地下工程中注浆岩石锚杆施工工艺探究

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［摘要］分析了国内外关于地下工程注浆岩石锚杆施工工艺研究现状，包括基于锚固体加固效果角度对岩土锚固作用机理分析、基于注浆体与岩土局部变形理论对全长注浆岩石锚杆锚固施工工艺研究等，结合地下工程注浆岩石锚杆锚固工程实践，对地下工程中注浆岩石锚杆锚固施工进行了总结，对提高我国岩石锚杆锚固施工技术水平具有一定的工程实践意义。

［关键词］岩石锚杆；地下工程；加固效果

随着我国全面基础设施建设的推进，尤其是地铁、隧道、矿山等地下工程项目越来越多，地下工程岩石锚杆锚固施工工艺大量应用。岩土工程施工现场通过科学利用岩土锚固技术，不仅可全面调动与提高岩土体自身强度以及稳定性，同时还可全面改善岩土体应力状态，达到良好的减轻结构物自重的效果以及提高施工安全水平的效果。岩土锚固工程复杂程度较高，需将地下工程注浆岩石锚杆锚固机理研究与施工实践相结合，以提高理论的适用性和岩石锚杆锚固施工技术的科学性。目前，国内外关于岩石锚杆锚固施工技术现状的研究主要有注浆岩石锚杆中的锚杆与注浆体及围岩体之间所产生的粘结应力研究、基于锚固体加固效果角度对岩土锚固作用机理分析、岩石锚杆锚固拉拔试验物理力学模型相关研究、基于注浆体与岩土局部变形理论对全长注浆岩石锚杆锚固机理问题研究等。但是，这些研究大都以理论分析和论证为主，在工程实践应用方面有所欠缺。以现存的研究及成果为基础，结合河南洛阳某地下工程注浆岩石锚杆施工工程，开展了对注浆岩石锚杆锚固施工技术的应用分析，以期为我国地下工程注浆岩石锚杆锚固工程施工提供借鉴与参考。

1地下工程中注浆岩石锚杆锚固施工原理

1.1基于锚固体加固效果分析的岩土锚固施工原理

预应力锚杆所涉及的荷载传递机理主要可以理解为，外部所施加的荷载在注浆体与锚杆之间产生的相互作用力，相当于对注浆体施加反作用力。此时，反作用力会全部施加在围岩体结构中。而对非预应力锚杆而言，研究人员通常会将注浆体与锚杆视作综合锚固单元体系。在荷载传递机理方面，主要表现为围岩体与锚固单元之间所产生的相对位移，可产生大量相互作用力。锚固过程中岩土体力学状态变化可以从弹性参数变化以及强度参数变化等方面对加固体结构关系进行明确把握。目前，在工程实践中，将构建的简化条件下的本构方程应用于锚固岩体流变模型和本构方程中，确保工程建设施工安全。

1.2基于注浆体与岩土体局部变形理论的锚固施工原理

基于注浆体与岩土体局部变形理论研究，主要根据锚固体所表现出的受力平衡状态，对注浆岩石锚杆界面剪切力表现以及轴向荷载表现进行了方程构建。在此过程中，可分析影响锚杆锚固效果的参数，并对施工作业期间可能遇到的风险问题进行提前识别。从研究情况来看，锚固体端部点附近存在明显的应力集中现象。但是在接近锚杆锚固段底部位置时，锚杆轴向荷载表现为零，界面剪应力也几乎为零。锚杆轴向荷载与界面剪应力之间并不是均匀分布关系。因此，建议现场施工人员可通过增大锚杆直径方式达到改善锚杆锚固效果。

2地下工程中注浆岩石锚杆锚固施工工程实例应用

以河南某地下工程注浆岩石锚杆锚固施工为工程实例进行分析。该工程项目占地面积达3万m2，总建筑面积15万m2。其中，规划酒店面积为8万m2，商场规划面积为3万m2，整体公寓营运面积为4万m2，项目总投资额超过6亿元。

3地下工程中注浆岩石锚杆施工工艺

当进行地下工程施工时，可能存在隧道周围围岩承载能力不足情况，此时，就需采取一定的技术措施提高围岩自身承载能力。岩石锚杆锚固是控制围岩变形，提高岩石承载能力最为成熟的技术，工艺流程如图1所示。

3.1锚杆施工原材料备制

根据工程实际需要，准备锚杆施工相关的原材料，以保证施工进度。本工程中，原材料的种类、规格要求见表1。

3.2锚杆孔施工

锚杆孔钻孔施工需用到的仪器设备主要有钻机、发电机组、经纬仪、振动棒、空压机组等，其中，钻机是最为关键的设备。钻孔的施工流程及技术要点如下。3.2.1孔位布置。在钻孔之前，要根据设计要求以及围岩的具体情况，将孔位定位好，并作出标记。为保证钻孔精度，要求孔位定位偏差不得大于±15cm。在钻孔前，应有专职机手检查设备是否安装牢固。3.2.2锚杆孔径对。于砂浆锚杆的锚杆孔，在钻孔时应大于锚杆直径15mm，以便于安装锚杆，并充填混凝土加以固定。在钻孔过程中，要根据岩石硬度的差异选择合适的钻头。钻孔速度上，要控制好推进的速度和回转速度，一般而言，中等硬度岩层推进速度为3min/m，开孔良好。3.2.3钻孔方向。锚杆孔钻孔方向应该垂直于围岩壁面，以保证结构稳固。若在钻孔过程中发现出现跑锚现象，要立刻停止钻孔、检查修正。3.2.4钻孔深度。根据施工设计方案，钻孔深度应超出锚杆设计长度的cm，保证锚杆有足够裸露部分。3.2.5钻孔精度。砂浆锚杆孔的钻孔深度应尽量保持一致，各个锚杆孔深度相差应保持在±5cm，锚杆孔应根据设计要求直线布置。3.2.6灌浆前清孔。在完成钻孔施工后，要移开钻孔设备，并将基面周围的碎石、粉砂、泥水等清理干净，一般采用高压水、风或人工清理。在清理钻孔时，要将其他锚孔覆盖，避免碎石、渣土等进入锚孔内。对于锚孔中形成的光滑钻孔岩石基面，要进行凿毛处理，保证锚杆与岩层的粘结强度。

3.3砂浆锚杆安装施工

3.3.1验孔工序。锚孔成型后，应由专业技术人员专门对锚孔进行验孔，合格后才能开始下一道安装工序。同时，对锚孔尺寸、锚杆规格等进行校核，对于锚孔超深的部分，要采用细石混凝土进行填充，以保证所有的锚杆、锚孔施工深度一致。3.3.2采用三角吊装支架安装锚杆将三角吊装支架安装在基础腿上，使锚杆能垂直下入锚孔，避免锚杆与孔壁接触，同时也可防止杂物进入锚孔内。锚筋安装施工时，要确保锚筋底部圆钢定位不会受到影响。锚杆安装施工如图2所示。3.3.3锚杆找正施工。锚杆吊装入锚孔后，要利用定位爪进行找正。为保证锚杆在锚孔内钢筋保护层达到设计要求，可在必要时在锚杆的中部位置增加1个定位爪，以确保锚杆定位准确。在锚杆的上端位置，采用拉棒即可找正。当确定好锚杆的中心位置后，可使用拉棒将锚杆预固定，然后采用经纬仪对锚杆垂直度、锚杆位置进行校核，确认锚杆位置无误后，利用拉棒将锚杆固定牢固。锚杆找正施工如图3所示。

3.4锚桩浇制施工

锚桩浇制施工影响锚杆锚固的效果，本工程中锚桩浇制施工技术要求如下。（1）锚桩浇制要采用C30细石混凝土，要求的细石粒径在5~8mm，不可过大或过小。（2）充分考虑浇制过程中锚孔内混凝土的流动性，对混凝土坍落度的要求为1~1mm，且混凝土添加的膨胀剂要占水泥重量的6%左右。（3）对锚孔内混凝土灌入量进行精确的计算，要求每个孔洞的混凝土灌入量须大于设计理论值。在作业过程中，要分层采用振动棒或人工钢钎捣固，每层的高度约为400mm。捣固作业须严格执行，避免在锚固段出现混凝土断层，否则会严重影响工程质量。

4结束语

地下工程注浆岩石锚杆锚固施工工程实践的每一个步骤、每一个工艺要求，均为理论与实践结合的产物。依照注浆岩石锚杆锚固施工工艺，完成了河南某地下工程注浆岩石锚杆锚固的施工，取得了良好的施工效果。本研究中，重点侧重于使用混凝土，最大限度地提高锚固体与岩土之间粘结强度。锚杆锚固施工工程是一个系统工程，需在每一个环节中都做好施工质量控制，包括原材料质量检测、锚孔施工精度及尺寸、锚杆安装精度、锚桩浇筑过程中混凝土的捣固等。

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作者:邢上志 单位:河南省建筑科学研究院有限公司