深路堑格梁式锚索挡土墙施工工法

深路堑格梁式锚索挡土墙施工工法一、前言在铁路和公路建设中，当线路以深挖方通过山梁坡体时，大量挖方易造成对边坡岩体和植被的扰动及破坏，开挖后存在较大临空面，在坡体内有倾向于临空面的滑动面时易导致岩体产生滑移等危险，给以后的行车安全及运营维护带来极大的隐患。工程上多采用抗滑桩、浆砌片石挡墙、锚固等措施进行加固。在挖深较大情况下，为从根本上解决问题，同时从工程地质、施工条件、造价和环保等方面综合考虑，采用深路堑格梁式锚索挡土墙这一新型的高边坡支挡结构显示出很强的实用性，具有较广阔的发展前途和应用前景。在总结其施工方法的基础上形成本工法。二、工法特点及适用范围1、一般重力式挡土墙最大高度只有15m，而格梁式锚索挡土墙高度可以灵活布置，安全可靠，而且挖方量少适用范围广。2、其在一定程度上起重力式挡墙和预应力锚固双重功效，能主动提供抗滑力、密闭岩体裂隙、减少裂隙水的渗透作用，有效地控制岩体位移。3、尽可能地保持岩体完整，增大抗倾覆稳定性改善岩体受力状态和力学性能。4、结构整体性好，施工不受地形限制，可实现机械化、装配化施工，劳动效率高工期短造价低，结构美观利于工程建设的环境保护。该技术适用于深路堑高陡边坡支护，或城郊建设上节约占地挡护坡体，也可在既有挡墙或其它构筑物需要加强防护作用及减少维护工作量时采用。三、工艺原理深路堑边坡设置格梁式锚索挡土墙，一方面利用格梁挡墙的承重和抗倾覆作用，另一方面采用预应力锚索将格梁与滑动面以内的稳定岩体有机地锚固起来，形成坡体、拉索及格梁组成的整体超静定结构。锚索直接改变滑面上的应力状态和滑动稳定条件，使不稳定滑体处于较高围压的三向应力状态，岩体强度和变形特性比在单轴压力及低围压条件下好得多，压紧状态使结构面对岩体变形消极影响减弱，显著提高了岩体的整体稳固性。总之，通过格梁和锚索的共同作用，明显改善了堑坡的受力状态，增强了坡体的稳定。格梁式锚索挡土墙横断面示意图（图一），锚索安装示意图（图二）：锚索立柱杯形基础横梁墙顶护坡线路中心线钻孔壁紧箍环灌浆管扩张环导向尖锥水泥砂浆封锚头锚具钢垫板300#钢筋砼立柱钢绞线涂油并套塑料管防护10°破裂面裸露钢绞线图一图二四、施工工艺及流程 立柱、横梁灌注立柱、横梁间喷砼定位、钻孔锚索安装、注浆封孔注浆锚索张拉边坡开挖后期处理锚索制作1、边坡开挖开挖时应尽量减少对边坡岩体的扰动。根据堑坡实际确定是否分级施工以及每级开挖的最大高度和纵向长度。一般说来边坡外侧可采用深孔爆破，但至设计边坡附近约2～3m时宜采取微震开挖，实施浅孔预裂和光面爆破，自上而下施工，开挖后尽快进行上部坡面防护。严格控制超欠挖，保持边坡平顺，对超挖部分要求先找平后再进行下一道作业。2、定位、钻孔为提高钻孔效率和保证钻孔质量，一般采用潜孔冲击式钻机造孔。用经纬仪放出基线和定出孔位，用方向架定出锚索方向，调整机位。钻进前按锚索设计长度将所需钻杆摆放整齐，钻杆用完时孔深即到位（考虑到钻杆长度误差，要求钻孔超深50cm左右），安上冲击器、钻头，接好管路即可开钻。钻进中钻具的斜度应与定位器所定斜度一致，每隔5m用测角仪校正钻孔方向一次。钻孔结束逐根拔出钻杆和钻具，将冲击器清洗好备用，并以高压风吹净孔内粉尘，保持无浮碴。若遇渗水、塌孔、卡钻等，按有关技术措施进行处理。3、锚索制作锚索可在钻孔的同时于现场进行编制。先将其调直，按：钻孔实际长度+格梁厚度+钢垫板厚度+千斤顶长度+工具锚和工作锚的厚度+张拉操作预留量+截长误差==钢绞线下料长度，用无齿锯截取（截长误差考虑为50~100mm）。然后将其平顺地放在作业台架上，量出内锚固段和自由段长度，分别作出标记，除去内锚固段锚索PE皮并清洗干净，每隔1m左右穿一个对中隔离支架，两对中支架间扎紧固环一道，以提高锚索孔内钢绞线与混凝土的“粘结力”、“镶嵌力”，自由段钢绞线外涂防锈油后用塑料布或塑料管包裹，与锚固体连结处用铁丝绑牢。再在锚索端头安设导向尖锥，最后进行编号使其与孔位相对应。3、锚索安装、注浆将组装好的锚索抬至孔位处，核实锚索与孔位对应，然后清孔一次。将锚索往孔里面送，架子上站人往上提拉和抬平锚索，架子下的人将其举起来往上递。注浆管与锚索一起装入，缓缓插入孔底，管口与孔底保持30~50cm的距离。检查调节定位止浆环和限浆环位置准确，确定注浆管畅通后，开动注浆机，采用孔底返浆法进行锚固段注浆，水泥浆水灰比(0.38～０.43)：1，可据需要掺适量减水剂、膨胀剂，注浆压力保持在0.3~0.6Mpa，注浆量通过砂浆位置显示器控制，并待孔口有水泥浆溢出时为止。注浆工艺流程：拌制砂浆→压水连通试验→开始低速小流量注浆→正常注浆→边注浆边提管→注浆至设计锚固长度→终止、移位进行下一孔注浆。4、立柱、横梁灌注立柱、横梁即格梁式锚索挡墙工程的格梁，是重要的承压构件，其作用有几点：一是起着挡土墙作用，二是把锚具的集中荷载传递到岩面，三是调整岩石表面的受力方向，因此施工质量必须高度保证。在设计位置绑扎格梁钢筋骨架，三向立模，埋设连结固定锚头用的膨胀镙栓及土压力盒等应力监测元件；同时在锚孔与格梁交叉处（靠坡体内侧）预埋补浆用注浆管，最后整体浇灌设计标号混凝土，震捣密实加强养护。 3、锚索张拉锚索张拉必须在立柱、横梁达到设计强度后进行。先紧靠格梁安设锚索测力计（可不设，要求监测锚索受荷引起的变化情况时采用），再据实际需要铺一适宜厚度钢垫板以保证锚具与锚索轴线垂直，然后装上锚具。锚索张拉前需对张拉设备进行标定，绘出千斤顶出力F（KN）和压力表指示的压强P（Mpa）曲线，作为锚索张拉时的依据。采用单根对称张拉可保证每根钢绞线受力均匀，充分发挥锚索的整体功效，若采用整体分级张拉的程序，可按设计荷载的25%、50%、100%、115%逐级进行，其中最后一级张拉时间为3~5分钟。对于钢绞线的松弛、地层的徐变等因素造成的预应力损失，在张拉后的6~10天内进行补偿张拉，张拉力取设计预拉力的20%，然后稳压锁定。4、封孔注浆补偿张拉后立即封口注浆。注浆管从预留孔插入，直至管口到达距锚固段外端50cm为止，压力控制在1.5Mpa左右，当预留孔有浆液溢出时即可停止注浆。8、后期处理封口注浆后从锚具量起留5厘米钢绞线，其余部分截掉。采用5mm厚钢板焊制封锚用模板（外侧焊接），断面呈“凹”型，预留螺栓孔。将其与格梁上预置螺栓连结固定好，灌注150号水泥砂浆封闭。9、立柱、横梁间喷砼在立柱、横梁间喷射玻璃纤维混凝土或素混凝土支护岩面提高坡体稳定性。正式作业前应进行试喷，调节适宜水灰比，坡脚平台应铺设金属板，回收利用回弹混凝土。五、机械设备由于锚索施工、格梁制作大都是在脚手架上进行，立体交叉相互制约，故要求设备轻型化、作业高效化，零配件备用充足，按上述原则选择的机械设备如下：（1）、GX-50钻机1台；（2）、VY-9/7型移动式空气压缩机2台；（3）、JZ350锥形反转出料搅拌机1台；（4）、OVM-YCW-100A型千斤顶1台；（5）、OVM-ZB4-500型电动油泵1台；（6）、UB3型灰浆泵2台；贮气罐1台；（7）、卷扬机1台；电焊机1台；（8）、LB400*2螺杆泵注浆机1台；（9）、混凝土喷射机1台；潜孔钻机1台；（10）、400型砂轮切割机1台；（11）、挖掘机1台；自卸汽车2~3台；（12）、脚手架；各式管钳若干、电线若干；（13）、管路设备（台钳、扳手、铁锤等）若干；（14）、混凝土应变计、锚索测力计等若干。六、劳动力组织①、钻爆开挖劳力组织（见表1）；锚索、格梁施工劳力组织（见表2）表1深路堑钻爆开挖劳动力组织序号工种人数工作内容1、开挖工10~13人钻孔、装药、爆破2、运碴工3~5人装运爆破石碴3、水电工2人供水供电，线路维修4、修理工1人负责设备维修5、空压机工1人负责空压机的使用维修6、技术人员3人测量、施工组织和质量控制 表2锚索、格梁施工劳动力组织序号项目人数工作内容1、造孔4人负责锚索孔钻进施工2、岩面修理3人处理超欠挖等3、锚索制作4人调直、截取钢绞线，组、安装锚索4、钢筋、模板、架子组10人立柱、横梁钢筋制作、绑扎及非标准件加工、模板、脚手架加工、安装和拆除5、混凝土工10人拌合、浇注混凝土6、卷扬机1人吊运送器材7、张拉组4人预应力张拉8、压浆组6人锚索孔注浆、封锚及后期处理9、测试组3人工程试验、应力监测10、管理人员3人负责工程调度、组织和施工质量管理注：以上各工种人员互相协作，统筹安排利用。七、质量控制1、进行施工组织设计，编制详细的施工网络计划图，合理地安排施工。2、按设计孔口座标在脚手架上安装钻机专用钢管、放置好钻机，用经纬仪按边坡方向放出基线用方向架放出锚索方位角，测角仪调整倾角。拧牢紧固件，核查一遍机位座标、方位及倾角，无误后再将所有紧固件紧一遍，使其误差不超过：方位角±1°,倾角±0.5°。3、锚位点各方向放线误差±1cm，锚索孔径允许误差±2mm。钻进中若遇坍孔应立即停钻进行固壁处理，注浆24小时后重新扫孔钻进。钻完后洗孔要干净彻底，孔中不得留有岩粉和水。4、钢绞线需调直、除锈、去油污，检查无损伤、无交叉重叠、无锈坑，不合格者应剔除。切断后的钢绞线两端应用铁丝扎捆牢固，同一孔的钢绞线必须等长。锚索安放要保证平直，张拉段要放在锚孔中央，确保锚索孔壁有不少于1cm的注浆厚度。5、选用525#普通硅酸盐水泥均匀拌制水泥砂浆，砂浆质量应符合有关规定。搅拌好的砂浆应再次过筛后方可压浆，避免堵塞管路。严格控制浇灌立柱、横梁用混凝土水灰比、灰砂比。6、注浆时间内水、电应充足，锚孔内砂浆应有足够养生时间，在养生期不得碰撞、移动锚索。张拉段注浆必须待浆液溢出孔口稳定1~2分钟后方可停止，24小时后还需进行补浆，以确保注浆饱满。在锚固段砂浆及格梁混凝土达到设计强度后方可进行张拉，张拉前需标定张拉设备。各根钢绞线的拉力差不超过±5%。7、严格按有关混凝土施工规范和预应力锚索施工规范作业，加强监测控制。八、安全措施1、施工前进行安全技术交底，明确分工、清楚责任、统一指挥。遵守有关安全操作规程，做好安全检查工作。上岗前戴好安全帽，集中精力，文明有序施工。2、脚手架的搭设必须稳定，采用双排方式，间距1.2~1.5m，重力集中处增加斜撑及横向支撑，并设短锚桩将脚手架锚固在稳定的岩壁上。对紧固件的紧固必须有人复核。高空作业需设必要的防护措施。 3、砂轮切割机应设安全护罩，避免断片伤人；风动钻机管路连接应牢固，避免脱开伤人；注浆管路应畅通，避免浆液喷出伤人；高压油管应连接好，避免断裂伤人；张拉过程中千斤顶前不可站人，避免锚索断裂造成事故。4、各种机械应处于完好可靠状态，机械及电器设备应专人操作和保管。多工种交叉作业时应安排好先后次序，加强防护。夜间施工时照明应充足。九、经济效益与社会效益根据工程经验，采用预应力锚索加固边坡，可比其它传统方案节省预算额的18~35%，增设格梁后成本虽然有所加大，但进行一定的结构调整，使锚索处于最佳工作状态，改善了边坡的受力状态，工程成本仍比其它方案低7~20%；且工艺技术成熟，便于组织施工、能极大地提高劳动生产率、缩短工期，经济效益非常显著。同时美化线路周边环境，更加适宜于站场深路堑边坡改造，有着较好的社会效益。十、工程实例某工点位于西康线小河车站内。为扩展场地建造铁路车站，线路以深挖方形式通过一长条状山梁，山梁狭长而平缓，其两侧自然斜坡约30°~50°，基岩裸露坡面植被稀疏，斜坡完整稳定，无不良地质现象。岩性主要是千枚岩夹灰岩，片理、节理发肓，岩层总体产状N65°E/28°S，局部倾角可达65°左右。线路中心最大挖深37m，堑坡高达45m。为尽可能减少挖方量和保持堑坡稳定，设计在最大挖方IDK170+961.75～IDK171+042.25处设置深路堑格梁式锚索挡土墙，全长80.5m。两侧共65m设置重力式挡墙衔接。锚索挡墙分三级构成，墙高分别为7m、7m、6m，总高度20m。所用锚索公称直径ф15.24mm强度级别1860N/mm2。共安装锚索160束，其中每束锚索：第一级由6根钢绞线组成，长15m钻孔ф120mm，锚固力750KN；第二级由5根钢绞线组成，长14m钻孔ф120mm，锚固力600KN；第三级由4根钢绞线组成，长12m钻孔ф90mm，锚固力450KN。灌注立柱59根、横梁9排（尺寸为0.5χ0.6m），混凝土圬工方350m3，并在格梁间喷射200#砼进行防护。根据预埋量测元件进行监测，结果显示结构牢固稳定，无任何不良现象。其正式施工时间9个月，99年8月竣工后评为优质工程。执笔:王才高宋鹰