性质不良地层中的锚固力改良工艺应用

在冲积、残积、坡积、洪积、风积、堆积等土质或类土质地层,或页岩、泥岩、千枚岩等软岩、极软岩地层中,由于岩土体的物理力学性质不良,往往导致大吨位的锚索锚固能力不理想。这时,就需要采用特殊的注浆工艺,以有效提高此类不良地层的锚固能力。
1、锚固段加长法
在一定长度范围内,地层的锚固能力与锚固段的长度成近似的正比增长。因此,加长锚固段的长度,可有效调动更大长度范围内的地层参与,从而也就提高了锚固工程的锚固力。但是需要注意的是,由于锚固力与锚固长度成正比增长,是在锚固长度不超过一定范围内的近似假设,这与真正的地层锚固应力存在较大差异。因此,锚固段加长度法只能在一定的长度范围内应用,且不可盲目通过不断加长锚固段长度来提高所谓的锚固力。也就是说,有的工程中采用ф130mm,ф150mm钻孔时设置的锚固段长度超过10m,甚至达到15m或20m的作法可能是不合理的。
2、加大孔径法
由于地层的锚固能力与单位长度上的钻孔周长成正比。因此,为有效提高不良地层的锚固能力,最简单的方法,就是加大钻孔直径,从而调动更大半径范围内的地层参与,提高地层对注浆体的摩阻力。如锚索工程中就常有ф130mm,ф150mm,ф170mm,甚至ф210mm等钻头,用于满足锚索工程的不同需求。
3、分散型工艺法
当锚固工程为单一锚固段提供锚固力时,在同等预应力作用下将存在相对更大的应力集中问题,一旦应力超过了岩土体的极限强度或设计容许强度,就直接限制了岩土体的锚固能力。因此,将锚固工程的锚固段设置为n个锚固单元时,将直接将应力集中峰值降低n倍,从而大大提高了不良地层的锚固能力。如锚索工程中常见的压力分散型,拉力分散型、拉压分散型等就属于这种形式。
4、应力转换法
由于岩土体抗压强度远高于抗拉强度,因此,可以通过锚固工艺的调整调动岩土体的抗压能力来提高地层的锚固能力。如设置纺锤型扩大头式钻孔,或将拉力型锚索调整为压力型锚索,从而在预应力施加的时使包裹筋体的浆体直接挤压周边坡地层,使地层的拉剪收缩式模式转换为压剪扩胀模式,从而有效提高锚固工程的锚固能力。如工程中采用扩大头法或压力型锚索等就属于这种类型。
5、多次注浆法
从锚固力产生的原理可以得出,若能提高周边地层对锚固体的握裹力,或提高周边地层的强度,就可有效提高周边地层的锚固能力。因此,多次注浆法的使用目的就在于此。
多次注浆工艺中最为常用的是二次注浆工艺,即在一次注浆完成后的一段时间内,利用二次注浆管进行高压注浆,从而达到以下两个目的。
1)通过高压注浆增加浆体与周边地层的紧密接触程度。也就是说,在地层摩阻系数没有改变的情况下,增加浆体对地层的正压力,从而有效提高不良地层对锚固工程的握裹力,即锚固力。
2)通过高压注浆实现对地层的力学性质的改良。也就是说,通过高压注浆形成的复合地基改善岩土体的力学性能,从而有效改善了地层的摩阻系数,达到提高不良地层锚固力的效果。
需要说明的是,某些国标规范、地方规范或行业规范中要求二次注浆需在一次注浆后24小时,或28天,或一次注浆体强度达到5MPa以后方可进行是欠合理的。根据笔者多年的现场试验和工程施工经验,二次注浆的最佳注浆时间是一次注浆后的二小时左右,注浆间隔时间过长,反而不利,或直接导致二次注浆无法进行,这是大家需要注意的。
6、复合地基法
在地层强度很低,甚至达到可塑、软塑状的软弱地基标准时,就需要通过复合地基处治方法来改善地层的物理力学性质,从而达到提高地层锚固力的目的。常用的工艺有搅拌桩法、高压旋喷法等工艺。即通过搅拌或高压切削将水泥材料与软弱地层充分混合,形成水泥土地层,从而在有效提高地层的强度后,再在复合桩的中心进行钻孔设锚和注浆,实现软弱地层对锚索等锚固工程的可靠锚固力。笔者就曾在某30KPa的软弱地基工程中,通过高压旋喷形成的复合地基,有效实现了设计拉力为350KN的锚索工程应用。
综上,性质不良地层中锚固工程的锚固力,是可以通过多种工艺有效实现的。换句话说,有些规范中认为锚索的锚固段应设置于基岩,即不能设置于土层的说法是不对的。正如一个身体虚弱的病人需要认真的呵护就可康复,而不能认为其身体太差而直接判为死刑是一个道理。
办法总比困难多!

 

 

 


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