大跨度索道橋地錨錨索施工工藝

來洪彬　趙大明

摘 要：文章結(jié)合汶馬高速C15合同段獅子坪索道橋，介紹同一結(jié)構(gòu)形式橋梁中地錨錨索施工相關(guān)技術(shù)及其應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：索道橋錨索；施工工序；極限張拉；位移；破壞性分析

中圖分類號(hào)：U448 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2016）18-0147-03

索道橋作為一種半永久橋，主要是施工用橋、常用橋的作用，且施工較快，工程造價(jià)不高，適用于山高陡坡、水深湍急的江河上架設(shè)，用途較為獨(dú)特，在西南多山地區(qū)的民間交通較為適用，索道橋主要受力部位為錨碇部位。此篇文章只討論地錨結(jié)構(gòu)形式，通過鋼索錨入兩岸的山體，憑借基巖錨固力，承受鋼索拉力，稱之地錨。

1 工程概況

獅子坪水庫臨時(shí)索道橋位于G317線九架棚隧道橫洞出口右側(cè)約200 m位置，橫跨雜谷腦河，橋梁凈徑跨353 m。經(jīng)跨左右岸地錨分別設(shè)置錨索74根，其中左岸鉆孔深度為25 m，錨固段長度為12 m，右岸鉆孔深度為32～35 m，根據(jù)實(shí)際地址情況在此范圍內(nèi)調(diào)整，錨固段長度為12 m。橋位施工平面圖，如圖1所示。

1.1 橋梁組成部分

錨碇、橋臺(tái)、連接調(diào)整構(gòu)件、承重結(jié)構(gòu)、橋面系。

1.2 主要設(shè)計(jì)參數(shù)

橋面凈寬：4.5 m+2×0.75 m，單向行駛。

設(shè)計(jì)荷載：?jiǎn)诬?0 t或掛車80 t，限一輛車行駛。

設(shè)計(jì)行車速度：15 km/h。

使用年限：5年。

2 錨索施工方法及工序

2.1 施工工序

地錨錨索施工時(shí)，在開挖邊坡搭設(shè)鋼管架子，用馬道板形成平臺(tái)，進(jìn)行鉆孔、穿束、注漿等項(xiàng)目的施工。施工流程圖，如圖2所示。

2.2 鉆 孔

錨索鉆孔主要根據(jù)錨索所需孔徑、孔深，確定鉆孔設(shè)備。本標(biāo)段錨索鉆孔孔徑為Φ150 mm，錨索鉆孔孔深為25 m、35 m兩種，鉆孔設(shè)備采用履帶式潛孔鉆。

2.2.1 施工注意事項(xiàng)

潛孔鉆架設(shè)完成后，用羅盤調(diào)整方位角、傾角，直至滿足設(shè)計(jì)要求，開鉆前將鉆桿端部對(duì)準(zhǔn)孔位，將緊固件緊牢后，再復(fù)核一遍鉆孔孔口位置、方位角和傾角，確認(rèn)無誤后，將所有緊固件再緊一遍，安上沖擊器和鉆頭，接上風(fēng)管，即可開始鉆孔作業(yè)。

鉆孔每鉆進(jìn)5 m測(cè)斜一次，并根據(jù)測(cè)斜情況及時(shí)糾偏，鉆孔完畢再進(jìn)行一次全孔測(cè)斜，并在鉆孔驗(yàn)收前將資料提交有關(guān)部門。

待鉆孔技術(shù)之后，將鉆桿的鉆頭拔出，選擇1根聚乙烯管，二次核實(shí)孔深，選擇高壓風(fēng)進(jìn)行清孔，將聚乙烯管拔出，再用編織麻袋將孔口塞好。

在鉆孔過程中，對(duì)于錨固段的始末兩端，需采集好巖粉，在錨固段，如果發(fā)現(xiàn)出水和落鉆問題，向監(jiān)理人員、設(shè)計(jì)人員及時(shí)報(bào)告，共同設(shè)計(jì)處理措施，保證錨固段的巖層穩(wěn)定。如果孔深符合設(shè)計(jì)孔深，但仍處于斷層、破碎帶的軟弱巖層，必須將孔深延長，持續(xù)鉆進(jìn)之后，直到監(jiān)理人員認(rèn)為合理為止。鉆孔過程中必須記錄每一鉆進(jìn)的尺寸、鉆進(jìn)速度等數(shù)據(jù)和巖粉的狀況。所有錨索孔在鉆孔結(jié)束并驗(yàn)收合格后，在鉆孔旁邊標(biāo)注編號(hào)，以防止錨索裝錯(cuò)孔位。

2.2.2 特殊情況的處理

①滲水問題：在吹孔過程中，如果吹出大顆粒，但無粉塵，則表示孔內(nèi)存在滲水，孔壁貼附有巖粉。如果孔深已充足，需注入清水，并選擇高壓風(fēng)洗孔，再清洗孔壁。如果孔深不充分，為避免鉆桿堵塞，必須停止鉆進(jìn)，將鉆桿拔出，待洗孔之后在鉆進(jìn)。如果孔內(nèi)滲水量較大，吹出碎石、泥漿，若沖擊器工作，可繼續(xù)鉆進(jìn)。若沖擊器不能工作，可選擇壓力注漿方式，堵水之后再行鉆進(jìn)。

②坍孔問題：在鉆孔過程中，若遭遇風(fēng)化巖層，或巖體破碎帶，極易出現(xiàn)坍孔，一般為孔中有巖粉夾帶無光澤、非擊碎石塊，必須停止鉆進(jìn)。將鉆具拔出，并壓漿固壁。在注漿之前，選擇高壓風(fēng)、清水，洗出孔內(nèi)的泥漿，注漿壓力選擇0.4 MPa漿液，作為水泥玻璃雙液注漿，待1 h后，再重新鉆進(jìn)。

2.3 錨索的選用與制作

錨索材料為6×37+FCΦ52的鋼絲繩，要求在全長范圍內(nèi)不得出現(xiàn)毛刺、斷絲等有損鋼絲繩強(qiáng)度的缺陷。

錨索切割采用砂輪切割機(jī)下料。

絲繩錨固段的清洗步驟：將錨固段全長范圍內(nèi)的鋼絲繩股與股分離開，去除中間麻芯，并將其上及靠近錨固段1～2m范圍內(nèi)的鋼絲繩表面的油泥徹底清洗干凈，以提高插編段鋼絲繩與砼的粘結(jié)咬合力，使得錨固效果達(dá)到最佳。

錨索組裝：將鋼絲繩順直平放在鋼管支架上，順直安裝好灌漿管，先安裝靠近自由端的束線環(huán)，如圖3所示。再安裝隔離架，依次間隔安裝，束線環(huán)與束線環(huán)的間距、隔離架與隔離架的間距均為60 cm，錨索末端與導(dǎo)向帽相連，導(dǎo)向帽端部設(shè)置鋼制承載體，鋼絲繩通過擠壓套固定在鋼制承載體上。

2.4 錨索安裝

對(duì)于鉆孔，重新通風(fēng)檢查。對(duì)于掉塊與塌孔，必須清理干凈，禁止欠深。對(duì)于孔內(nèi)積水，選擇高壓風(fēng)吹干凈。

將組成錨索體的對(duì)中支架、灌漿管路、鉛絲等材料準(zhǔn)備好待用，并對(duì)灌漿管路進(jìn)行暢通檢查，更換、修復(fù)損壞的配件。

在錨索安裝過程中，選擇人工安裝方式，在推送過程中，注意用力均勻一致。

2.5 錨索灌漿

鋼絲繩錨索注漿方式采用孔底返漿法灌漿。

2.5.1 制 漿

攪拌機(jī)的轉(zhuǎn)速不低于1 000 r/min，水泥采用強(qiáng)度等級(jí)為P·O 42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥，可摻入適量膨脹劑，水灰比為1：0.45，錨固段水泥砂漿強(qiáng)度等級(jí)為M35。

2.5.2 錨索孔注漿

灌注前，先壓入壓縮空氣檢查管道暢通情況，然后將孔口阻塞器封閉開始進(jìn)行灌漿；灌漿壓力控制在0.2～0.4 MPa之間，排出的漿液濃度與灌漿的漿液濃度相同。

錨索結(jié)構(gòu)圖，如圖4所示。

2.6 錨索張拉

試驗(yàn)索張拉采用設(shè)置反力架的形式進(jìn)行，反力架支點(diǎn)距離錨索孔口不小于5 m。主索在注漿完成后不張拉，待與橋面系主索連接后一并張拉，本處主要論述試驗(yàn)索的張拉程序。

試驗(yàn)索每岸各進(jìn)行2處，兩處均做非破壞性試驗(yàn)以驗(yàn)證是否達(dá)到設(shè)計(jì)拉力。此處不做破壞性試驗(yàn)的原因?yàn)樵囼?yàn)索與其他錨索橫向距離較近，如做破壞性試驗(yàn)會(huì)導(dǎo)致巖層的破壞將影響其他錨索的持力結(jié)構(gòu)。加荷采用分級(jí)加載的方式進(jìn)行，每級(jí)荷載為120 kN。每級(jí)荷載施加完畢后立即測(cè)讀變形量，連續(xù)兩次測(cè)讀的變形量小于0.1 mm時(shí)，可以施加下一級(jí)荷載。直至錨索張拉力達(dá)到1 050 kN時(shí)，停止加載。

2.7 錨索極限張拉位移淺析

2.7.1 錨索/砂漿界面應(yīng)力的形成

張開移位，在圍巖約束下的砂漿柱，發(fā)生徑向位移，除指向外，徑向位移增加了內(nèi)壓力P1，即徑向壓應(yīng)力，導(dǎo)致砂漿中產(chǎn)生周向拉應(yīng)力。如果周向拉應(yīng)力超過砂漿抗拉強(qiáng)度，且存在收縮裂縫，則切向應(yīng)力幾乎為零。若張開位移出現(xiàn)進(jìn)一步擴(kuò)展，使徑向逐漸向外傳播，再擴(kuò)展至巖層、漿界面。處于這個(gè)階段，砂漿處于完全開裂狀態(tài)，切向應(yīng)力下降至零。在P1完全轉(zhuǎn)移到砂漿/巖石界面的地方，壓應(yīng)力P2產(chǎn)生了，如圖5所示。

2.7.2 破壞性分析

當(dāng)砂漿被壓碎或徑向位移超過界面的粗糙齒，張開位置受到抑制，此時(shí)的張開位移為極限張開位移μmax，它是錨索/砂漿界面壓應(yīng)力P1：徑向位移μ的函數(shù)，如圖5所示：

對(duì)于粗糙錨，在拉拔過程中，錨索、砂漿的界面壓應(yīng)力為P1，和錨固強(qiáng)度增加直到砂漿達(dá)到其強(qiáng)度，并且當(dāng)錨索滑過砂漿時(shí)，張開位移停止。在錨索被拉拔時(shí)，砂漿齒與錨索接觸的范圍減少，作用于單個(gè)齒上的應(yīng)力增加，終于導(dǎo)致破壞。如果砂漿被剪切，在該處錨固強(qiáng)度將達(dá)到最大值，此時(shí)張開位移停止。假想的破壞形式，如圖6所示。

3 結(jié) 語

地錨錨索作為巖體支護(hù)和增強(qiáng)材料廣泛地應(yīng)用于水利及交通工程中。錨固強(qiáng)度和摩擦錨桿的作用機(jī)理較為相似，錨固強(qiáng)度，是因界面摩擦力、粘結(jié)力產(chǎn)生，摩擦力和圍巖作用張開位移、界面壓應(yīng)力緊密相關(guān)。而界面壓應(yīng)力是因張開位移作用產(chǎn)生。因此，如果能夠明確兩者關(guān)系，有助于進(jìn)一步了解錨索錨固強(qiáng)度的力學(xué)機(jī)理。

參考文獻(xiàn)：

[1] 范宇潔.巖體錨固時(shí)錨索與水泥砂漿界面間的張開位移與界面應(yīng)力 的探討[J].水利電力科技，1996，（2）.