论预应力锚索在路堑高边坡防护中应用

论预应力锚索在路堑高边坡防护中应用　　摘要：伴随高速公路工程的飞速发展，预应力锚索技术作为一种成熟工艺越来越多的应用在路基高陡边坡的防护工程中。本文依托于思遵高速路堑边坡支护工程实例对预应力锚索技术施工工艺进行论述，介绍了预应力锚索技术在高陡边坡加固中的应用。关键词：预应力锚索技术高陡边坡防护施工工艺及应用中图分类号：U213.1+3文献标识码：A前言预应力锚固技术应用于工程实践已有百余年历史，因结构合理、适用性强、施工方便、造价低廉、技术可靠等优点，而广泛地应用于基础工程、结构抗倾、高边坡防护工程的各个领域，呈现明显的经济效益和社会效益。在高速公路迅猛发展的今天，预应力锚索技术作为一种成熟工艺越来越多的应用在路基高陡边坡的防护工程中。本文依托思遵高速路堑边坡支护工程实例对预应力锚索技术的施工工艺进行全面阐述。1预应力锚索提高边坡稳定性的原理13 岩土边坡的稳定性取决于其坡度和高度、边坡内部应力、自然地层重力和强度，土壤孔隙或岩土裂隙中的水压力及边坡表面可能受到的各种外力作用。而使边坡破坏的主要作用力是岩土自重或对边坡产生荷载的其它物料的重量以及边坡内部的水压力，这种作用力总有使边坡表面的某一部分岩土沿剪坡面向下移动的倾向。预应力锚索是一种把受拉杆件（钢绞线或其它杆件）埋入边坡剪切面以下以增加剪切面上的摩阻效应，同时直接产生抵抗边坡移动的作用力，提高边坡稳定性的技术。如图1将锚固段的砂浆作为自由体，在锚固段受力时，拉力(T)首先通过钢绞线周边的砂浆握裹力μ传递到砂浆中，再通过锚固段钻孔周边的地层摩阻力传递到锚固的稳定地层中，因此锚索体除自身需要足够的截面积承受拉力外，还有以下条件制约：①锚固段的砂浆对于钢绞线的握裹力需能承受的极限拉力；②锚固段地层对于砂浆的摩擦力需能承受的极限拉力；③锚固段地层在最不利的条件下仍能保持整体稳定性。2预应力锚索边坡防护工程实例13 贵州是西部大开发战略的重要省份，高速公路不断发展；此地区多山，预应力锚索施工设计方案应用前景广阔。思遵高速（思南至遵义）是《国家高速公路网规划》中杭州至瑞丽高速公路在贵州省内的重要组成部分。我公司思遵11标地处黔北遵义地区湄潭县，该地区多山，地形复杂多变，高边坡段出露基岩岩性大多为灰岩，部分路段为白云岩、砂岩、粉砂岩、页岩等，其局部地段岩体破碎、风化强烈、完整性差。为体现绿化通道并与周边环境相协调，采用锚索（杆）格子梁等锚式体系进行加固，对高边坡可起到“固脚、强腰”作用。2.1锚索格子梁设计参数锚索长12m~14m，锚固段长7m，锚索倾角15°，钻孔直径为Φ130mm，锚索由4根Φs15.2mm高强度低松弛的1860级钢绞线组成，锚索端部设置锚墩＋框架，锚墩为0.6m×0.6m×0.4m。框架截面为0.3m×0.3m，采用C25钢筋砼现浇（图3）。2.2预应力锚索结构预应力锚索分四部分：导向帽、内锚固段、自由张拉段、外锚固段（图1）。导向帽：采用φ60钢管制作，长200mm，前端60mm制成锥状，主要起牵引钢绞线束进入锚孔内的作用。13 内锚固段：内锚固段长7m，成枣核状。主要作用是为张拉提供可靠的锚固力。2.3预应力锚索施工程序技术要求2.3.1预应力锚索施工程序边坡开挖、休整→成孔→清孔→锚索制作与安装→注浆→框架梁制作→锚索张拉→补张拉及锁定→锚头封闭。2.3.2预应力锚索主要工序的施工方法①边坡开挖与休整边坡开挖必须按设计要求分层分级开挖（分层开挖深度为2.5~3m，每级深10m，每层开挖至锚索排标高以下0.5m为宜），严格做到开挖一级、支护一级，上一级未支护完，不得开挖下一级，避免边坡暴露时间过长，造成新的安全隐患。在边坡开挖时如遇下列情况须分别采取有效措施确保边坡稳定：A对具有特殊变化的边坡开挖，可采用分段跳挖或两侧向中间推进开挖的方式并同步进行支挡；B遇石质边坡，严禁采用大爆破，在接近设计坡面时，应采用光面控制爆破；C遇坡率陡于1：0.5的边坡，应先按缓于1：0.75的坡率开挖，再跳槽开挖至设计坡率并进行有效地支挡；D遇地下水露出，应将地下水排出并引入排水系统，不可堵死；13 E同一级坡面不同坡率处，应采用圆弧过渡；机械开挖完成后，及时对壁面进行人工休整，以保证坡面平整顺直，坡率符合设计要求。②成孔待边坡壁面人工修整完成,即可根据设计要求定出孔位并作出标志。锚索钻孔应采用风动干钻施工法,不得采用水钻,土层一般采用冲击回转式钻机成孔,岩石一般采用气动潜孔钻机成孔。为控制成孔质量,施工时应遵守以下规定:A锚索水平方向孔距误差不大于5cm,垂直方向孔距误差不大于10cm；B钻孔底部偏斜尺寸不大于锚索长度的0.2m；C实际孔深要求大于设计孔深的3%；D成孔时须做好成孔记录,按锚索编号逐一记载取出的土体特征、成孔质量、事故处理等。同时应将取出的土体与设计时所认定的加以对比,有偏差时应及时修改其设计参数；E遇地层松散、破碎时,应采取跟管钻进技术,以使钻孔完整不坍塌；F遇坍孔,应立即停钻,并进行固壁灌浆处理(灌浆压力为0.1～0.2Mpa),待水泥浆凝结后,重新扫孔钻进。③清孔钻孔完成后,必须使用高压空气(风压0.2～0.4Mpa)13 将孔中岩粉及水全部清出孔外,以免降低水泥浆与孔壁岩体的粘结强度,若遇锚孔中有承压水流出,待水压、水量变小后方可下锚束与注浆,必要时在周围设置排水孔。④锚索制作与安放A锚索制作为确保锚索制作质量,制作时须按下列要求进行:a锚索材料采用Ф15.24mm的高强度、低松驰预应力钢绞线，强度1860MPa，要求顺直、无损伤、无死弯。钢绞线偏束前,应进行去污,锚固段剥去涂塑层,并按一定规律平直排列,同时截长应留有足够的张拉长度(误差≤5cm),切割钢绞线时应用机械切割,严禁电弧切割；锚索下料时考虑到张拉工艺要求，实际锚索长度要比设计长度多留2.0m，即锚索长度L锚=L锚固段+L自由段+2.0m（张拉段）。b锚固段必须除锈、除油污，按设计要求绑扎架线环和紧箍环；架线环与紧箍环每隔1m间隔设置，紧箍环系16号铅丝绕制，不少于两圈；c自由段除锈后，涂抹黄油并立即外套波纹管，两头用铁丝扎紧，并用电工胶布缠封。每隔3m设置一道架线环以保证钢绞线顺直；d锚索前端须设导向装置；B锚索安放13 成孔、清孔工作完成,并经监理验收合格后,即可进行锚索的安放。锚索安放前应认真检查锚索的制作质量,确保其组装满足设计要求。锚索安放时,应防止锚索扭压、弯曲,无对中支架的一面朝上,使锚索放入角度与钻孔角度一致。锚索安放好后用嘴吸排气管检查,如不排气则抽出重新处理。为使注浆管保持通畅,安放锚索时注浆管应随之一同放入锚孔,注浆管头部离孔底须保证一定距离(5～10cm),锚索安放好后,在孔口设置由无纺布制成的注浆塞。此外还须注意锚索就位后,不得随意敲击和悬挂重物。　　⑤注浆A注浆配合比须根据设计要求确定,必要时可加一定量起早强作用的外加剂；B注浆液应搅拌均匀,随用随拌,拌好的浆液应在初凝前用完,并严防石块、杂物混入浆液；C孔内注浆采用孔底到孔口返浆式注浆,注浆压力不低于0.25Mpa,锚索孔内灌注水泥砂浆，水灰比0.4～0.45，灰砂比1：1，砂浆体强度不低于30MPa。待砂浆体强度达到设计强度80%后方可进行锚索张拉；D注浆作业开始或中途停止较长时间再作业时宜用水或稀水泥浆润滑注浆泵及管路；E向孔内注入浆体的充盈系数必须大于1,每次向孔内注浆时,须预先计算所需的注浆体积，并根据注浆泵的冲程数，求出实际向孔内注入浆体积，以确认注浆量超过孔的体积；13 F每次注浆结束都应稳压15～20min，以使注浆充分。注浆结束后应将注浆管及注浆机清洗干净。⑥钢筋混凝土框架梁制作框架梁施工前先将坡面整理平顺，局部坡面塌垮处的框架底部采用M7.5浆砌片石嵌补，铺设土工格栅，挂网钢筋；框架梁模板采用钢模板或竹胶板，钢管支撑，内设拉杆加固，安装时要求牢固，表面平整，接缝严密，轴线准确，尺寸标高符合规范要求。制作钢筋应符合设计要求。待整条框架梁中锚索注浆完毕后即可按设计进行框架梁钢筋的安装。对模板、钢筋的安装和原材料检验符合要求后，方可进行混凝土施工。浇筑混凝土时,应从低处开始逐层扩展升高。混凝土的浇筑应连续进行，倘若因故必须间断，按规范规定设置施工缝。浇混凝土期间，应设专人检查模板、钢筋及预埋件的稳固情况。发现有松动、变形、移位时应及时处理。混凝土浇筑完成后，应在12h内用草袋覆盖和浇水以保持经常湿润，其养护时间不小于7天，混凝土强度达到2.5Mpa后即可进行模板拆除，拆模时要操作细致，不得损坏混凝土边角。框架梁采用C25混凝土现场浇注，节点处务必振捣密实。2根竖梁及相应的横梁组成一片框架，每片框架整体浇注，一次完成，两片框架之间设置2cm伸缩缝，内填浸沥青木板。13 ⑦锚索的张拉、锁定A张拉条件a承压面应平整,并与锚索轴线方向垂直；b所使用的张拉设备预先须进行标定；c锚固段注浆养护7天以上，砂浆试件强度达到设计强度的80%后进行。B张拉设备张拉设备必须采用专用设备，在张拉作业前，必须将张拉机具设备送有相应资质的计量单位进行标定，并绘制压力表读数与系统出力曲线。不是在同一系统标定的千斤顶和压力表不能混用，即使是油管型号或长度的变化也可能影响张拉系统的精度。为确保张拉系统能进行可靠张拉，其额定出力值一般不小于锚索设计预应力值的1.5倍。张拉系统在正式使用满3个月、经装卸检修、受到强烈碰撞或损害后，都必须经过重新标定才能继续使用。预应力锚索可采用如下张拉设备：锚具采用OVM15-4型千斤顶YCW100电动油泵ZB22-500配用胶管G6Ⅲ-00C张拉、锁定工艺13 锚索张拉时采用“双控法”，即采用张拉系统出力与锚索体伸长值在综合控制锚索应力，以控制油表读数为准，用伸长量校核，当实际伸长值与理论伸长值差别（±6%）较大时，应暂停张拉，查明原因并采取措施后方可进行张拉。张拉前应取0.1～0.2倍设计拉力值，对锚索预先张拉1～2次，以使各部位接触紧密，钢绞线完全平直；锚索超张拉力为设计拉力值的1.2倍，待锚索预应力没有明显衰减时再进行锁定。张拉时须分五级进行，分别为设计荷载的0.25、0.5、0.75、1.0、1.2倍。考虑到张拉时应力向远端分布的时效性，以及施工安全性，加载速率不宜太快，并且在达到每一级张拉应力预定值后，应使张拉设备稳压一定时间，在张拉系统出力值不变时，确信油压表无压力向下移动后再进行锁定。除最大一级张拉要稳定25～30min外，其余每级持荷稳定时间为5min，并分别记录每级荷载对应的锚索体的伸长量。锚索锁定后，若发现有明显的预应力损失时应进行补偿张拉，之后进入观测期，如未发现异常，可于补偿张拉后第七天进行封锚。封锚前，须用机械切除多余的钢绞线,并应留长5～10cm,以防滑落,最后再用有防腐润滑油的钢板罩封闭(将之焊接在钢垫板上),以防止锈蚀，锚头涂防腐剂后再封锚。2.4质量控制①13 边坡的开挖严禁一次开挖到底，应开挖一级支护一级，然后再开挖下一级。锚固的孔位应仔细布置，钻孔前需核对准确方可施钻；②孔径、孔深不得小于设计值；③预应力锚索锚固段长度必须符合设计要求或抗拔试验确定的调整长度；④当地层有腐蚀性或地下水有侵蚀性时，应采用抗侵蚀水泥；⑤锚孔注浆和锚梁混凝土达到设计强度的80%时才能进行张拉，张拉前必须对张拉机具进行标定，重复三次取平均值，避免出现应力误差；⑥张拉前应先进行张拉试验，之后即可对全部锚索进行张拉。在设计张拉完成24h后再进行一次补偿张拉。然后从锚具量起留50mm钢绞线，其余部分截去，在其外部包覆厚度不小于50mm的水泥砂浆保护层，注意好进行成品的保护。锚索施工工艺流程图预应力锚索钢绞线伸长量计算13 锚索设计荷载为400KN，锁定荷载为350KN。由于预应力孔道为直线，且无局部偏差摩阻，所以，因此理论伸长量计算公式为：说明：——预应力筋理论伸长值，cm；——预应力筋张拉端的张拉力，N；——预应力筋的平均张拉力，N；——从张拉端至计算截面孔道长度，cm；——预应力筋截面面积，mm2；——预应力筋的弹性模量，MPa；=400KN，L=14m或L=16m，=140mm2，取1.97×105MPa；计算结果：锚索有效张拉长度：L1=14-7=7mL2=16-7=9m==25.38（32.63）mm结束语13 应用预应力锚索加固高边坡，有受力条件好，设计位置灵活和施工速度快等优点，并能根据边坡开挖情况动态调整预应力锚索设计参数，既有效保证了岩体稳定性，又给施工及行车创造了安全条件，避免了边坡施工中及工后的安全隐患，效果良好。作为一种主动加固方法，能调动坡体自稳能力，改变坡体应力状况，且安全稳定、美观轻巧、综合造价及社会经济效益显著，明显优于传统支护工艺，在边坡治理中有广泛的应用前途。参考文献1杭瑞高速贵州境思南至遵义段第SZTJ-11合同段高边坡防护设计图2《土层锚杆与施工规范》（CECS90:22）13