預(yù)應(yīng)力錨索加固高邊坡施工技術(shù)探析

邱河鈺

（龍巖交通建設(shè)集團(tuán)有限公司， 福建 龍巖 364000）

1 工程概況

莆永高速新增坎市互通工程位于福建省龍巖市永定區(qū)坎市鎮(zhèn)西南側(cè)佛子甲村附近，起點(diǎn)樁號(hào)為MK209+860，終點(diǎn)樁號(hào)為MK211+233，全長(zhǎng)1.37km，雙向四車(chē)道，互通主線路基寬度為24.5m，設(shè)計(jì)時(shí)速為80km/h，設(shè)計(jì)荷載為公路-Ⅰ級(jí)。共設(shè)置10條A～J匝道，匝道設(shè)計(jì)時(shí)速為40km/h，其中A匝道為分離型車(chē)道，單側(cè)寬度為8m，AY匝道長(zhǎng)度為591m，AZ匝道長(zhǎng)度為858m，B～J匝道為單車(chē)道匝道，寬度為9m，長(zhǎng)3686.87m。其中MK210+863～MK210+983段邊坡長(zhǎng)度為120m，最大高度為47.8m，除了第6級(jí)邊坡高度為7.8m外其余級(jí)邊坡高度均為8m，第一級(jí)邊坡坡率為1:0.75，第二級(jí)邊坡坡率為1:1.25，其余級(jí)邊坡坡率均為1:1.5。邊坡類型為類土質(zhì)邊坡，邊坡最上面覆蓋層為坡積粘性土，層厚為0.6～12.3m，其下為全風(fēng)化粉砂巖，層厚為7～21m，下伏砂土狀強(qiáng)風(fēng)化粉砂巖，坡度為240°∠50°，邊坡較為陡峭，需要加固處理。

2 預(yù)應(yīng)力錨索加固設(shè)計(jì)

第3～6級(jí)邊坡為保持原狀坡面不變，第2級(jí)邊坡加固防護(hù)為拱形骨架植草喬，第1級(jí)邊坡加固防護(hù)為預(yù)應(yīng)力錨索框架梁，框架內(nèi)施打小導(dǎo)管掛網(wǎng)噴射混凝土，小導(dǎo)管長(zhǎng)度為5m，采用外徑為50mm的無(wú)縫鋼管，壁厚為5mm，間距為1.5m，梅花形布置，導(dǎo)管外露10cm；掛網(wǎng)鋼筋直徑為12mm，布設(shè)間距為10cm，噴射混凝土厚度為15cm，混凝土強(qiáng)度為C20?？蚣芰旱母叨葹?m，寬度為8m，框架梁混凝土強(qiáng)度為C30。框架梁設(shè)置4孔4束預(yù)應(yīng)力錨索，錨索類型為壓力分散型，每束錨索的設(shè)計(jì)拉力為500kN，第一排和第二排錨索總長(zhǎng)度為32m，錨固段長(zhǎng)度為16m，錨索孔直徑為150mm，錨索俯角為20°。錨索采用無(wú)粘結(jié)高強(qiáng)度低松弛鋼絞線，直徑為15.24mm，錨具型號(hào)為HVM型?？蚣芰呵度肫旅嫔疃葹?0cm，外露30cm，框架梁間設(shè)置變形縫，縫寬為2cm，塞縫材料為浸瀝青木板?？蚣芸滩酆蠡渍{(diào)平采用水泥砂漿，厚度為2～5mm，局部架空采用C30混凝土嵌補(bǔ)。

3 壓力分散型預(yù)應(yīng)力錨索作用機(jī)理

壓力分散型預(yù)應(yīng)力錨索的受力傳遞介質(zhì)為無(wú)粘結(jié)鋼絞線，根據(jù)設(shè)計(jì)要求分為自由段與錨固段，錨孔內(nèi)高壓注漿形成注漿體，當(dāng)施加設(shè)計(jì)預(yù)應(yīng)拉力時(shí)，由于自由段的錨索與注漿體處于無(wú)粘結(jié)狀態(tài)，預(yù)應(yīng)拉力直接由錨固段的鋼質(zhì)承載體分解傳遞給注漿體，鋼質(zhì)承載體將預(yù)應(yīng)拉力分散轉(zhuǎn)變成壓應(yīng)力作用于注漿體，再由注漿體與巖土體之間的接觸作用產(chǎn)生剪應(yīng)力擴(kuò)散到巖土體，使得巖土體的受力均勻，減小注漿體應(yīng)力峰值，提高圍巖巖土體的抗剪強(qiáng)度，使得邊坡整體穩(wěn)定性得以提高。

4 預(yù)應(yīng)力錨索加固高邊坡施工技術(shù)

4.1 施工工藝

預(yù)應(yīng)力錨索嚴(yán)格按照施工工藝流程組織施工，具體施工工藝如圖1所示。

圖1 預(yù)應(yīng)力錨索施工工藝圖

4.2 施工準(zhǔn)備

將邊坡上的松動(dòng)石塊全部清除，采用挖掘機(jī)將坡面坡度修整成設(shè)計(jì)坡度，個(gè)別不平整部位采用人工修整。根據(jù)施工作業(yè)面布置情況搭設(shè)工作平臺(tái)，尺寸為3m×2m（寬度×高度），采用雙排鋼管腳手架進(jìn)行搭設(shè)，工作平臺(tái)臨空面應(yīng)按照規(guī)定做好安全防護(hù)措施，腳手架搭設(shè)應(yīng)穩(wěn)定與牢固。按照設(shè)計(jì)里程樁號(hào)拉鋼尺并以經(jīng)緯儀輔助對(duì)錨孔的位置進(jìn)行測(cè)量定位，采用油漆或鋼釬進(jìn)行標(biāo)識(shí)，錨孔位置偏差≤5cm。根據(jù)錨孔深度、直徑和錨固段巖土層地質(zhì)條件選擇100B型的潛孔鉆機(jī)，鉆頭直徑為150mm，空壓機(jī)規(guī)格為22m3/min。根據(jù)錨孔位置將潛孔鉆機(jī)固定在搭設(shè)好的工作平臺(tái)上。在正式施工之前，根據(jù)設(shè)計(jì)要求在高邊坡斷面上選擇3個(gè)試驗(yàn)孔在錨墩混凝土強(qiáng)度為80%設(shè)計(jì)強(qiáng)度且注漿體施工完成時(shí)間為28d時(shí)進(jìn)行錨索抗拔拉破壞試驗(yàn)，以此來(lái)驗(yàn)證設(shè)計(jì)合理性、預(yù)應(yīng)力錨索施工工藝、設(shè)計(jì)質(zhì)量、工作錨索的性能與性質(zhì)、預(yù)應(yīng)力錨索施工中抗物理破壞能力以及錨索的設(shè)計(jì)安全儲(chǔ)備等?；驹囼?yàn)時(shí)應(yīng)做好各級(jí)荷載施加下錨頭的位移的試驗(yàn)記錄，將試驗(yàn)報(bào)告在工程錨索施工前提交給設(shè)計(jì)單位，從而對(duì)邊坡錨固工程設(shè)計(jì)進(jìn)行調(diào)整與驗(yàn)證，確保邊坡設(shè)計(jì)合理性。

4.3 鉆孔

將潛孔鉆機(jī)的底座墊平，將鉆桿與孔位對(duì)準(zhǔn)，鉆桿的角度為20°，角度校核采用羅盤(pán)，要求錨孔軸線方位偏差≤±2°，錨孔的軸線傾角偏差≤±1°。鉆進(jìn)方式為無(wú)水干鉆，風(fēng)壓為0.6MPa，空壓機(jī)提供的風(fēng)量為13m3/min，鉆壓為20kN。當(dāng)鉆桿鉆進(jìn)0.5m時(shí)應(yīng)重新校核方位與傾角，確保鉆具軸線傾角符合設(shè)計(jì)要求。每鉆進(jìn)5m對(duì)錨孔的傾角誤差進(jìn)行檢查，出現(xiàn)偏差應(yīng)及時(shí)采取糾偏措施進(jìn)行校正。在鉆進(jìn)過(guò)程中根據(jù)巖層的地質(zhì)情況來(lái)控制鉆進(jìn)速度，切不可開(kāi)足馬力全程猛鉆，防止錨孔出現(xiàn)變徑或者扭曲的現(xiàn)象。詳細(xì)記錄鉆進(jìn)中不同巖土層、鉆進(jìn)速度、鉆壓和有無(wú)地下水等情況。遇到不良地質(zhì)情況出現(xiàn)塌孔現(xiàn)象，應(yīng)立即停止鉆進(jìn)，分析塌孔原因后，采用水泥砂漿固壁灌漿處理或者采取跟管鉆進(jìn)方式重新施鉆。錨孔實(shí)際深度應(yīng)比設(shè)計(jì)深度超深0.2m以上，錨孔深度滿足設(shè)計(jì)要求后持續(xù)穩(wěn)鉆1～2min，確?？椎撞怀霈F(xiàn)尖滅現(xiàn)象。鉆孔完成后采用壓力為0.2～0.4MPa的高壓空氣將錨孔內(nèi)的地下水和巖粉全部清除干凈，孔壁不得有水體粘滯或者沉渣，確保圍巖巖土體與注漿體的粘結(jié)強(qiáng)度。錨孔的傾角、位置、孔深、孔徑和軸線方位等在監(jiān)理工程師旁站下檢驗(yàn)合格即可進(jìn)行錨索的安裝。

4.4 制錨與下錨

本工程錨索采用壓力分散型錨索，錨筋材料為無(wú)粘結(jié)鋼絞線，強(qiáng)度等級(jí)為1860MPa。預(yù)應(yīng)力錨索體由2個(gè)單元錨索組成，錨固段L1=L2=8m，各單元的鋼絞線長(zhǎng)度按照設(shè)計(jì)長(zhǎng)度+1.5m進(jìn)行下料，鋼絞線采用機(jī)械切割，鋼絞線的長(zhǎng)度誤差≤±5cm，各單元錨索應(yīng)做可靠醒目的標(biāo)記，以便后續(xù)的差異分步張拉。鋼質(zhì)承載體的厚度為20mm，采用45號(hào)鋼材制作而成，鋼絞線與鋼質(zhì)承載體之間通過(guò)擠壓套和擠壓簧對(duì)稱錨固牢固，單根鋼絞線的連接強(qiáng)度≥200kN，每個(gè)單元錨索由1個(gè)鋼質(zhì)承載體與2根鋼絞線組成。采用拉桿將鋼質(zhì)承載體與限位片通過(guò)栓接固定，拉桿外露長(zhǎng)度應(yīng)≥20mm，鋼質(zhì)承載體與鋼絞線的錨固大樣圖如圖2所示。將帶有溢漿孔的導(dǎo)向帽焊接在靠近孔底的鋼質(zhì)承載體上，以便順利下錨。鋼絞線應(yīng)平直編排，架線環(huán)順著預(yù)應(yīng)力錨索體軸線按照間隔1.0～1.5m進(jìn)行布置，錨孔孔口地方必須設(shè)置1個(gè)架線環(huán)，錨固段的2個(gè)架線環(huán)的中部應(yīng)設(shè)置1道緊箍環(huán)，并采用鐵絲纏繞3圈，架線環(huán)的定位應(yīng)準(zhǔn)確，綁扎應(yīng)牢固。注漿管采用PVC管，管徑為25mm，注漿管綁扎在錨索體中軸位置，其強(qiáng)度應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求，PVC注漿管與錨索體末端的距離為5～10cm。錨索體制作完成后應(yīng)對(duì)各部件質(zhì)量及外觀進(jìn)行檢查，所有部件安裝位置準(zhǔn)確，綁扎牢固可靠，錨索體應(yīng)不扭不叉，平順整齊。錨索體檢驗(yàn)合格后應(yīng)編號(hào)掛牌。錨索體運(yùn)輸過(guò)程中應(yīng)保持順直，無(wú)損傷。錨索體采用導(dǎo)向架進(jìn)行安裝，下錨時(shí)應(yīng)按照設(shè)計(jì)的方位與傾角緩慢順直入孔，一步到位，孔口預(yù)留1.5m的張拉長(zhǎng)度。錨索安裝后應(yīng)注意保護(hù)，不得污染或者懸掛重物。

圖2 鋼質(zhì)承載體與鋼絞線的錨固大樣圖

4.5 孔內(nèi)注漿

注漿材料為純水泥漿，水灰比為0.45～0.5，摻加1.8～2.0kg/m3的聚丙烯腈纖維，漿液應(yīng)攪拌均勻，注漿體強(qiáng)度為40MPa。下錨后采用擠壓式注漿機(jī)進(jìn)行孔底返漿法注漿，注漿壓力為2MPa，當(dāng)孔口溢出新鮮的水泥漿即可停止注漿。如果注漿后出現(xiàn)孔口漿面回落現(xiàn)象，應(yīng)立即孔底壓漿補(bǔ)注2～3次，補(bǔ)漿時(shí)間控制在30min之內(nèi)，確保孔口注漿充滿。當(dāng)錨固段處于富水且土層為砂土狀強(qiáng)風(fēng)化粉砂巖時(shí)，為了提高地層的錨固力，需要采用二次高壓劈裂注漿法。當(dāng)一次注漿體強(qiáng)度為5MPa即可進(jìn)行二次高壓劈注，注漿管應(yīng)采用鍍鋅鋼管。

4.6 錨索框架梁施工

根據(jù)框架梁的施工平面圖在邊坡上測(cè)放出框架橫梁和豎梁的位置，坡面按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行刻槽，采用水泥砂漿對(duì)基礎(chǔ)底面進(jìn)行找平，綁扎鋼筋骨架，同一截面鋼筋接頭應(yīng)錯(cuò)開(kāi)35d且接頭數(shù)≤50%。模板安裝應(yīng)嚴(yán)密與平整。按照設(shè)計(jì)要求將鋼制波紋管、錨墊板和螺旋鋼筋固定在框架梁的鋼筋上，擺放方向與錨孔方向一致?；炷翝仓r(shí)，錨孔位置混凝土應(yīng)振搗密實(shí)，框架梁應(yīng)分片施工，相鄰框架梁按照設(shè)計(jì)要求留設(shè)2cm寬的變形縫?？蚣軆?nèi)按照設(shè)計(jì)要求施打小導(dǎo)管掛網(wǎng)噴射混凝土。

4.7 錨索預(yù)應(yīng)力張拉與鎖定

當(dāng)臺(tái)座混凝土及注漿體的強(qiáng)度≥80%設(shè)計(jì)強(qiáng)度時(shí)即可進(jìn)行錨索預(yù)應(yīng)力張拉與鎖定，錨斜托臺(tái)座承壓面垂直于錨索軸線，千斤頂和錨墊板應(yīng)與錨具對(duì)中密貼，千斤頂軸線與錨索體和錨孔的軸線保持一致，確保承載均勻。張拉用的儀器儀表和設(shè)備應(yīng)進(jìn)行標(biāo)定，確保其精度滿足規(guī)范要求。正式張拉之前，應(yīng)采用10%～20%的設(shè)計(jì)拉力對(duì)錨索進(jìn)行預(yù)張拉1～2次，將4根鋼絞線張拉平直，使得各部位連接緊密。由于各單元壓力分散型錨索的長(zhǎng)度不一致，根據(jù)錨索長(zhǎng)度及設(shè)計(jì)拉力計(jì)算出差異荷載，根據(jù)設(shè)計(jì)要求采用差異分步張拉方法分單元進(jìn)行張拉，錨索在補(bǔ)足差異荷載后按照設(shè)計(jì)張拉力（500kN）的0.25、0.5、0.75、1.0和1.1倍分級(jí)進(jìn)行張拉，最后一級(jí)荷載張拉時(shí)，應(yīng)持荷穩(wěn)定10～15min后卸荷鎖定。錨索張拉質(zhì)量應(yīng)以油表讀數(shù)為主，以錨索伸長(zhǎng)量為輔的“雙控法”進(jìn)行控制，錨頭位移應(yīng)≤1mm。當(dāng)錨索鎖定后48h內(nèi)發(fā)生明顯的預(yù)應(yīng)力損失情況則應(yīng)做補(bǔ)償張拉處理。錨索鎖定后采用水泥砂漿對(duì)錨墊板和錨頭進(jìn)行補(bǔ)漿，鋼絞線與錨具采用C30的混凝土進(jìn)行封頭，做好防腐工作。

5 錨索質(zhì)量驗(yàn)收

根據(jù)設(shè)計(jì)要求對(duì)錨索進(jìn)行驗(yàn)收試驗(yàn)，在1.5倍設(shè)計(jì)拉力即750kN的荷載作用下，錨索的總位移量滿足施工規(guī)范要求，錨頭位移穩(wěn)定，錨索的抗拉拔承載力符合設(shè)計(jì)要求。錨索的伸長(zhǎng)量和長(zhǎng)度實(shí)測(cè)值均滿足施工規(guī)范要求，錨索質(zhì)量驗(yàn)收合格。

6 結(jié)束語(yǔ)

MK210+863～MK210+983段高邊坡按照設(shè)計(jì)要求設(shè)置邊坡穩(wěn)定監(jiān)測(cè)孔，深孔位移及錨索預(yù)應(yīng)力等監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)均滿足施工規(guī)范要求，邊坡穩(wěn)定，實(shí)踐表明，采用壓力分散型預(yù)應(yīng)力錨索加固高邊坡施工技術(shù)是成功的。預(yù)應(yīng)力錨索施工過(guò)程中應(yīng)嚴(yán)格按照施工工藝標(biāo)準(zhǔn)組織施工，做好技術(shù)交底工作，統(tǒng)一指揮，嚴(yán)格控制關(guān)鍵工序的質(zhì)量，確保加固的高邊坡整體穩(wěn)定。