全长预应力扩孔锚杆技术在新疆克孜尔石窟加固保护中的应用与研究

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1 考孔段 2 设计锚孔 3 者壁 - 一 工试验 情况
正式施工前 ,首先按设计要求进行了锚杆 、喷锚和挡雨棚三项 主要 工程项 目的施工试验工作,其 目的是对采用 的施工机具及施工工艺 的有 效性进行检验 。对设计锚杆 的抗拉力进行验证 。通过三组9 根锚杆 的试
技术 的 改进 和 创 新 ,取 得 了 良好 的加 固效 果 。 1 摄述
克孜尔石窟 ,是新疆古龟兹地区开凿最早 ,规模最大 ,残存数量最 多的石窟遗址 。石窟建筑 、雕 塑、佛教壁画、题记等具有极高的历史 、 科研及考古价值,是古代丝绸之路 中文化遗存 的重要组成部分。 石窟所开凿的岩体 ,属 于第 三系上新统 ( ,)河湖相 厚层状砂 、 N 泥岩层 ,为极软岩 ,岩体基本质量等级为 V级 。砂岩岩质疏松,极易破 碎 ,遇水后迅速崩解成散砂状 。泥岩具弱膨胀性 ,遇水软化 。岩层 中均 含有一定量 的易溶盐N C ,浸水蒸 发后表面产生盐类结晶 ,并形成坚硬 a1 的盐壳 。 洞窟分布在距地面1- 0 0 4 m高的峭壁上 ,主要受平行或垂直崖面卸荷 裂隙的切割 ,洞窟被拉裂、错断 ,形成1 倒 、滑移 、脱落 等破坏 。裂隙 顷 多 为 张开 状 ,一 般 为 5 0 m ,最 大 可达 4011 ~2r 宽 a 0 11。 1 1 主要加固保护措施是 :设计采用 9m 、0 5 0m 92mm钢筋 的全长粘结 型水泥砂浆锚杆对石窟所依附的岩体进行加 固,防止卸荷裂 隙的形成 , 限制其进一步发展 ;进行裂隙灌浆 ,防止地表水沿裂隙的冲刷浸蚀 ,增 大 裂 面间 的摩 擦 力 ,防止 地表 水 进 入 窟 内对 壁 画造 成 破 坏 。 保护原则及主要技术要求 :修 旧如旧 ,不破坏 、不损伤 、不 干扰石 窟的历史信息 , 保持石窟建筑形态 、环境的真实性 和完整性 ; 要求采用 无水 干 钻 ,无 震 动 、无 污染 施 工 。
技 术 人 员 开发 研 制 了一 种 风 动扩 孔 钻 头 ( 由风 压 的大 小 控 制扩 孔 翼 片 即
卜锚 杆 2 张 拉环 3 张 拉 螺 杆 哇 岩 壁 一 一 一 5 垫板 6 斜垫 7 螺 母 ~ 一 一
图2 施 加预 应 力示 意 图
4 实施效 果
采用改进后的施 工技术 ,在新疆克孜尔石窟加 固保护工程中 ,共分 1个批次完成全长预应力扩孔锚杆3 9 ,每一扩孔段长20 m,孔径由 2 6根 0m 9 m 扩大到 10 m,锚杆 的外端仅在洞窟的岩壁上留下一个9 r 径 的 0m 4r a 0m a 锚孔 ,经作 旧处理后与原始状态基本一致 。实现了对石窟 的最小保护性 破坏 ,达到 了修 [ ̄ l 的 目的。经两年多的观测 ,采用改进后 的施工技 Hn H 术所加 固的石窟,没有继续张裂和位移。
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应 用 方 法 论
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全长预应力扩孔锚 杆 技术在新疆克孜 尔石窟 加 固保护 中的
应用 与研究
赵 殿 有
( 宁有 色 一 0 勘 测 工 程 公 司 ,辽 宁抚 顺 l3 1 辽 ~ 0 5) 1

用。
要 通 过对施工试 验的分析 和对锚杆工 艺的改进 ,开发出全长 预应力扩孔 锚杆施工技 术 ,并介 绍了在新疆 克孜尔石 窟加 固保护 中的应
伸缩的钻具 ),在成孔施工时在 内、外锚固段 中各设置多个扩 大端 ,形 成扩孔锚杆 ,增大锚 固力 。2 采用参加一定量膨胀剂的纯水泥浆灌注 ) 代替原设计水泥砂浆灌注 :采用纯水泥浆 ,由稀到浓依次连续 多次灌注 的方式 ,以消除灌浆材料灌人孔 内后迅速失水造成锚 固体收缩量大 的影
响 。3)在 内锚 固段之外对锚筋施加预应力 :锚孔形成下入锚 筋后 ,首 先灌注内锚固段 ( 稳定岩体内大于25 . m),待锚固体具有一定强度后 , 对锚筋施 加屈服强度7 %的预应 力,并 临时锁定 ,然后再次灌 注 ,当其 0 具有一定 强度后 ,拆 除临时锁定装置 ,形 成全长粘结 型预应力锚杆 , 减少锚筋弹 、塑性变形 的影响 。4)采用 内置式预应力施加方法 :为最 大限度的减 少对石窟表面的破坏 ,开发研制了一种内置式外锚头的预应 力I 临时锁定装置 ,如 图2 所示。5)在裂隙处设置钢管 :在裂隙的两侧各 1 m的范 围 内 ,增 设 一段 壁厚 为6 . 0 mm的钢 管 , 以增 加 锚 杆 的抗 剪强 度 , 其裂隙的位置采用孔内摄影仪探查后确定 。
关 键 词 全长预应力 ;扩孔锚杆 ;石窟加 固 中图 分 类号 T 文 献标 识 码 A u 文 章编 号
锚杆支护作 为一种常规 的施 工技术 , 目前已广泛 的应 用于隧道支 护、危岩加固 、 边坡治理等施工领域 。但对于新疆石窟遗址而言 ,由于 其工程地质条件 的特殊性 ,以及作为古文物不能破坏其历史信息 的加 固 保护要求 , 采用常规的锚杆技术难 以达到修旧如 旧、长久保存的保护 目 的。我公司工程技术人员经过 大量 的研究和实践 ,通过对常规锚杆支护
验发 现 :
1 所有 的锚杆 每级加荷后锚 固体 均有向外位移的现象 ,其特征反 ) 映了锚杆与孔壁间粘结效果差 ;2)采用水泥砂浆和采用纯水泥浆灌注 的锚杆 ,试验结果基本相同 ;3)经对所 采用的锚拉 钢筋进行 同方法的 现场抗拉试验 ,发现钢筋经循环 往复加荷张拉后 ,在达到屈服强度 之 前 ,除弹性变形外均存在一定量的塑性变形 ,其单位 长度塑性变形率为 52 % ( .2 拉力达 到15 时 );分析锚 固体外移 的原 因,一是岩石孔 隙 8 KN 大 ,含 水 率 低 ,吸水 性 强 ,灌 浆 材料 灌 入 孔 内 后迅 速 失 水 ,表 面 硬化 收 缩量大而造成 锚杆与孑 壁摩阻减小 ;二是岩石本身强度低 ,锚杆受力后 L 在靠近锚固体处发生剪切破坏 。因此 ,必须对锚杆 的施J 工艺进行改进 二 和创 新 ,才能 达 到设 计 目的 。 3 采 取的 主要 改进措 施 1 )采用扩孔工艺 :根据岩石可钻性及施工采用 的机具特点 ,工程