摘要: 混凝土喷锚支护可提高边坡岩土的结构强度和抗变形刚度, 增强边坡的整体稳定性和承载能力。本文根据宝珠寺水电站左右岸边坡主要采用混凝土喷锚支护的工程实践, 介绍了施工方案设计、材料要求、施工方法、技术措施, 以及现场质量管理和检测等问题。
关键词: 混凝土喷锚支护; 设计; 施工; 质量检测; 宝珠寺水电站
中图分类号: TV52; TV698.2 文献标识码: B 文章编号: 1671- 1092( 2007) 01- 0049- 03
1 概述
工程边坡的稳定是工程领域内极为重要的课题。在库岸边坡、厂房、基坑、坝肩等工程开挖修筑过程中经常涉及到许多边坡稳定性的问题。边坡失稳导致的滑坡事故, 会造成重大经济损失和人身伤亡。在工程的施工期和运行期应高度重视边坡的稳定, 必须采取综合工程措施以确保边坡安全。首要的措施是采用排水和控制爆破技术, 最大限度地减少边坡岩体恶化, 同时也可以考虑卸荷、压重、喷锚支护、钢筋桩、预应力锚固、浇筑钢筋混凝土抗滑结构等边坡加固措施, 并辅以安全监测措施。
混凝土喷锚支护措施一般用于易风化岩石边坡表面的保护, 在水电工程中被广泛运用。混凝土喷锚支护靠锚杆、钢筋网和混凝土层的共同工作来提高边坡岩土的结构强度和抗变形刚度, 减小岩( 土) 体侧向变形, 增强边坡的整体稳定性和承载能力。主要适用于岩性较差、强度较低、易于风化的岩石边坡; 或虽为坚硬岩层, 但风化严重、节理发育、易受自然应力影响、导致大面积碎落, 以及局部小型崩塌、落石的岩质边坡; 或岩质边坡因爆破施工,造成大量超爆、破坏范围深入边坡内部, 边坡岩石破碎松散、极易发生落石、崩塌的边坡防护。混凝土喷锚支护可以不用模板或少用模板, 加快支护和衬砌施工速度。为了使松散岩石边坡不出现落石、崩塌现象, 确保安全, 经技术经济比较, 宝珠寺水电站两岸的高陡边坡就主要采用了混凝土喷锚支护方案进行防护处理。
2 材料要求及施工方案设计
宝珠寺水电站两岸的边坡属于岩性较差、极易风化、强度较低的边坡, 边坡破碎松散, 落石现象时有发生。在进行防护处理时根据边坡现状, 将需要加固防护的边坡分为锚杆挂网喷射混凝土防护和素喷混凝土防护两种类型; 对边坡较高、坡面松散破碎严重, 且破碎岩层较厚的地方采用混凝土喷锚防护; 而对那些边坡较低, 只有少量裂缝, 破碎不严重的地方则采用素喷混凝土防护。
2.1 材料选择要求
(1) 水泥: 应优先选用新鲜的强度等级不低于32.5R 的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥; 也可选用不低于42.5R 矿渣硅酸盐水泥或火山灰质硅酸盐水泥, 性能要符合现行水泥标准。
(2) 砂: 应采用坚硬耐久的中粗砂, 细度模数宜为2.5～3.0, 含水率应控制在5%～7%。
(3) 骨料: 应采用坚硬耐久的碎石或卵石, 粒径不宜大于15 mm; 当采用碱性速凝剂时, 不得使用含有活性二氧化硅的石料, 以免发生碱骨料反应而使喷混凝土开裂破坏。
(4) 外加剂: 可选用速凝、早强、减水等性能的外加剂, 其质量应满足DL/T5100- 1999《水工混凝土外加剂技术规程》有关规定, 掺外加剂后的喷射混凝土性能必须满足设计要求。
(5) 水: 用水中不应含有影响水泥正常凝结与硬化的有害物质, 不得使用污水以及pH 值小于4 的酸性水和含硫酸盐量按SO4 计算超过水重1%的水。
(6) 铁丝网、钢筋、锚杆: 一般部位采用机编镀锌铁丝网, 网目为8 cm, 铁丝网无锈。在规模较大的地质缺陷部位采用直径为6～8 mm 的钢筋网, 网目为10～20 cm。锚杆宜采!22～!32 的螺纹钢筋, 挂网锚杆长1.5 m。
2.2 构造方案设计
喷射混凝土厚度采用10～20 cm, 喷射混凝土标号为C20 细石混凝土。锚杆采用Φ20的钢筋; 锚固深度视边坡岩层的破碎程度及破碎层的厚度而定, 一般取1.5 m( 为防止锚杆滑出, 锚杆必须置于较好的岩层面以下一定深度) ; 锚杆孔的深度应大于锚固深度20 cm, 并用1∶1～1∶2 的水泥砂浆固结; 锚杆间距采用2.0 m×2.0m, 呈梅花型布置。
钢筋网的孔眼尺寸采用20 cm×20 cm 的方孔,钢筋采用Φ6。
2.3 喷射混凝土的施工配合比设计
喷射混凝土配合比设计时应满足: 能得到所需的强度; 回弹量小; 粉尘量少; 粘附性好; 能获得密实的混凝土; 不易发生管道堵塞。
施工常用的配合比为:
(1) 水泥与砂石重量比为1∶2∶2 ～1∶2∶3;
(2) 砂率宜为45%～60%;
(3) 水灰比宜为0.4～0.5;
(4) 速凝剂掺量应通过最佳掺量试验确定。
3 施工方法及技术措施
混凝土喷锚支护的施工工序是: 搭设脚手架→整修边坡→钻孔注浆( 安装锚杆) →钢筋网制作、挂网→喷射混凝土→喷水养护。现将各工序的施工方法及技术措施简述如下。
3.1 搭设脚手架
脚手架搭设前必须先对现有边坡的稳定情况进行观察, 确定安全后再搭设脚手架。钢管支架立柱应置于坚硬稳定的岩石上, 不得置于浮渣上; 立柱间距1.5 m。架子宽度1.2～1.5 m; 横杆高度1.8 m,以满足施工操作; 搭设管扣要牢固和稳定; 钢架与壁面之间必须楔紧, 相邻钢架之间应连接牢靠, 以确保施工安全。
3.2 坡面整修
由于现有的岩石边坡破碎松散且不平整, 故必须将松散的浮石和岩渣清除干净。处理好光滑岩面; 拆除障碍物; 用石块补砌空洞; 用高压水冲洗受喷面; 对边坡局部不稳定处进行清刷或支补加固;对较大的裂缝进行灌浆或勾缝处理; 在边坡松散空洞处和坡脚处设置一定数量的泄水孔, 预留的数量根据现场确定布设。
3.3 锚杆钻孔、注浆、插杆
(1) 锚杆钻孔采用气腿式凿岩机钻孔, 孔径50mm; 锚杆深度一般为1.0～1.5 m, 钻孔要垂直边坡面。锚杆采用!22 mm 的钢筋, 间排距2.0 m, 呈梅花型布置。
(2) 如果遇到岩石过于坚硬须采取加水的方式钻孔, 钻孔时不能强加压力冲钻, 以免影响边坡岩石的稳定。
(3) 采用压力泵将1∶1 的水泥砂浆注入锚孔。如遇空洞不能加压太大, 要保持0.1 MPa 的工作压力。注浆时注浆管应插至孔底10～20 cm 处, 随砂浆的注入缓慢匀速拔出。注浆要保证砂浆饱满, 不得有里空外满的现象。
(4) 注完浆后, 立即插入锚杆, 若孔口无砂浆溢出, 应及时补注砂浆。插入锚杆后, 不得碰撞。在砂浆达到一定强度后方能进行挂网施工。
(5) 锚杆安装采用人工安装, 安装前对锚杆体表面进行检查, 进行去污和除锈处理。
3.4 挂网
(1) 先将圆盘钢筋(!6) 调直, 按边坡形状尺寸取料加工, 按网孔20 cm×20cm 的规格编织好钢筋网, 分布要均匀, 绑扎要牢固。
(2) 编好钢筋网后, 与锚杆交接处必须进行焊接, 以保证喷射混凝土时钢筋不晃动。
(3) 钢筋网与受喷面的间距不得小于两倍最大骨料粒径, 以保证钢筋网保护层厚度。
3.5 喷射混凝土施工
喷射作业前必须对机械设备, 风、水管路和电线等进行全面检查及试运转。
喷射混凝土之前, 用清水将坡面冲刷干净, 湿润岩层表面。
当喷射混凝土设计厚度大于一次喷射厚度时,应分层进行喷射。两次喷射的间隔时间, 在常温时,掺速凝剂的普通硅酸盐水泥为15～30 min, 不掺速凝剂的普通硅酸盐水泥为2～4 h。喷射的方向, 应尽量与受喷面垂直, 以减少回弹量。喷头与受喷面距离宜在0.4～1.0 m 之间。
3.6 养护
当最后一次喷射的混凝土终凝2 h 后, 立即喷水养护, 每天至少喷水四次。养护时间一般不得少于7 d。
在终凝后第一次喷水养生时, 压力不宜过大,以防止冲坏喷射混凝土防护层表面。气温低于5℃时, 不得喷水养护。在养生过程中如果发现剥落、外鼓、裂纹、局部潮湿、色泽不均等不良现象, 应分析原因、采取措施进行修补, 以防后患。
4 现场质量管理与检测
4.1 现场质量管理措施
(1) 严把钢筋、水泥、砂石、速凝剂等原材料质量关, 并严格按配合比施工。
(2) 严格操作规程: 根据生产需要, 专门制订锚杆施工操作规程、喷射混凝土操作规程以及检验制度、机具测试维修制度、新工艺和新技术的推广制度等, 使每一位施工人员都熟悉并掌握操作规程和技术要求。要求工人严格按操作规程施工, 加强对其责任心的教育。
(3) 加强对操作人员的培训。尤其是喷射手、搅拌人员、喷射机操作人员, 一定要选择责任心强、技术熟练的工人担任, 以保证喷射混凝土的质量。
(4) 合理选择施工设备、机具和施工方案。施工前选好设备、机具, 良好的机具是保证质量的基础。在选择施工方案时, 要深入调查, 进行测试研究, 采用工程类比法, 优化选择适合的支护方式和施工方法。
4.2 现场质量检测
(1) 强度检测
喷射混凝土必须做抗压强度试验, 试块在工程施工中抽样制取, 在喷射作业面附近, 将模具敞开一侧朝下, 以80°( 与水平面的夹角) 左右置于墙脚: 先在模具外的边墙上喷射, 待操作正常后, 将喷头移至模具位置, 由下而上, 逐层向模具内喷满混凝土。将喷满混凝土的模具移至安全地方, 用三角抹刀刮平混凝土表面。在标准养护条件下养护7 d 后, 将混凝土加工成边长为100 mm 的立方体试块。继续在标准条件下养护至28 d 龄期后, 进行抗压强度试验。喷射混凝土的强度应满足以下要求: 抗压强度Rc≥15 MPa; 抗拉强度Rt=( 1 /10～1 /12)Rc; 抗剪强度τ=( 1 /7～1 /8)Rc。
(2) 厚度检测
用凿孔法检测。根据《锚杆喷射混凝土支护技术规范》的要求: 每个断面上, 全部检查孔处的喷层厚度, 60%以上不应小于设计厚度; 最小值不应小于设计厚度的一半; 同时, 检查孔处厚度的平均值, 不应小于设计厚度值。
(3) 锚杆间排距检测
锚杆间排距是锚杆施工质量的一项主要考核指标, 是锚杆能否发挥支护作用的保证条件之一。在锚杆被喷射混凝土覆盖前, 主要采用在工作面用尺直接量测的方式进行检测。检测结果应符合MT/5015-96《锚喷支护工程质量检测规程》的规定要求。
(4) 锚杆质量检测
锚杆安插后, 采用拉拔试验检测锚杆施工质量,实测拉拔力应大于设计拉拔力。锚杆砂浆达到龄期后, 按照有关规程规范的要求, 每300 根锚杆选一组( 三根) , 由设代、施工、监理等单位共同随机抽检, 其拉拔力均满足设计要求。采用物探仪器检测法检查砂浆密实度, 注浆密实度大于75%方为合格。
(5) 外观感检测
外观感检测一般采用人工观测的方法, 包括目测法和实测法两种。在喷射施工过程中, 要及时检查喷混凝土表面是否有松动、开裂、下坠滑移等现象,如有应及时清除重喷。工程完工后, 坡面平顺、线型流畅, 无漏喷、离鼓、裂缝、钢筋网外露现象, 地表及坡面排水处理得当, 无漏水现象, 应符合规范要求。
(6) 密实度检测
当喷射混凝土达到一定强度后, 可用锤击听声法进行检查, 对空鼓、脱壳处应及时进行处理。
(7) 配合比检测
在喷射过程中, 要及时测回弹率和混凝土实际配合比, 根据量测结果对混凝土拌和配合比进行调整。
5 结语
(1) 混凝土喷锚支护可提高边坡岩土的结构强度和抗变形刚度, 增强边坡的整体稳定性和承载能力。
(2) 应根据边坡岩土体现状, 合理地选择喷射混凝土的支护措施、结构设计方案。
(3) 合理选择施工程序、工艺和技术措施是保证混凝土喷锚支护工程质量的关键。
(4) 制订行之有效的现场质量管理措施非常必要。混凝土喷锚支护要对喷射混凝土强度和厚度、锚杆间排距、抗拔力、外观感、密实度和配合比等方面进行检测, 严把质量关。
参考文献:
[1]水利水电工程施工手册(混凝土工程) .中国电力出版社,2002.
