摘要: 混凝土噴錨支護可提高邊坡巖土的結構強度和抗變形剛度, 增強邊坡的整體穩定性和承載能力。本文根據寶珠寺水電站左右岸邊坡主要采用混凝土噴錨支護的工程實踐, 介紹了施工方案設計、材料要求、施工方法、技術措施, 以及現場質量管理和檢測等問題。
關鍵詞: 混凝土噴錨支護; 設計; 施工; 質量檢測; 寶珠寺水電站
中圖分類號: TV52; TV698.2 文獻標識碼: B 文章編號: 1671- 1092( 2007) 01- 0049- 03
1 概述
工程邊坡的穩定是工程領域內極為重要的課題。在庫岸邊坡、廠房、基坑、壩肩等工程開挖修筑過程中經常涉及到許多邊坡穩定性的問題。邊坡失穩導致的滑坡事故, 會造成重大經濟損失和人身傷亡。在工程的施工期和運行期應高度重視邊坡的穩定, 必須采取綜合工程措施以確保邊坡安全。首要的措施是采用排水和控制爆破技術, 最大限度地減少邊坡巖體惡化, 同時也可以考慮卸荷、壓重、噴錨支護、鋼筋樁、預應力錨固、澆筑鋼筋混凝土抗滑結構等邊坡加固措施, 并輔以安全監測措施。
混凝土噴錨支護措施一般用于易風化巖石邊坡表面的保護, 在水電工程中被廣泛運用。混凝土噴錨支護靠錨桿、鋼筋網和混凝土層的共同工作來提高邊坡巖土的結構強度和抗變形剛度, 減小巖( 土) 體側向變形, 增強邊坡的整體穩定性和承載能力。主要適用于巖性較差、強度較低、易于風化的巖石邊坡; 或雖為堅硬巖層, 但風化嚴重、節理發育、易受自然應力影響、導致大面積碎落, 以及局部小型崩塌、落石的巖質邊坡; 或巖質邊坡因爆破施工,造成大量超爆、破壞范圍深入邊坡內部, 邊坡巖石破碎松散、極易發生落石、崩塌的邊坡防護。混凝土噴錨支護可以不用模板或少用模板, 加快支護和襯砌施工速度。為了使松散巖石邊坡不出現落石、崩塌現象, 確保安全, 經技術經濟比較, 寶珠寺水電站兩岸的高陡邊坡就主要采用了混凝土噴錨支護方案進行防護處理。
2 材料要求及施工方案設計
寶珠寺水電站兩岸的邊坡屬于巖性較差、極易風化、強度較低的邊坡, 邊坡破碎松散, 落石現象時有發生。在進行防護處理時根據邊坡現狀, 將需要加固防護的邊坡分為錨桿掛網噴射混凝土防護和素噴混凝土防護兩種類型; 對邊坡較高、坡面松散破碎嚴重, 且破碎巖層較厚的地方采用混凝土噴錨防護; 而對那些邊坡較低, 只有少量裂縫, 破碎不嚴重的地方則采用素噴混凝土防護。
2.1 材料選擇要求
(1) 水泥: 應優先選用新鮮的強度等級不低于32.5R 的硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥; 也可選用不低于42.5R 礦渣硅酸鹽水泥或火山灰質硅酸鹽水泥, 性能要符合現行水泥標準。
(2) 砂: 應采用堅硬耐久的中粗砂, 細度模數宜為2.5～3.0, 含水率應控制在5%～7%。
(3) 骨料: 應采用堅硬耐久的碎石或卵石, 粒徑不宜大于15 mm; 當采用堿性速凝劑時, 不得使用含有活性二氧化硅的石料, 以免發生堿骨料反應而使噴混凝土開裂破壞。
(4) 外加劑: 可選用速凝、早強、減水等性能的外加劑, 其質量應滿足DL/T5100- 1999《水工混凝土外加劑技術規程》有關規定, 摻外加劑后的噴射混凝土性能必須滿足設計要求。
(5) 水: 用水中不應含有影響水泥正常凝結與硬化的有害物質, 不得使用污水以及pH 值小于4 的酸性水和含硫酸鹽量按SO4 計算超過水重1%的水。
(6) 鐵絲網、鋼筋、錨桿: 一般部位采用機編鍍鋅鐵絲網, 網目為8 cm, 鐵絲網無銹。在規模較大的地質缺陷部位采用直徑為6～8 mm 的鋼筋網, 網目為10～20 cm。錨桿宜采!22～!32 的螺紋鋼筋, 掛網錨桿長1.5 m。
2.2 構造方案設計
噴射混凝土厚度采用10～20 cm, 噴射混凝土標號為C20 細石混凝土。錨桿采用Φ20的鋼筋; 錨固深度視邊坡巖層的破碎程度及破碎層的厚度而定, 一般取1.5 m( 為防止錨桿滑出, 錨桿必須置于較好的巖層面以下一定深度) ; 錨桿孔的深度應大于錨固深度20 cm, 并用1∶1～1∶2 的水泥砂漿固結; 錨桿間距采用2.0 m×2.0m, 呈梅花型布置。
鋼筋網的孔眼尺寸采用20 cm×20 cm 的方孔,鋼筋采用Φ6。
2.3 噴射混凝土的施工配合比設計
噴射混凝土配合比設計時應滿足: 能得到所需的強度; 回彈量小; 粉塵量少; 粘附性好; 能獲得密實的混凝土; 不易發生管道堵塞。
施工常用的配合比為:
(1) 水泥與砂石重量比為1∶2∶2 ～1∶2∶3;
(2) 砂率宜為45%～60%;
(3) 水灰比宜為0.4～0.5;
(4) 速凝劑摻量應通過最佳摻量試驗確定。
3 施工方法及技術措施
混凝土噴錨支護的施工工序是: 搭設腳手架→整修邊坡→鉆孔注漿( 安裝錨桿) →鋼筋網制作、掛網→噴射混凝土→噴水養護。現將各工序的施工方法及技術措施簡述如下。
3.1 搭設腳手架
腳手架搭設前必須先對現有邊坡的穩定情況進行觀察, 確定安全后再搭設腳手架。鋼管支架立柱應置于堅硬穩定的巖石上, 不得置于浮渣上; 立柱間距1.5 m。架子寬度1.2～1.5 m; 橫桿高度1.8 m,以滿足施工操作; 搭設管扣要牢固和穩定; 鋼架與壁面之間必須楔緊, 相鄰鋼架之間應連接牢靠, 以確保施工安全。
3.2 坡面整修
由于現有的巖石邊坡破碎松散且不平整, 故必須將松散的浮石和巖渣清除干凈。處理好光滑巖面; 拆除障礙物; 用石塊補砌空洞; 用高壓水沖洗受噴面; 對邊坡局部不穩定處進行清刷或支補加固;對較大的裂縫進行灌漿或勾縫處理; 在邊坡松散空洞處和坡腳處設置一定數量的泄水孔, 預留的數量根據現場確定布設。
3.3 錨桿鉆孔、注漿、插桿
(1) 錨桿鉆孔采用氣腿式鑿巖機鉆孔, 孔徑50mm; 錨桿深度一般為1.0～1.5 m, 鉆孔要垂直邊坡面。錨桿采用!22 mm 的鋼筋, 間排距2.0 m, 呈梅花型布置。
(2) 如果遇到巖石過于堅硬須采取加水的方式鉆孔, 鉆孔時不能強加壓力沖鉆, 以免影響邊坡巖石的穩定。
(3) 采用壓力泵將1∶1 的水泥砂漿注入錨孔。如遇空洞不能加壓太大, 要保持0.1 MPa 的工作壓力。注漿時注漿管應插至孔底10～20 cm 處, 隨砂漿的注入緩慢勻速拔出。注漿要保證砂漿飽滿, 不得有里空外滿的現象。
(4) 注完漿后, 立即插入錨桿, 若孔口無砂漿溢出, 應及時補注砂漿。插入錨桿后, 不得碰撞。在砂漿達到一定強度后方能進行掛網施工。
(5) 錨桿安裝采用人工安裝, 安裝前對錨桿體表面進行檢查, 進行去污和除銹處理。
3.4 掛網
(1) 先將圓盤鋼筋(!6) 調直, 按邊坡形狀尺寸取料加工, 按網孔20 cm×20cm 的規格編織好鋼筋網, 分布要均勻, 綁扎要牢固。
(2) 編好鋼筋網后, 與錨桿交接處必須進行焊接, 以保證噴射混凝土時鋼筋不晃動。
(3) 鋼筋網與受噴面的間距不得小于兩倍最大骨料粒徑, 以保證鋼筋網保護層厚度。
3.5 噴射混凝土施工
噴射作業前必須對機械設備, 風、水管路和電線等進行全面檢查及試運轉。
噴射混凝土之前, 用清水將坡面沖刷干凈, 濕潤巖層表面。
當噴射混凝土設計厚度大于一次噴射厚度時,應分層進行噴射。兩次噴射的間隔時間, 在常溫時,摻速凝劑的普通硅酸鹽水泥為15～30 min, 不摻速凝劑的普通硅酸鹽水泥為2～4 h。噴射的方向, 應盡量與受噴面垂直, 以減少回彈量。噴頭與受噴面距離宜在0.4～1.0 m 之間。
3.6 養護
當最后一次噴射的混凝土終凝2 h 后, 立即噴水養護, 每天至少噴水四次。養護時間一般不得少于7 d。
在終凝后第一次噴水養生時, 壓力不宜過大,以防止沖壞噴射混凝土防護層表面。氣溫低于5℃時, 不得噴水養護。在養生過程中如果發現剝落、外鼓、裂紋、局部潮濕、色澤不均等不良現象, 應分析原因、采取措施進行修補, 以防后患。
4 現場質量管理與檢測
4.1 現場質量管理措施
(1) 嚴把鋼筋、水泥、砂石、速凝劑等原材料質量關, 并嚴格按配合比施工。
(2) 嚴格操作規程: 根據生產需要, 專門制訂錨桿施工操作規程、噴射混凝土操作規程以及檢驗制度、機具測試維修制度、新工藝和新技術的推廣制度等, 使每一位施工人員都熟悉并掌握操作規程和技術要求。要求工人嚴格按操作規程施工, 加強對其責任心的教育。
(3) 加強對操作人員的培訓。尤其是噴射手、攪拌人員、噴射機操作人員, 一定要選擇責任心強、技術熟練的工人擔任, 以保證噴射混凝土的質量。
(4) 合理選擇施工設備、機具和施工方案。施工前選好設備、機具, 良好的機具是保證質量的基礎。在選擇施工方案時, 要深入調查, 進行測試研究, 采用工程類比法, 優化選擇適合的支護方式和施工方法。
4.2 現場質量檢測
(1) 強度檢測
噴射混凝土必須做抗壓強度試驗, 試塊在工程施工中抽樣制取, 在噴射作業面附近, 將模具敞開一側朝下, 以80°( 與水平面的夾角) 左右置于墻腳: 先在模具外的邊墻上噴射, 待操作正常后, 將噴頭移至模具位置, 由下而上, 逐層向模具內噴滿混凝土。將噴滿混凝土的模具移至安全地方, 用三角抹刀刮平混凝土表面。在標準養護條件下養護7 d 后, 將混凝土加工成邊長為100 mm 的立方體試塊。繼續在標準條件下養護至28 d 齡期后, 進行抗壓強度試驗。噴射混凝土的強度應滿足以下要求: 抗壓強度Rc≥15 MPa; 抗拉強度Rt=( 1 /10～1 /12)Rc; 抗剪強度τ=( 1 /7～1 /8)Rc。
(2) 厚度檢測
用鑿孔法檢測。根據《錨桿噴射混凝土支護技術規范》的要求: 每個斷面上, 全部檢查孔處的噴層厚度, 60%以上不應小于設計厚度; 最小值不應小于設計厚度的一半; 同時, 檢查孔處厚度的平均值, 不應小于設計厚度值。
(3) 錨桿間排距檢測
錨桿間排距是錨桿施工質量的一項主要考核指標, 是錨桿能否發揮支護作用的保證條件之一。在錨桿被噴射混凝土覆蓋前, 主要采用在工作面用尺直接量測的方式進行檢測。檢測結果應符合MT/5015-96《錨噴支護工程質量檢測規程》的規定要求。
(4) 錨桿質量檢測
錨桿安插后, 采用拉拔試驗檢測錨桿施工質量,實測拉拔力應大于設計拉拔力。錨桿砂漿達到齡期后, 按照有關規程規范的要求, 每300 根錨桿選一組( 三根) , 由設代、施工、監理等單位共同隨機抽檢, 其拉拔力均滿足設計要求。采用物探儀器檢測法檢查砂漿密實度, 注漿密實度大于75%方為合格。
(5) 外觀感檢測
外觀感檢測一般采用人工觀測的方法, 包括目測法和實測法兩種。在噴射施工過程中, 要及時檢查噴混凝土表面是否有松動、開裂、下墜滑移等現象,如有應及時清除重噴。工程完工后, 坡面平順、線型流暢, 無漏噴、離鼓、裂縫、鋼筋網外露現象, 地表及坡面排水處理得當, 無漏水現象, 應符合規范要求。
(6) 密實度檢測
當噴射混凝土達到一定強度后, 可用錘擊聽聲法進行檢查, 對空鼓、脫殼處應及時進行處理。
(7) 配合比檢測
在噴射過程中, 要及時測回彈率和混凝土實際配合比, 根據量測結果對混凝土拌和配合比進行調整。
5 結語
(1) 混凝土噴錨支護可提高邊坡巖土的結構強度和抗變形剛度, 增強邊坡的整體穩定性和承載能力。
(2) 應根據邊坡巖土體現狀, 合理地選擇噴射混凝土的支護措施、結構設計方案。
(3) 合理選擇施工程序、工藝和技術措施是保證混凝土噴錨支護工程質量的關鍵。
(4) 制訂行之有效的現場質量管理措施非常必要。混凝土噴錨支護要對噴射混凝土強度和厚度、錨桿間排距、抗拔力、外觀感、密實度和配合比等方面進行檢測, 嚴把質量關。
參考文獻:
[1]水利水電工程施工手冊(混凝土工程) .中國電力出版社,2002.
