預應力錨索在山體危巖加固中的應用

摘要：在山體自然坡度較大的山區(qū)修建高速公路、鐵路及水庫大壩時，為了減少對山體的擾動，經(jīng)常采用預應力錨索對新建工程范圍內(nèi)的山體危巖進行加固，這種處理方法具有投入少、便于環(huán)保、可操作性強等優(yōu)點。但施工時必須充分理解設計意圖，詳細勘察好待加固的山體危巖，根據(jù)具體情況調(diào)整好施工參數(shù)，確保錨索體系受力合理。

關(guān)鍵詞：預應力錨索；危巖加固；應用

中圖分類號：TU476文獻標識碼：A 文章編號：1000-8136(2009)29-0012-03

中國地形含蓋了平原、山區(qū)及高原等多種地形，隨著改革開放的不斷深入，基礎(chǔ)設施的建設掀起了新一輪高潮。在山體自然坡度較大的山區(qū)修建高速公路、鐵路及水庫大壩時，為了減少對山體的擾動，經(jīng)常采用預應力錨索對新建工程范圍內(nèi)的山體危巖進行加固。這種處理方法具確投入少、便于環(huán)保、可操作性強等優(yōu)點。

1 理解設計意圖認真調(diào)查、精心布置錨索孔位

很多關(guān)于山體危巖加固的工程，由于地形復雜、圍巖類別多樣等諸多不確定因素，設計院在做設計時一般只給一些大體的標準和粗略的范圍。如2005年-2008年修建宜萬鐵路時，設計院對采用預應力錨索進行危巖加固時只是說錨索間距為4m×4m、錨索長度為21.5m、單孔內(nèi)鋼絞線根數(shù)為6根、加固范圍為橋梁兩側(cè)30m內(nèi)的山體危巖。這與其他的一些設計相比，可以說是很粗略的。在施工時必須理解設計意圖，對橋位處的山體危巖進行認真調(diào)查，詳細確定好真正需要加固的范圍，同時精心布置好錨索孔位，盡量保證錨索與危巖面垂直。

2 做好詳細的成孔記錄。為后續(xù)的施工參數(shù)提供科學依據(jù)

預應力錨索主要由錨固端、自由端、錨墊板及錨墩4部分組成，這其中的錨固端與自由端長度均需根據(jù)山體危巖的性質(zhì)及強度來具體確定。而設計院在前期設計時很難準確地判斷危巖的巖性及強度，為此，在錨索施工成孔時必須做好詳細的記錄，為后續(xù)的施工參數(shù)確定提供科學依據(jù)。

2.1 工藝流程

見圖1。

2.2 成孔及記錄

按照技術(shù)交底要求搭設好鋼管腳手架后，利用鋼尺依照設計圖紙要求畫出錨孔中心，然后從低到高施做錨索孔。根據(jù)巖石類別可以選擇風鉆成孔和水鉆成孔兩種形式。若為均勻的硬質(zhì)巖，則需選擇風鉆成孔，有利于加快施工進度；若為夾雜土層的巖石，則需選擇水鉆成孔，通過泥漿護壁，有利于保證安全和質(zhì)量。同時做好成孔記錄，要詳細記好鉆進速度、鉆孔碴樣的狀態(tài)、有無坍孔或卡鉆情況等重要信息。

3.3 錨固端長度確定

根據(jù)成孔記錄所判斷的巖性及強度來確定錨固端長度，一般預應力錨固端長度設計為錨索總長度的60％～80％，如果巖性好強度高則錨固端長度可以適當放小一些，按60％考慮；反之錨固端長度要求大一些，按80％考慮。下面以21m長的錨索為例，對錨固長度進行驗算。

2.3.1 錨固端黏結(jié)強度復核

由于巖性及強度屬于一般，當錨固長度為15m時(占錨所總長度的71％)，黏結(jié)強度計算如下：

P₁(L_m×d₃×t_u/F_s2式中：L_sa：錨固段長度，取15m；

d₃：鋼絞線外表直徑，取0.01524m；

t_u：鋼絞線與水泥砂漿的極限黏結(jié)力，按砂漿標準抗壓強度的10％取，則有35×0.1=3.5 MPa；

F_s2：錨固體拉拔安全系數(shù)。永久性錨固取F_s2≥2.5則有：P₁(L_s2×π×d₃×t_u)÷F_S2

=15×3.14×0.01 524×3.5×10⁶÷2.5×10^-3

=1005.4 kN>182.6kN

結(jié)論：錨固端黏結(jié)強度滿足張拉要求。

2.3.2 錨固體與孔壁的抗剪強度復核

P=(L_a×π×d_h×t)÷F_sa式中：L_a：錨固段長度，取15m。

d_h：鉆孔直徑，取0.13m。

t：錨孔壁與水泥砂漿的極限抗剪應力，取0.8 MPa(按泥巖0.6MPa～1.2 MPa選取。) P=(L_m×π×d_ht)／F₂

=(15×3.14×0.13×0.8)÷2.5×10⁶×10^-3

=1960.4 kN>錨下控制拉力F¹=1093.8kN

結(jié)論：錨固體與孔壁的抗剪強度滿足張拉要求，錨固長度選擇15m能滿足要求。

2.4 錨索制作

(1)鋼絞線的下料長度應通過計算確定，計算時應考慮錨墩厚度、錨夾厚度、千斤頂長度、冷拉伸長值、彈性回縮值、張拉伸長值和外露長度等因素。

(2)鋼絞線下料時應做好放線架。將成卷鋼絞線置于放線加上并固定，避免鋼絞線放線散盤。應從內(nèi)側(cè)圈軸頭放線，牽出后星彈簧，螺旋方向與鋼絞線的捻向一致，鋼絞線會自動彈直，否則會形成大麻亂線。

(3)一端張拉鋼絞線的下料長度為：L=L₀+a=22.2m(L₀為錨墊板之間的距離，a為穿心式千斤頂工作長度)鋼絞線放至Lm時，先在割口兩端各5cm處用綁扎絲綁扎，再用砂輪切割機進行切割，嚴禁氧割和焊接。

(4)考慮到錨索安裝方便，要求孔道內(nèi)徑應比預應力鋼束外徑至少大2cm，為了保證錨索受力均勻，要求錨索制作時每隔1.5m安裝一個支撐架，使錨索在錨孔中位置居中。

2.5 錨索注漿

2.5.1 機具及水泥漿制作

機具選用ZYB-70-100D型注漿泵，水泥漿制作：采用攪拌桶攪拌水泥漿液。

2.5.2 注漿時注意事項

為防止?jié){液從其他孔眼溢出，注漿前對其他孔眼安裝止?jié){塞進行堵塞，注漿順序從低處向高處注漿，使?jié){液能充分滲透巖體；由于巖體孔隙不均勻，考慮注漿后錨索張拉，同時要達到固結(jié)破碎松散巖體的目的，保證山體危巖體的穩(wěn)定，形成有一定強度及密實度的殼體，特別是確保錨墩附近及錨孔內(nèi)的注漿密實度和承載力，注漿時相鄰孔眼需間隔開，不能連續(xù)注漿，以確保固結(jié)效果。又能達到控制注漿量的目的。

2.5.3 注漿施工

注漿機將液漿注入錨孔內(nèi)，初壓0.5MPa～09MPa，終壓1.0MPa，持壓10min后停止注漿。若注漿量超限，未達到壓力要求，應調(diào)整漿液濃度繼續(xù)注漿，直至符合注漿質(zhì)量標準，確保錨孔周圍巖體與錨孔內(nèi)均為漿液充填，方可終止注漿。

2.5.4 注漿壓力及注漿量控制

注漿壓力是影響注漿效果的關(guān)鍵因素，施工中必須認真對待。常規(guī)條件下，注漿壓力主要與涌水壓力(靜水壓力及動水壓力)、裂隙大小和粗糙程度、漿液的性質(zhì)和濃度、要求的擴散半徑等有關(guān)，可按巖層裂隙與注漿壓力關(guān)系或涌水壓力與注漿壓力關(guān)系確定，具體見注漿壓力與巖層裂隙的關(guān)系，見圖2。

2.6 錨索張拉

考慮到山體危巖的差異性，正式張拉前，在每個危巖加固區(qū)都要進行試驗，先按設計張拉力的80％來控制，觀察危巖的受力情況、鋼絞線伸長量情況、錨墩變形情況等，如果一切情況正常再將張拉力增加到設計張拉力的90％直到達到100％的設計張拉力，如果發(fā)現(xiàn)情況異常應調(diào)整設計張拉力，作為該區(qū)的其他錨索的張拉力，確保錨索系統(tǒng)有一定的應力儲備，防止破壞錨索系統(tǒng)?，F(xiàn)就宜萬鐵路駟步河大橋危巖加固時預應力錨索張拉舉例如下：

2.6.1 情況說明 該區(qū)預應力錨索設計強度級別為l 860MPa預應力鋼絞線，其公稱直徑φ15.24mm，采用與其配套的VMl5-X錨具。錨孔直徑為130mm，錨固端注M35水泥砂漿，錨墩為C30鋼筋混凝土，每孔安裝6根鋼絞線，錨索長度21.5m，其中錨固端長度為15m，自由端為6.5m；施工時錨孔直徑為130mm，錨墊板尺寸0.25×0.25m²，在錨固端注漿時，由于垂直裂隙的存在，將會出現(xiàn)漏漿情況。采取2次補壓漿，可能在錨固端注漿中形成氣泡或不密實現(xiàn)象。

2.6.2 配套千斤頂及油標、回歸方程的復核 標定給出回歸方程為：Y=0.034 X+0.0879 復核回歸方程為：Y=0.03404 X，0.09144 相關(guān)系數(shù)：γ=0.99998。

2.6.3 張拉程序確定及張拉的計算

按設計張拉應力時Pat≤0.7Pu=0.7×1860=1302MPa作為控制應力。第一次由0→15％Pat(195.3MPa)作為預緊初應力50％Pat(651MPa)分級應力→80％Pat(1041.6MPa)第—次錨固應力。第一次張拉3d后再進行第二次張拉0→80％Pat(1041.6MPa)→90％Pat(1171.8MPa)→100％pat(1302MPa)控制錨固張拉應力。

3 可能遇到的難題與質(zhì)量保證措施

3.1 預應力錨索施工常見難題

(1)成孔時出現(xiàn)卡鉆或局部坍孔，由于山體危巖的不均勻性，在錨索成孔時碰到較大裂隙或夾層時都容易造成卡鉆或局部坍孔，發(fā)現(xiàn)坍孔時應立即停止鉆進，進行坍孔處壓漿處理，然后繼續(xù)鉆進，必要時局部下套管通過。

(2)偏孔，由于導向架間隙過大，當遇到圍巖出現(xiàn)軟弱不均時常常會發(fā)生偏孔，可以通過調(diào)整導向架的間隙，同時減小推力降低掘進速度，可以有效地防止偏孔。

(3)注漿量過大，孔內(nèi)無法注滿，由于山體危巖裂隙發(fā)育，且出現(xiàn)裂隙延伸到山體表面，當錨索注漿時出現(xiàn)漿體外流而孔內(nèi)無法注滿的現(xiàn)象時，應采取漿液中增加速凝劑的辦法，同時把連續(xù)注漿改成間斷注漿。

3.2 質(zhì)量保證措施

(1)充分理解設計意圖，仔細勘察待加固的山體危巖，加強與設計院的溝通，做好錨索的布孔工作。

(2)安排專人對錨索鉆孔進行全程跟蹤記錄，及時調(diào)整好下一步的施工參數(shù)，確保錨索系統(tǒng)受力科學合理。

(3)錨索支撐架應固定牢固，間距滿足要求，確保錨索在錨孔中居中。

(4)做好錨索自由段的套管與防漏漿工作，錨索自由段一般采用柔性較好的塑料管進行防護，在自由段與錨固段交接處進行防漏漿處理。

(5)做好張拉記錄，嚴格按照設計要求進行分次張拉，前后兩次張拉時間間隔必須滿足設計要求，做好伸長量的復核計算工作，發(fā)現(xiàn)異常時立即停止張拉并查明原因，采取正確的處理措施。

4 結(jié)束語

由于駟步河大橋地形地勢的特殊性，宜萬鐵路駟步河大橋、梯子巖隧道洞門出口均采用了預應力錨索對危巖進行了加固處理。保持了垂直高度達28m的高邊坡穩(wěn)定，克服了山體自然坡度70。的運輸困難，避免了場地狹小的矛盾，很好地保護了自然環(huán)境，為駟步河大橋主體工程開工贏得了時間。節(jié)約投資達120萬元，是一種科學經(jīng)濟的危巖處理方法。