壓力分散型錨索在永久性邊坡中的應(yīng)用

（廣東省基礎(chǔ)工程集團(tuán)有限公司，廣東 廣州 510620）

【摘 要】壓力分散型錨索是一種新型單孔復(fù)合錨固體系，其在同一錨索孔中設(shè)置多個(gè)單元錨索，各單元錨索具有各自不同的自由長度和錨固長度，并通過預(yù)先的補(bǔ)償張拉，使錨索的集中拉力分成為多個(gè)較小且荷載數(shù)值相等的分散壓力分別作用于各單元錨索的錨固段上。文章結(jié)合某邊坡工程實(shí)踐，論述了壓力分散型預(yù)應(yīng)力錨索的施工工藝及在施工及工程運(yùn)行管理中應(yīng)注意的一些要點(diǎn)。

【關(guān)鍵詞】邊坡工程；壓力分散型錨索；單孔復(fù)合錨固體系

【中圖分類號(hào)】U416 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-0688（2016）06-0118-03

近年來，預(yù)應(yīng)力錨索錨固工程作為一種新技術(shù)在邊坡加固上獲得了良好的應(yīng)用和發(fā)展。壓力分散型錨索的錨索體采用無黏結(jié)鋼絞線，在不同長度的無黏結(jié)鋼絞線末端套以承載板和擠壓套。當(dāng)錨索體被漿體固結(jié)后，以一定荷載張拉對(duì)應(yīng)于承載體的鋼絞線時(shí)，設(shè)置在不同深度部位的數(shù)個(gè)承載體將壓應(yīng)力通過漿體傳遞給被加固體，為錨固段范圍內(nèi)的被加固體提供被分散的錨固力。本文以一邊坡為例，介紹壓力分散型錨索加固高邊坡的設(shè)計(jì)、施工，以及在施工中存在的問題及改進(jìn)措施。

1 壓力分散型錨索的原理及特點(diǎn)

拉力型錨索存在顯而易見的缺點(diǎn)：一是錨固段的注漿體與鎖體應(yīng)力集中現(xiàn)象嚴(yán)重，易出現(xiàn)張拉裂縫，導(dǎo)致遞進(jìn)破壞；二是單根錨索極限承載力受到巖土強(qiáng)度的限制。而壓力分散型錨索與拉力型錨索的區(qū)別主要是錨索作用時(shí)，錨固段的注漿體是受壓而不受拉，其優(yōu)點(diǎn)是錨固體不易開裂，應(yīng)力分布均勻，如圖1所示。壓力分散型錨索采用全長無黏結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼絞線，錨索受到的載荷通過鋼絞線直接傳遞到錨固段底部的承載體上，而一個(gè)錨孔可按一定間距設(shè)計(jì)成多個(gè)承載體，構(gòu)成壓力分散型的錨固體系。

根據(jù)大量的理論及試驗(yàn)研究成果資料，壓力分散型的錨固力可大幅度增長，而不受巖土與錨固體的黏結(jié)強(qiáng)度的限制，從而可縮短錨索的總長度，降低成本，提高了單位長度錨索的使用效率。

2 工程概況

某醫(yī)院擬建一住院樓，需對(duì)山體切坡為此建筑創(chuàng)造空間，山體開挖后形成高約30 m、坡度約70°、長度約150 m的高大邊坡，因此該邊坡對(duì)安全等級(jí)、美觀要求比較高，且為永久性護(hù)坡工程。確定該邊坡屬I級(jí)邊坡。

開挖山體地層從上至下為含礫土、強(qiáng)風(fēng)化灰?guī)r、中分化灰?guī)r，開挖深度范圍內(nèi)無地下水。該工程采用錨網(wǎng)噴支護(hù)，設(shè)置5排壓力分散型錨索，鋼絞線套上承壓鋼管彎曲180°與承載板制成錨索承載體，邊坡中部設(shè)3 m左右的水平臺(tái)階。其中，西側(cè)坡面錨素間距為3 m，排距為5 m，頂部2排錨索用橫梁連接，其余為獨(dú)立錨座；南側(cè)坡面上部有上山馬路，可能有重車通過，故錨素間距為2 m，排距為5 m，頂部3排錨索用格構(gòu)梁連接，其余為獨(dú)立錨座。

工程施工后，為檢驗(yàn)施工質(zhì)量，對(duì)已施工的部分錨索進(jìn)行驗(yàn)收試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)西側(cè)邊坡有相當(dāng)一部分錨索承載力不足。為此，施工方按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)施工，同時(shí)進(jìn)行了施工質(zhì)量問題分析。在施工前進(jìn)行的拉力試驗(yàn)均表明設(shè)計(jì)時(shí)采用的地層巖土參數(shù)、錨固體與地層界面的黏結(jié)強(qiáng)度參數(shù)是合理的，通過仔細(xì)檢查錨索制作、施工過程，發(fā)現(xiàn)2個(gè)問題：一是施工人員在制作錨索承載體時(shí)，將承壓板與端頭套管留有間隙，且套管太短、承載板直徑偏?。欢亲{質(zhì)量不高。這2個(gè)原因造成承載體強(qiáng)度不足，致使整個(gè)錨索拉力達(dá)不到設(shè)計(jì)值。經(jīng)過改進(jìn)工藝和加強(qiáng)施工質(zhì)量后，后續(xù)的拉拔力驗(yàn)收試驗(yàn)結(jié)果表明，錨索的抗拉力可滿足設(shè)計(jì)要求。

3 工程施工工藝

壓力分散型錨索的施工工序包括搭設(shè)鉆孔平臺(tái)、測量放樣、鉆機(jī)就位、錨索造孔、錨筋制作安裝、混凝土框架澆筑、錨孔注漿、錨索張拉、補(bǔ)充注漿及封錨等。其中，最為關(guān)鍵的工序包括錨索造孔、錨筋制作安裝、錨孔注漿、錨索張拉。

3.1 錨索造孔

錨索鉆孔是錨索工程中費(fèi)用最高和控制施工進(jìn)度的關(guān)鍵工序，也是影響錨索工程經(jīng)濟(jì)效益的主要因素。本工程錨索鉆孔采用MD-5O氣動(dòng)沖擊型錨桿鉆機(jī)配15 m3/min空氣壓縮機(jī)進(jìn)行作業(yè)。鉆孔前，充分熟悉設(shè)計(jì)圖紙，做好施工準(zhǔn)備，搭設(shè)好錨索鉆孔施工作業(yè)平臺(tái)，現(xiàn)場經(jīng)測量放樣做出孔位標(biāo)記，鉆機(jī)嚴(yán)格按設(shè)計(jì)孔位、傾角和方位準(zhǔn)確就位。鉆孔過程中，作業(yè)人員要嚴(yán)格控制鉆速、鉆壓，以保證鉆孔平直，不發(fā)生偏斜、扭曲或者變徑現(xiàn)象。若遇到破碎地層，則采用套管跟進(jìn)工藝進(jìn)行施工；對(duì)于地層極其破碎的地段，則采用固結(jié)灌漿處理后重新鉆進(jìn)的方法施工。施工結(jié)束，鉆孔應(yīng)有50～100 cm的鉆孔超深長度，以保證鉆孔的有效深度不小于設(shè)計(jì)孔深，并使用高壓風(fēng)將孔內(nèi)巖（土）粉及積水清除出孔外，以保證孔壁清潔。

3.2 錨索制作安裝

壓力分散型錨索結(jié)構(gòu)比普通集中荷載型錨索結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，因此其制作加工也相對(duì)較為復(fù)雜。本工程錨索分為4個(gè)單元錨索，錨索制作時(shí)，各單元錨索下料均根據(jù)各自不同的錨固長度、自由長度經(jīng)計(jì)算后截取，并去除各自錨固段表皮套管，清除鋼絞線表面油脂。錨索組裝前，不同單元錨索應(yīng)分別做好標(biāo)記，以免混淆。擠壓頭組裝要準(zhǔn)確安裝擠壓套、擠壓簧，擠壓頂進(jìn)應(yīng)做到均勻充分，嚴(yán)格控制擠壓工藝質(zhì)量，確保單根擠壓強(qiáng)度不低于設(shè)計(jì)值。錨索組裝要做到保證各單元錨索承載體、架線環(huán)、注漿管定位準(zhǔn)確、連接牢固。

錨索安裝時(shí)要平順推進(jìn)，用力均勻一致，防止損傷錨索配件及保護(hù)層。嚴(yán)禁抖動(dòng)、扭動(dòng)和串動(dòng)，防止中途散束和卡阻。同時(shí)，要不斷檢查排氣管和注漿管，確保排氣管和注漿管暢通。

3.3 錨孔注漿

錨孔注漿是用注漿設(shè)備把液態(tài)的水泥質(zhì)漿體以一定的壓力注入孔內(nèi)的施工過程。錨孔注漿應(yīng)在錨索安裝好后盡快施工。本工程注漿采用UBJ3.0型擠壓式注漿機(jī)作業(yè)。注漿體為M40的水泥漿摻入聚丙烯腈纖維（PAN），聚丙烯腈纖維摻量為1.8～2.0 kg/m3。注漿時(shí)，漿液水灰比控制在0.4～0.42，漿液必須攪拌均勻，隨拌隨用。注漿采用孔底注漿方法，中途隨著漿液的注入緩慢地向外抽拔注漿管，但必須保證注漿管口始終有一段處于漿液內(nèi)部，直至孔口溢出漿液且其濃度和注入漿液濃度相當(dāng)。禁止孔口注漿。注漿完成后，若錨孔孔口漿液面回落，應(yīng)在30 min內(nèi)進(jìn)行孔底壓漿補(bǔ)足。注漿完成24 h內(nèi)，不得對(duì)錨索進(jìn)行擾動(dòng)，不得在錨索上懸掛重物，以免破壞注漿體。

3.4 錨索張拉

錨索張拉就是通過張拉設(shè)備使錨束產(chǎn)生彈性變形，從而使錨固結(jié)構(gòu)獲得預(yù)應(yīng)力，達(dá)到設(shè)計(jì)加固效果的一個(gè)施工作業(yè)過程，它是錨索施工中最為關(guān)鍵的一個(gè)工序。對(duì)于壓力分散型錨索來說，張拉質(zhì)量的好壞直接影響著錨索內(nèi)部的荷載分布及受力情況，張拉不當(dāng)甚至?xí)l(fā)生單元錨索鋼絞線斷裂等情況，從而造成整根錨索的損毀。

本工程張拉設(shè)備采用YCW150A型液壓千斤頂。壓力分散型錨索因各單元錨索長度不同，為使各單元錨索受荷相同，張拉采用分單元差異補(bǔ)償張拉方法。其原理是從最大變形量的單元錨索（最大自由長度）起按次序先后張拉，在到達(dá)最小變形量的單元錨索（最小自由長度）后，再同時(shí)張拉全部單元錨索，直至達(dá)到設(shè)計(jì)要求荷載。壓力分散型錨索分單元差異補(bǔ)償張拉法的具體操作步驟如下。

3.4.1 參數(shù)計(jì)算

（1）Qn為每個(gè)單元錨索所受的荷載，kN。

Qn=

式中，Qmax為最大荷載，kN；n為單元錨索數(shù)量。

（2）Si為每個(gè)單元錨索的變形量，mm。

Si=

式中，Li為每個(gè)單元錨索的長度，mm；Es為鋼絞線的彈性模量，kN/mm2；As為每組鋼絞線的截面積，mm2。

（3）Qi為單元錨索的預(yù)加荷載，kN。

當(dāng)i=1，Qi=0；當(dāng)i>1，

Qi=

（4）Q0為壓力分散型錨索的初始荷載，kN。取適當(dāng)大于Qi的荷載。

3.4.2 分次序差異補(bǔ)償張拉

首先將工具錨夾片安裝在最大變形單元錨索（最大自由長度）上，自Q1（Q1=0）加壓張拉至Q2止。然后，在不放松最大變形量單元錨索的狀態(tài)下，再將工具錨夾片裝上次大變形量單元錨索，加壓張拉，自Q2為止；同理，再裝上工具錨夾片至再次級(jí)變形量單元錨索上，加壓張拉，直至張拉到壓力分散型錨索的初始荷載Q0為止。

3.4.3 按照荷載分級(jí)進(jìn)行錨索的張拉和鎖定

錨索在補(bǔ)足差異荷載后，按設(shè)計(jì)荷載加10%～15%的超張拉荷載分3～5級(jí)進(jìn)行整體張拉，并且在各分級(jí)荷載張拉到位后持荷5～10 min，最后一級(jí)荷載持荷穩(wěn)定15～30 min后進(jìn)行鎖定。鎖定后48 h內(nèi)加強(qiáng)觀察，若發(fā)現(xiàn)存在明顯的預(yù)應(yīng)力損失，必須及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)償張拉。

4 結(jié)語

（1）壓力分散型錨索不僅具有施工快捷、安全可靠、經(jīng)濟(jì)高效、對(duì)巖（土）體擾動(dòng)小、能充分發(fā)揮巖體固有承載能力等普通集中荷載型錨索的特點(diǎn)，而且具有錨固段分段受壓、可設(shè)置高承載力錨索、防腐及耐久性能好等優(yōu)點(diǎn)，其在巖土工程中的應(yīng)用已日益廣泛。

（2）壓力分散型錨索施工質(zhì)量的好壞不僅影響著錨索內(nèi)部的荷載分布及受力情況，而且直接關(guān)系著錨索工程的錨固效果和運(yùn)行安全。在施工過程中，必須嚴(yán)格控制各工序施工質(zhì)量。

（3）預(yù)應(yīng)力損失是涉及錨固工程安全的重大問題，預(yù)防和減小預(yù)應(yīng)力損失則是設(shè)計(jì)、施工及工程管理人員所共同關(guān)心的問題。許多外部因素的變化（如加在錨固介質(zhì)的荷載發(fā)生變化、錨固介質(zhì)受到?jīng)_擊等）都會(huì)使錨索的受力狀況發(fā)生改變，導(dǎo)致錨索預(yù)應(yīng)力的降低、損失，甚至還可能有所增加。因此，在工程運(yùn)行過程中，應(yīng)加強(qiáng)管理，盡量避免這些情況的發(fā)生。

參 考 文 獻(xiàn)

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[責(zé)任編輯：陳澤琦]

【作者簡介】孫粵輝，男，湖南邵陽人，廣東省基礎(chǔ)工程集團(tuán)有限公司項(xiàng)目經(jīng)理，助理工程師，從事現(xiàn)場施工管理工作。