水泥錨桿卷式錨固劑

[ 應(yīng)用實例 1]

錨固劑在隧道工程中的應(yīng)用

　　我國鐵路隧道工程從 20 世紀 60 年代末開始推廣新奧法施工，作為初期支護的重要組成部分，錨桿支護技術(shù)已成為隧道施工中一項不可缺少的施工技術(shù)。目前，在我國鐵路隧道施工中，幾乎清一色地采用不帶錨頭和墊板的螺紋鋼桿體的砂漿錨桿。從受力角度看，只滿足了懸掛與組合的要求；從施工角度看，存在填充密實度差、固化速度慢、錨固強度低、施工工序繁瑣等不足之處。特別是在地質(zhì)條件差、有滲漏水的情況下，施工質(zhì)量不易保證，造成工程隱患，影響施工進度。所以近年來，國內(nèi)出現(xiàn)了一種新型高強、快速、微膨脹水泥基藥卷式錨桿，具有錨固強度高、施工簡便快捷、受干擾小、對施工環(huán)境適應(yīng)性廣、成本低廉等優(yōu)點，并可設(shè)墊板，施加預(yù)應(yīng)力，使錨桿對圍巖具備了三維受力加固的作用。它替代了砂漿錨桿，已在高邊坡開挖支護、礦山開挖及工程修復(fù)中得到應(yīng)用。因此，這一新材料、新技術(shù)值得在鐵路隧道施工中借鑒和大力推廣。

1 技術(shù)原理
　　 高強快速錨桿技術(shù) ( 圖 1) 是一種采用新型高強、快速、微膨脹錨固劑 ( 圖 2) 為填充粘結(jié)材料的全長粘結(jié)型錨桿，安裝后在極短時間內(nèi)提供支持抗力，能配合墊板對圍巖施加三向預(yù)應(yīng)力，使圍巖，尤其是松動區(qū)的節(jié)理裂隙、破碎面等得以聯(lián)結(jié)，因而增大了錨固區(qū)圍巖的強度。這對加固節(jié)理發(fā)育的巖體和圍巖松動區(qū)是十分有效的，有助于裂隙巖體和松動區(qū)形成整體“加固帶”。

圖 1 高強快速全粘結(jié)型錨桿

1 ．高強快速、微膨脹水泥基卷式錨固劑； 2 ．濕強度較大的濾紙筒。
圖 2 高強快速錨固藥卷

2 錨桿錨固劑
2 ． 1 技術(shù)指標的確定
　　 高強快速錨桿技術(shù)能否達到實用的關(guān)鍵是確定藥卷式錨固劑的性能指標是否滿足工程施工的需要。初凝時間、終凝時間、小時強度 ( 凝固后 1 、 2 、 4h 強度 ) 、長期強度、膨脹率等性能十分重要，應(yīng)作為性能指標的控制參數(shù)。

(1) 凝結(jié)時間
　　 初凝時間應(yīng)滿足工程對操作工藝的要求，不可過快 ( 小于 3min) ，亦不能過慢 ( 大于 20min) 。終凝與初凝時間差應(yīng)盡量小，因初凝前錨固插桿已完成，初、終凝時間差愈短，在錨固作業(yè)時對仰孔錨固時操作人員的持桿時間就愈短，愈有利于降低勞動強度，防止錨固劑流淌，提高錨固成功率。

(2) 小時強度
　　 錨固作業(yè)時，插桿完成后，錨固強度應(yīng)迅速增長，即在 1 ～ 2h 內(nèi)達到設(shè)計錨固力，最終達到穩(wěn)定和加固圍巖的目的。

(3) 長期強度與膨脹率
　　 錨固后錨桿應(yīng)有較高的、穩(wěn)定的后期強度和膨脹率 ( 起碼不能收縮 ) ，不應(yīng)存在強度降低的問題。

(4) 抗疲勞強度
　　 錨固完成后不因附近爆破、車輛通行的震動而破壞。因此，要求具有較高的抗疲勞強度。

2 ． 2 試驗測試方法
　　 為了定量確定錨固劑的指標，以指導(dǎo)現(xiàn)場的檢驗控制，就必須確定試驗測試方法。目前，鐵路施工規(guī)范及檢驗標準均無具體詳細的規(guī)定。因此，在參考其他行業(yè)標準的基礎(chǔ)上，確定如下。

(1) 凝結(jié)時間
①試驗儀器 采用 ( 水泥標準稠度用水量、凝結(jié)時間、安定性檢驗方法 )(GBl346 — 2001) 中所規(guī)定之儀器及器具；
②試驗環(huán)境條件 溫度 (20 土 3) ℃，水溫 (20 土 3) ℃，水灰比 0.3 ；
③試驗程序 將 300g 錨固劑倒入拌和鍋內(nèi)，用拌和小鏟在錨固劑上劃一小坑槽，將 90mL 潔凈拌和水倒入坑槽，在 lmin 內(nèi)迅速拌勻并立即放入圓模，振動數(shù)次后刮去多余稠漿，抹平并迅速放至測定儀試針下，按規(guī)定進行初、終凝時間測定。試驗結(jié)果取 3 個試樣的平均值。

(2) 抗壓強度
　　參照《水泥膠砂強度檢驗方法 (1SO 法 ) 》 (GB/T17671 — 1999) 方法進行測試。
　　 ①試驗儀器 小時強度用 40 ㎜× 40 ㎜× 160mm 三聯(lián)模、 100kN 試驗機。 3d 以上強度用 40 ㎜× 40 ㎜× l60 ㎜三聯(lián)模、抗折用 100kN 試驗機，抗壓用 1000kN 試驗機。
　　 ②試驗程序 a) 小時強度試驗：錨固劑 330g ，水灰比 0.3 ； b)3 d 以上強度試驗：錨固劑 440g ，水灰比 0.3 ； c) 采用拌和鍋人工拌和，加水后需在 2min 內(nèi)迅速拌勻，立即裝模并將試模在堅硬地面上振動十余次見模底略溢漿即可；刮去多余稠漿，拌平后備用； d) 小時強度試件在測定時拆模：測 3d 以上的后期強度， 4h 拆模，環(huán)境溫度 (20 土 3) ℃，相對濕度＞ 70 ％養(yǎng)護；測定時先做抗折測試； e) 試驗結(jié)果抗折取 2 個數(shù)據(jù)的平均值，抗壓取 3 個數(shù)據(jù)的平均值； f) 試驗時應(yīng)使試體模側(cè)面與壓力機上下承壓板接觸。

(3) 錨固力
　　 ①試驗儀器 采用 1 000LN 萬能材料試驗機并配以拉力架。
　　 ②試驗程序 a) 試驗?zāi)M孔采用外徑 45mm ，壁厚為 2mm 的薄壁鋼管，管段長 400mm ； b) 試驗用桿體采用ф 16mm ，材質(zhì)為 20MnSi 螺紋鋼，桿長為 700mm ； c) 桿體安裝采用打入法； d) 將錨固卷在水中浸 1min ，以藥卷不冒氣泡為止，水溫 (20 土 3) ℃，浸水后立即放入模擬孔中，打入錨桿，敲擊鋼管壁十幾次，安裝完后，將試件整體放人標準環(huán)境中即溫度 (20 土 3) ℃，相對濕度＞ 70 ％養(yǎng)護； e) 養(yǎng)護 0.8h 置試件整體在萬能試驗機上進行測試，錨桿桿端穿過拉力架端板中心孔，再夾緊于試驗機鉗口中，拉力架的另一端可動拉頭固定于試驗機的固定孔中，按材料試驗機操作規(guī)程進行加載，由試驗機測力裝置直接讀得錨固力值； f) 試驗 結(jié)果取 3 個數(shù)據(jù)的平均值。

(4) 膨脹率
　　 參照《膨脹水泥膨脹率試驗方法》 (JC313 — 96) 進行測試。
　　 ①試驗儀器 弓形螺旋測微計，度模規(guī)格為 25 ㎜× 25 ㎜× 280 ㎜。
　　 ②試件制作時拌和必須迅速，應(yīng)在 2min 內(nèi)完成；試體制作后 15 min 拆模測讀基數(shù)， 0.5 h 后測膨脹率。
　　 每次制作 1 個試體，共做 3 次，試驗結(jié)果取 3 次試驗平均值。

2 ． 3 主要技術(shù)指標 ( 表 1 、表 2)
表 1 新型錨固劑主要技術(shù)指標

表 2 砂漿錨桿主要技術(shù)指標

　　試驗環(huán)境條件：溫度 (20 土 3) ℃；拌和水溫 (20 ± 3) ℃；相對濕度≥ 70 ％ ( 模擬現(xiàn)場巖孔 ) ；水灰比 0.3 。
　　 從砂漿錨桿主要技術(shù)指標的對比可以看出，早強型錨桿已遠遠超過了的規(guī)范要求，尤其抗壓強度提高較多。

3 施工現(xiàn)場錨桿支護參數(shù)的確定
　　 主要依據(jù)圍巖、開挖斷面和使用條件等因素，選擇錨桿類型，確定錨桿直徑、長度、數(shù)量、間距和布置方式。

3 ． 1 東秦嶺雙線隧道系統(tǒng)錨桿支護設(shè)計參數(shù) ( 表 3)

表 3 東秦嶺雙線隧道系統(tǒng)錨桿支護設(shè)計參數(shù)

　　依據(jù)《鐵路隧道噴錨構(gòu)筑法技術(shù)規(guī)范》 (TBJl0108 — 2002) 的規(guī)定；錨桿錨固力或抗拔力與錨桿孔注漿飽滿度、錨桿型式、桿體材料、桿體直徑以及圍巖強度、孔壁清潔程度等有關(guān)。

3 ． 2 錨桿安全錨固力的確定
　　 該錨固力一般采用拉拔試驗方法在施工現(xiàn)場獲得。根據(jù)施工現(xiàn)場不同的圍巖級別選擇錨桿支護參數(shù)，計算錨固長度，按操作規(guī)范將錨桿安裝好后，按不同的養(yǎng)護齡期，進行拉拔試驗，記錄錨桿開始滑動時的拉力 ( 即錨固力 ) 。同時，根據(jù)試驗內(nèi)容和目的編組編號。在保證滿足設(shè)計錨固力指標的前提下，考慮一定的安全系數(shù)，確定錨桿的安全錨固力，并以此指導(dǎo)施工。

3 ． 3 錨固劑數(shù)量的確定
　　 根據(jù)設(shè)計選定的錨桿孔深，確定施工中使用卷式錨固劑的個數(shù) N

式中 κ ——富余系數(shù)，一般取 1.05 ～ 1.10 ；

L ——要求錨固長度， mm ；

D ——鉆孔直徑， mm ；

ф——錨桿直徑，㎜；

ｌ——錨固藥卷的長度， mm ；

d ——錨固藥卷的直徑， mm 。

3 ． 4 現(xiàn)場試驗數(shù)據(jù) ( 表 4 ～表 7)
　　 試驗現(xiàn)場：東秦嶺特長隧道開挖后拱部及邊墻；
　　 孔徑：ф 42 風(fēng)鉆孔；
　　 孔內(nèi)狀況：巖粉較多，孔內(nèi)有水；
　　 錨桿：ф 22 螺紋鋼筋；
　　 錨固劑：早強型、ф 30 × 235mm 。

表 4 Ⅵ級圍巖錨桿試驗數(shù)據(jù)

表 5 V 級圍巖錨桿試驗數(shù)據(jù)

表 6 Ⅳ級圍巖錨桿試驗數(shù)據(jù)

表 7 Ⅲ級圍巖錨桿試驗數(shù)據(jù)