使爆破后的巷道成形规整, 减少了超挖和欠挖, 最大限度地保持围央的自撑能力, 有利于安全施工和永久支护的安全使用。光面爆破施工在工艺上有着严格的要求。但我们在现场调查中发现, 不少的巷道光爆成形很差, 超挖严重, 围岩表面不规整。究其原因, 是末按工艺要求施工。有的施工人员为了片面追求进度, 不按要求布置周边眼、随意加大装药量, 造成少钻眼、多装药, 根本不成其为光面爆破。其结果严重破坏了巷道围岩的稳定性、削弱了它的自身强度、降低了它的自承能力, 给下一步的锚喷支护带来很大困难。
3 合理确定复喷到迎头的距离
在现场施工中, 不少单位将复喷紧跟迎头。这在巷道围岩条件好、原始应力较小时是可行的, 因为这种巷道开挖后很少发生变形。但大多数巷道则并非如此, 它们往往要有一个变形期, 使应力得以重新分布、达到平衡, 这样巷道才趋于稳定。根据巷道支护理, 锚喷支护是一种主动支护, 是一种将“抗”与“让”相结合的柔性作用, 使围岩应力得以合理分布, 提高围岩自承能力, 这样更有利于维护围岩的稳定。
锚喷两次支护也是根据上述机理提出的。巷道开挖后立即初喷一薄层砂浆或混凝土, 并安装锚杆。这样利用喷层和锚杆的柔性特点, 允许围岩有一定量的变形, 以改善围岩内部的应力分布状况, 并控制围岩有较大的变形发展, 以达到发挥围岩自承拱的承载能力的目的, 减少对二次永久支护层的压力。复喷到迎头的距离, 取决于围岩的性质、构造、巷道断面、掘进速度与光爆效果等因素。
4 一次喷射的厚度
喷射时, 围岩表面立即粘结成一层喷射混凝土。如果连续在一处喷射, 粘结的混凝土层会愈粘愈厚, 直到混凝土支持不住本身的重量, 会出现脱落, 影响混凝土的粘结与凝聚。如果喷头移动的过快, 在围岩上只留下一层砂浆, 大部分的骨料回弹, 等薄层硬结后, 再复喷必然会增加回弹率, 影响效果。因此, 一次喷射混凝土应有一定的厚度, 其厚度可根据岩性、围岩应力、巷道规格尺寸、喷射的角度等来确定。一次喷射厚度同喷射方向与水平面的关系可用下式计算:
式中D-一次喷射的厚度;
α-喷射方向与水平面的夹角。
通过一般计算, 一次喷射厚度为40 (顶) ~70 (帮) mm为最佳, 分层喷射时, 必须在前一层喷射混凝土终凝后再进行。
5 锚喷支护技术施工中的管理
煤矿施工的特点是地下分散作业, 严格执行施工制度与落实措施更为重要。锚喷支护在质量管理上还有不少薄弱环节亟待加强。
5.1 锚杆安装的质量管理
锚杆赖以发挥作用的首要条件其安装角度和初始锚固力均要达到要求。实加强对锚杆安装质量的管理, 要严格钻孔质量关。钻孔时必须长钎和短钎交替使用, 必须保证锚杆与顶板和两帮的垂直度达到标准规定的要求。安装螺纹钢树脂锚杆时, 搅拌要到位, 锚杆尾端的垫板要贴紧围岩表面, 然后用专有工具将螺母上紧, 确保扭距、预应力达到要求。这几道工序一道都不能省, 必须监督施工人员逐项完成。只有这样才能保证锚杆安装角度和初锚力达到预期的要求, 提高锚杆的支护效果。
5.2 喷射混凝土的质量管理
5.2.1 混合料的配合比
由于喷射混土施工工艺的特点, 在选择喷射混凝土配合比时, 既要满足支护结构对喷射凝土的物理力学性能方面的要求, 又要考虑喷射混凝土施工工艺方面的要求, 而使喷射混凝土具有足够的抗压、抗拉、粘结强度, 又使喷射混凝土收缩变形值保持最小, 喷射作业时的加强弹花机率也最低。喷射混凝土的配合比不但决定喷射混凝土的强度, 也是确定其成本高低的重要因素。喷射混凝土的成功依赖着许多变化的因素, 便其配合比是在诸多因素中起着主导作用的。
5.2.2 喷射混凝土厚度
5.2.2.1严格按质量标准加强对喷射混凝土质量的检查, 严格进行试块强度检测, 不得弄虚作假, 否则不予定级。
5.2.2.2加强石子的级配管理, 对于含石粉, 泥土的石子、砂子要事先冲洗干净, 做到不合格的料不下井。
5.2.2.3喷射混凝土的拌合要使用专用搅拌机, 要严格按配合比随拌随用。
5.2.2.4加强对管理人员与施工人员的技术培训和思想教育、提高他们的技术素质、质量意识与执行堆积的自觉性。
喷射混凝土厚度是巷道锚喷支护的主要参数之一, 因此成为支护质量标准中规定检查的基本项目。在目前的情况下, 要有效地控制喷射混凝土的厚度, 一是要加强现场与施工同步的监督和管理;二是必须实行拉线喷射, 即按巷道的净断面尺寸拉好线进行喷射, 这是在目前条件下控制喷厚的简单易行而又具显著效果的方法;三是加强喷射施工前后巷道尺寸的对比检查, 在巷道上下帮定点, 每1米为一个控制点, 在这一点上对喷射前后的巷道尺寸进行对比检查, 从而确保喷射厚度达到要求。
5.3 其他方面
在喷射混凝土施工中还存在着其他一些不良现象, 也必须加强管理加以克服。
(1) 多次重复喷射。现在的喷射机具与喷射工艺完全能满足目前的喷厚要求, 但不少单位还采取多次喷射的施工方式。在这种情况下, 喷层只要受力, 就极易在两次喷射面之间产生离层, 影响其支护强度。
(2) 由于巷道成形不好, 巷道出现较大超挖时, 个别区队则采取填矸或者挂多层金属网, 制造假帮假顶。这些均不利于巷维护。
(3) 喷前不冲刷受喷面。喷射混凝土前必须将受喷面冲刷干净, 否则必然削弱喷射混凝土与受喷面的粘结, 直接影响喷层的支护能力, 降低支护效果。
(4) 喷后不养护。喷射混凝土施工后的养护是一道很重要的工序。井下潮湿、空气湿度大, 对喷射混凝土养护有一定好处。便喷射混凝土中添加了速凝剂, 在水化过程中, 需要较多水分。因此养护对提高喷体强度是必须措施之一。
结束语
总之, 锚喷支护技术在巷道施工中占有相当重要的地位, 做好施工的每一步工作, 加强施工管理, 为延长巷道服务年限和施工安全做好基础
参考文献
[1]范公勤.缓倾斜倾斜煤层回采巷道断面选择研究[J].西安科技学院学报.
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采矿工程锚喷支护质量控制探讨 篇7
1 影响锚杆支护质量的因素
1.1 锚杆的材质
锚杆常用的金属材料多采用Q235 (A3) 圆钢作为锚杆杆体, 其屈服强度为240MPa。这种材料的力学性能直接影响着锚杆的强度和可延伸性等力学性能, 再加上加工工艺的局限性使其锚尾有效直径比锚杆实际公称直径小1.8mm~2.1mm, 截面面积减少20%~25%。大量研究表明, 锚尾的受力十分复杂, 不但承受轴向拉应力, 还要受到弯曲应力的作用, 工作条件恶劣, 受力大, 因此, 要求锚尾的螺纹强度有效截面直径不小于杆体的实际公称直径。采用高强度或者超高强度金属材料作为杆体材料, 可以大大提高锚杆的力学性能。
1.2 锚固形式
在我国煤矿巷道锚喷支护所选用的锚杆直径大部分在14mm~20mm之间, 钻孔直径在32mm~42mm之间, 这时端锚锚杆的杆体与钻孔壁之间有15mm左右的空隙, 空隙使得锚杆切向锚固力得不到充分的发挥。在采用全锚锚杆时, 锚杆与钻孔壁之间的空隙被锚固剂所填充, 当围岩发生变形时, 全锚锚杆切向锚固力可以及时承载, 起到支护巷道的效果。全长锚杆不但比端锚锚杆锚固力大, 而且其径向锚固刚度也比端锚锚杆要大, 而端锚锚杆也只能在杆体的两端起到作用, 其径向锚固力也增长的很慢。
现在大多数煤矿采用端锚锚杆锚固, 虽然端锚锚杆锚固操作简单, 经济实用, 但是端锚锚杆对于围岩松软、破碎、地应力大的巷道的支护有着其局限性, 只有采用全长锚固锚杆才能克服端锚锚杆的局限性。全长锚固锚杆与端锚锚杆相比具有以下优势:全长锚固时, 锚杆及围岩的受力状态好, 实际锚固力大;全长锚固可以使锚杆具有较高的锚固力和抗剪能力;全长锚固能有效地提高锚杆支护系统的刚度, 限制围岩变形的发生;全长锚固可有效地约束顶板围岩的变形和位移。
1.3 锚固剂
锚固剂材料原先都是采用快硬水泥锚固剂, 这种锚固剂在使用过程中, 存在水灰比难于掌握、凝结时间长、施工难度大、人为因素影响波动大等缺陷。锚杆与围岩紧密接触, 可以使锚杆与岩体之间具备良好的传力性能。采用树脂锚固剂可以使杆体强度大大提高, 尾部螺纹强度基本上与杆体本身等强。树脂锚固剂可以缩短固化时间, 安装后15min, 树脂固化程度就可以达到80%~90%。与传统锚固剂相比树脂锚固剂具有:初锚力大、锚固可靠、超早强、微膨胀、承载快、便于操作等特性, 可以减少人为因素的影响, 达到最佳的锚固效果。近年来随着矿井开采深度的增加和地质条件的不断变化, 使树脂锚固剂的应用研究也进一步拓宽。
1.4 支护时间
煤矿巷道在开挖后, 围岩的受力状态发生了改变, 由原来的三向变为二向受力状态, 变形和位移开始加大。如果这时得不到及时支护, 就有可能对巷道的安全造成隐患, 准确把握支护时间, 对于巷道支护效果至关重要, 在工程实践中, 一般从放炮到锚杆的安装以不超过4h为宜, 在一些稳定性较差的岩层中, 支护应紧跟工作面, 以不超过2h为宜。
2 混凝土对支护质量的影响
2.1 混凝土喷射厚度对支护质量的影响
混凝土喷层的作用主要体现在两个方面, 一是起着参与并形成组合拱结构的作用, 为了起到这个作用, 必须是混凝土喷层与围岩紧密结合并伴随着围岩的变形而不发生离层的现象, 所以喷层并不是越厚越好, 随着混凝土喷层厚度的增加, 其刚度也随之增加, 这就使得喷层与围岩容易发生离层现象, 从而最终导致巷道的破坏。二是起到保护巷道不被侵蚀的作用。在工程实践中, 一般巷道混凝土喷层以80mm~120mm为宜;对于稳定的巷道, 也可在30mm~50mm之间;对于喷层厚度在50mm~100mm以上时, 应该分层喷射, 以达到喷射效果, 并可降低成本。
2.2 混凝土材料对支护质量的影响
锚喷用混凝土应当采用普通硅酸盐水泥, 这种水泥凝结硬度快, 保水性好, 早期强度增长快。可是火山灰质水泥、矿渣水泥的性质与它相反, 故不宜采用, 且标号以不低于400号为宜。粗骨料石子使用前应进行筛选, 河卵粒径应不大于25mm, 碎石粒径应不大于20mm, 级配适中, 应不含有杂质, 实验表明, 选用级配适当的小粒径碎石作为喷射混凝土骨料代替河砂, 可获得良好的喷射混凝土效果。
速凝剂的掺量必须严格进行控制, 而且应在喷射前的最短时间内加入, 尽量做到随搅随喷, 否则, 对速凝效果和混凝土质量都有不良影响。据实验资料表明, 掺速凝剂后, 混凝土的后期强度会有明显的降低, 与不掺速凝剂时对比, 强度降低20%~30%, 抗渗性和收缩性也会有所下降, 当速凝剂的用量大于7%时, 会产生一种水泥的急凝现象, 会大大降低混凝土的强度。随着建材行业的快速发展, 一些水泥厂相继研制出来了超早强水泥、煤矸石速凝早强水泥和喷射水泥, 并在井下做了喷射混凝土支护工业性实验, 显示出了速凝、快硬、早强、高强和微膨胀等优良技术性能。
3 提高煤矿锚喷支护质量的措施
通过对影响锚喷支护质量的因素的分析, 提出了解决这些问题的一些措施, 为锚喷支护的改进与完善提供借鉴。主要途径如下:
3.1 建立一套合理的锚杆支护设计方法。
随着新奥法、收敛约束法在国际上的流行, 美国、澳大利亚等国采用了“地质力学评估-计算机数值模拟进行初始设计-现场施工、监测-信息反馈、修改完善设计”的设计方法。
3.2 选择合理的锚喷支护结构。
由于井下地质条件复杂, 岩体结构多变, 在应用锚喷支护技术时必须根据具体情况分析, 因地制宜, 制定合理的锚喷支护结构。开发推广适用性强的锚喷联合支护形式, 如锚喷网支护、锚喷网加型钢联合支护等。
3.3 进一步研究锚喷支护机理, 完善支护工艺。
研究高强度喷射混凝土及高强度的锚杆、锚索等支护材料, 以解决深部巷道锚喷支护问题。
3.4 煤层巷道中采用锚杆与锚索联合支护进行补强。
由于煤矿综放面回采巷道断面大, 围岩松软变形大, 采用单一的锚杆支护已难以适应。在煤层巷道中采用锚杆与锚索联合支护, 变得越来越普遍。锚杆与锚索联合支护既能最大限度地发挥锚杆和锚索各自的支护性能, 又能根据其各自的支护特性, 联合取得最大的支护效果。
3.5 完善锚喷支护的监测工作。
锚喷支护是一种隐蔽性很强的工程, 只有完善锚喷支护的监测工作才能确保巷道的安全可靠性。由于理论和技术条件的限制, 锚喷支护技术必然存在支护不足区域, 只有采用各种监测方法, 及时地发现问题, 才能最大限度地控制事故的发生。
摘要：简要分析了影响锚喷支护质量的因素, 提出了提高煤矿锚喷支护质量的措施, 供大家参考。
关键词：采矿工程,锚喷支护,质量控制
参考文献
[1]姜福兴.矿山压力与岩层控制[M].北京:煤炭工业出版社, 2006.