淺析邊坡治理工程中壓力分散型錨索的施工應(yīng)用

【摘 要】邊坡失穩(wěn)是生態(tài)環(huán)境和工程建設(shè)中經(jīng)常遇到的廣泛且嚴(yán)重的地質(zhì)災(zāi)害之一，它給世界各國造成生命財產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)建設(shè)的巨大損失。本文介紹了不均勻風(fēng)化地層的高邊坡采用普通拉伸型預(yù)應(yīng)力錨索進(jìn)行加固，由于地層變化造成錨固段不能保證完全進(jìn)入中微風(fēng)化巖層，錨索的承載力無法保證。經(jīng)過現(xiàn)場試驗對比后，采用承載性能較高的新型壓力分散型錨索結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固，并取得成功。結(jié)合重慶市某高速公路邊坡60余m高的加固實(shí)踐，介紹了該新型的壓力分散型無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力錨索結(jié)構(gòu)的現(xiàn)場試驗結(jié)果以及施工應(yīng)用，為同樣地層的錨固工程提供一種新的解決方法。

【關(guān)鍵詞】工程概況；壓力分散型錨索；邊坡治理；施工應(yīng)用

1.工程概況

重慶市渝黔高速公路某一處高邊坡，由于地質(zhì)條件復(fù)雜，坡體為不均勻風(fēng)化花崗巖地層，由于坡體強(qiáng)度差，加上坡體是一次性全部開挖，造成開挖后即出現(xiàn)不穩(wěn)定跡象。邊坡高60余m，地層為不均勻風(fēng)化花崗巖，工程地質(zhì)條件復(fù)雜，坡體含大量球狀中微風(fēng)化孤石，強(qiáng)風(fēng)化土層呈粉質(zhì)砂土狀。坡底部開挖后形成的路基含水量較大，土質(zhì)較軟。路塹邊坡高60余m，設(shè)計分6級，第一級高8m，第二、三、四、五級每級高10m，第六級高6～8m。每級設(shè)置平臺，第三級平臺寬10m，其余平臺寬3m。第一、二、三、四級邊坡坡率為1:1，第五級邊坡坡率為1:1.25，第六級邊坡坡率為1:1.5。坡體下部五級邊坡主要采用預(yù)應(yīng)力錨索肋柱防護(hù)，肋柱間距3.5m，上下設(shè)兩排錨索，錨索穿過肋柱，與肋柱共同支護(hù)坡體，錨索上下間距第一級邊坡為3.5m，其余均為4.0m。1級、5級錨索每束4根Ф15.24鋼鉸線，設(shè)計拉力：700kN；2、3、4級錨索每束6根Ф15.24鋼鉸線，設(shè)計拉力：1100kN，錨索孔孔徑160mm。

工程中原計劃是采用普通拉力型錨索結(jié)構(gòu)，但是由于不均勻風(fēng)化地層，無法保證錨固段進(jìn)入微風(fēng)化巖層的長度能夠達(dá)到設(shè)計長度，進(jìn)而無法保證錨固段承載力。針對這一情況，在施工現(xiàn)場，進(jìn)行了原設(shè)計普通拉力型錨索和新型拉力分散型錨索的現(xiàn)場抗拔力對比試驗。試驗結(jié)果表明，新型壓力分散型錨索結(jié)構(gòu)承載性能優(yōu)于普通拉伸型錨索，而且試驗承載力達(dá)到設(shè)計要求。因此該邊坡變更采用壓力分散型錨索結(jié)構(gòu)進(jìn)行支擋，通過對治理后該邊坡一年期的變形監(jiān)測，該高邊坡基本穩(wěn)定，該邊坡得到成功治理。

2.壓力分散型預(yù)應(yīng)力錨索

我國近幾年發(fā)展起來的新型錨索結(jié)構(gòu)壓力分散型無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力錨索，因其受力結(jié)構(gòu)合理、防腐性良好等特點(diǎn)，已在許多工程中得到應(yīng)用。普通拉力型錨索，在錨固段前端受力集中，該部位漿體易產(chǎn)生開裂，其余部位拉力迅速減弱，不能充分利用周圍巖土體的力學(xué)傳遞性能。壓力分散型錨索，將無粘結(jié)錨索的拉力轉(zhuǎn)化為對漿體的壓力，多個承載體將拉力以壓力形式分散作用于不同深度的巖土體上，將錨固段巖土體的抗拔性能充分均勻發(fā)揮。因此理論上壓力分散型錨索承載性能優(yōu)于普通拉力型錨索。

壓力分散型無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力錨索，由若干個承載體單元在錨孔不同位置分別承擔(dān)錨索的部分拉力，將錨索的拉力均勻分布，克服普通錨索拉力集中的缺陷；每個承載體單元由一根繞過承載體彎成“U”型的無粘結(jié)鋼絞線組成，通過該結(jié)構(gòu)錨索的拉力轉(zhuǎn)變成壓力作用在錨固體砂漿體上進(jìn)行力的傳遞，普通錨索是使錨固體砂漿砼受拉進(jìn)行力的傳遞，受拉后錨固體砂漿砼易產(chǎn)生破壞，砼受壓能力遠(yuǎn)大于受拉能力，壓縮型錨索錨固體砂漿砼受壓后產(chǎn)生橫向變形，與周圍巖土體結(jié)合更加緊密，從而使錨固力增加，從理論分析上壓縮分散型錨索在中風(fēng)化及中風(fēng)化以下地層中的錨固能力明顯優(yōu)于普通型錨索。另外，采用無粘結(jié)鋼絞線可有效解決錨索長期防腐問題。

3.抗拔力試驗

為對比原設(shè)計普通拉伸型錨索和新型壓力分散型錨索的抗拔力性能，在坡體中上部地層均勻部位，兩種錨索各布置兩孔相同的試驗錨孔，試驗孔參數(shù)如下：壓力分散型錨索：數(shù)量2孔，編號YL1、YL2；長度26m；4Ф15.24無粘結(jié)鋼絞線兩個承載體，承載體間距3.5m，孔徑160mm。普通拉力型錨索：數(shù)量2孔，編號LL1、LL2；長度26m；4Ф15.24鋼絞線，錨固段7m；孔徑160mm。采用150t級千斤頂循環(huán)張拉方法進(jìn)行破壞性張拉，用百分表紀(jì)錄錨頭位移，繪制荷載-位移循環(huán)加載曲線圖。根據(jù)試驗數(shù)據(jù)，繪制了兩種錨索循環(huán)張拉的彈塑性位移曲線，見圖1。

通過比較，兩種錨索的彈塑性位移明顯不同，普通錨索塑性位移隨錨索拉力加大而不斷增加，直到錨索被拉斷破壞；壓力分散型錨索塑性位移在達(dá)到一定拉力（600kN）以后幾乎不再增加，說明壓縮型分散型錨索抗滑移能力即承載性能大于普通錨索。

試驗結(jié)果顯示：壓力分散型錨索在該坡體強(qiáng)0中風(fēng)化巖層中即能夠滿足設(shè)計拉力的要求，錨索錨固段長度不需根據(jù)巖層的變化而變化，由此可解決錨索錨固段必須入巖問題。

4.施工應(yīng)用

施工主要工序：測量放孔位，造孔，錨索的制作和安放，注漿；肋柱地基開挖，鋼筋綁扎，模板制安，澆注砼，養(yǎng)護(hù)，錨索張拉，封錨；片石框架挖基，漿砌片石施工等。

4.1 壓力分散型預(yù)應(yīng)力錨索施工

4.1.1 測量放孔位

在坡面上根據(jù)設(shè)計孔位準(zhǔn)確放出各錨索孔的位置，在孔位處打入短鋼筋或木樁，并用紅漆噴涂。

4.1.2 造孔

（1）搭建腳手架、安置鉆機(jī)就位。在放好樣的孔位上搭設(shè)腳手架，并安裝鉆機(jī)，鉆機(jī)安裝應(yīng)做到“正、平、穩(wěn)、固“確保鉆機(jī)受力不搖擺、不位移。

（2）鉆孔。根據(jù)本工程特點(diǎn)采用回轉(zhuǎn)式鉆機(jī)鉆孔，回轉(zhuǎn)式鉆機(jī)鉆頭安裝在套管的底端，有鉆機(jī)帶動鉆桿給孔底鉆頭以一定的鉆速和壓力鉆進(jìn)地基。用羅盤儀或量角器測定鉆機(jī)導(dǎo)向架的傾角，鉆孔下傾與水平角為15°，實(shí)際鉆孔深度按設(shè)計要求大于設(shè)計深度0.2m。在鉆進(jìn)過程中隨時測量傾斜角度，為確保錨索施工不至于使邊坡條件惡化，采用風(fēng)動沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)方法輔助長螺旋桿鉆，風(fēng)動潛孔錘沖擊回轉(zhuǎn)方法鉆進(jìn)成孔，巖層破碎時，應(yīng)采用跟管鉆技術(shù)，以使鉆孔完整不坍孔；如遇坍孔，應(yīng)立即停鉆，進(jìn)行固壁灌漿處理，水泥砂漿初凝后，重新掃孔鉆進(jìn)。

（3）清孔。鉆孔達(dá)到設(shè)計深度以后，采用高壓空氣徹底清孔，將孔中的巖粉及水全部清除出孔外，孔底不能有淤水，以保證水泥漿與孔壁巖體的粘結(jié)強(qiáng)度。

4.1.3 錨索制作安裝

錨索采用無粘結(jié)低松弛預(yù)應(yīng)力鋼鉸線，公稱直徑15.24mm，強(qiáng)度為1860MPa。截取無粘結(jié)鋼鉸線，總長度比錨索設(shè)計長度多出1.5作為張拉段，下料時鋼筋切割易用砂輪切割機(jī)，勿用電焊或氣割，以免鋼筋受熱損傷而降低其抗拉強(qiáng)度。采用專用彎折機(jī)彎折鋼絞線，安制綁扎承載體、承載頭。將幾個獨(dú)立單元體綁扎成錨索束。完成后需經(jīng)檢查后方可制入錨索體，注漿管（Ф30mm）隨同錨索體一起制入孔中，注意不可將鋼鉸線綁死，管端距離孔底5m，間距2～3cm綁架線環(huán)，注漿管從架線環(huán)中孔穿過，直到鋼鉸線底部。總長多出鋼鉸線2m左右，便于注漿。錨索順直放入錨孔，孔外預(yù)留1.5m作為張拉段。

4.1.4 注漿

材料為水泥砂漿，水灰比1:1，漿體強(qiáng)度不小于25MPa，注漿管插入孔底進(jìn)行孔底反壓注漿，注漿過程中，注漿管從孔底緩緩抽出，孔口采取止?jié){措施以保證注漿壓力。注漿漿液應(yīng)攪拌均勻，隨攪隨用，注漿應(yīng)在初凝前完畢，并嚴(yán)防有石塊、雜物混入漿液；注漿作業(yè)開始和中途停止較長時間，在作業(yè)時用水或稀水泥漿潤滑注漿泵及注漿管；孔口溢出漿液時可停止注漿。

4.2 C35砼肋柱施工

砼澆筑嚴(yán)格按《混凝土施工與驗收規(guī)范》的要求進(jìn)行。按施工設(shè)計要求綁扎鋼筋，要避免工人踩踏鋼筋網(wǎng)，造成鋼筋網(wǎng)變形。砼施工要連續(xù)，盡量縮短砼灌注中斷時間。

4.3 錨索張拉

張拉前須對張拉機(jī)具進(jìn)行標(biāo)定，取0.1倍設(shè)計噸位進(jìn)行1次預(yù)張拉，使各部分緊密接觸，錨索完全平直，除第一級需穩(wěn)定10～30min外，其余每一級穩(wěn)定3～5min。砂漿及肋柱砼達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度的70%時即開始張拉。壓縮分散型錨索張拉程序如下：計算各單元體的補(bǔ)償荷載；按由長到短順序?qū)⒏鲉卧摻g線張拉至補(bǔ)償荷載，將最后補(bǔ)償荷載作為第一級荷載值；將剩余荷載按0.25、0.5、0.75、1.0、1.1倍的設(shè)計張拉值進(jìn)行分級加載。張拉完成，從錨具量起，量5cm鋼鉸線，將多余的截去，澆筑C20混凝土封錨頭。

5.結(jié)語

該高邊坡治理完工后，為便于及時掌握邊坡的治理效果，了解邊坡變形情況，確保高速公路的安全暢通，經(jīng)專業(yè)單位對該邊坡進(jìn)行了長期深孔位移動態(tài)監(jiān)測。經(jīng)過長達(dá)一年的監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，該邊坡除在剛竣工時由于坡體應(yīng)力調(diào)整出現(xiàn)較小的變形情況外，在峻工后坡體表現(xiàn)穩(wěn)定，監(jiān)測數(shù)據(jù)表明采用壓力分散型預(yù)應(yīng)力錨索加固該高大邊坡取得成功。該錨固治理工程是壓力分散型無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力錨索在高邊坡工程中的一次應(yīng)用，并取得成功，為在復(fù)雜地質(zhì)條件下尤其是廣東地區(qū)普遍的不均勻風(fēng)化地層中實(shí)施錨固工程提供了一個更好的解決辦法。

參考文獻(xiàn)

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