高速鐵路路基防護(hù)工程預(yù)應(yīng)力錨索施工拉拔試驗(yàn)

（中交四航局第一工程有限公司，廣東廣州 510310）

1 工程概況

云桂鐵路云南段YGT-3標(biāo)段正線起訖點(diǎn)樁號(hào)為DK407+070～DK473+300，線路長度為64.571 km（短鏈1.659 km），該工程標(biāo)段隧道共22座38 443 m；正線橋梁共27座7 986 m，正線橋隧比重為71.9%。

標(biāo)段沿線地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，巖體破碎，不良地質(zhì)發(fā)育，主要不良地質(zhì)有滑坡、巖堆、危巖落石、巖溶、人為坑洞、順層、斷層及大變形等。因此，設(shè)計(jì)土質(zhì)、軟質(zhì)巖、節(jié)理裂隙發(fā)育的硬質(zhì)巖路塹邊坡防護(hù)需施作錨索框架梁。

2 極限抗拔試驗(yàn)的目的

（1）明確施工邊坡處地層中錨索的安全系數(shù)、極限承載力。

（2）揭示施工部位的地層條件存在影響錨索錨固力的各類因素、影響程度。

（3）對(duì)每個(gè)部位施工錨索工程的施工工藝進(jìn)行檢驗(yàn)。

（4）核對(duì)工程設(shè)計(jì)的參數(shù)，為后期錨固工程施工的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)提供相關(guān)的參考數(shù)據(jù)，保障錨固工程的設(shè)計(jì)合理、施工安全、經(jīng)濟(jì)成本。

3 試驗(yàn)方案

（1）試驗(yàn)地點(diǎn)：根據(jù)地質(zhì)情況，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況，所選試驗(yàn)地點(diǎn)與主體邊仰坡地質(zhì)情況基本相符。

（2）試驗(yàn)錨索參數(shù)：根據(jù)設(shè)計(jì)及地質(zhì)情況，試驗(yàn)錨索選錨固長2.5 m，錨索自由段長4.0 m，錨索下料長8 m，索體傾角水平向下15°，錨索試驗(yàn)根數(shù)6根。

（3）試驗(yàn)設(shè)備：本次試驗(yàn)采用YQC150C-200型穿心式千斤頂、xy-2pc地質(zhì)鉆機(jī)、ZB4-500型高壓電動(dòng)油泵、對(duì)應(yīng)標(biāo)定的油壓表，使用游標(biāo)卡尺、直尺測量錨索位移。

（4）試驗(yàn)荷載：試驗(yàn)最大荷載取錨桿桿體承載力標(biāo)準(zhǔn)值的0.8倍（1 041.6 kN）。張拉試驗(yàn)采用循環(huán)加、卸載法，整體張拉。

4 試驗(yàn)工序

試驗(yàn)施工工序：鉆孔→清孔→錨索制作→錨索安裝→注漿→錨墊板安裝→錨索張拉→數(shù)據(jù)采集、記錄→數(shù)據(jù)分析→結(jié)論[1]。

4.1 鉆孔

根據(jù)選定試驗(yàn)錨索點(diǎn)確定錨孔位置，準(zhǔn)確安裝固定鉆機(jī)，鉆孔采用沖擊式鉆機(jī)干鉆。錨孔直徑為130 mm，深度不小于6.7 m。

4.2 清孔

成孔后，采用高壓風(fēng)吹清孔，確?？變?nèi)無塵渣、積水。

4.3 制索

截取5束8 m鋼絞線，錨索頭部使用Ф42鐵管制作60°導(dǎo)向錐，在錨索的錨固段每間隔1 m設(shè)置1個(gè)護(hù)中環(huán)，加工材料采用聚乙烯塑料板，厚20 mm，每個(gè)擴(kuò)張環(huán)中間錨索采用細(xì)鐵絲綁扎；錨索自由端的每根鋼絞線均穿套1根Ф20～22 mm規(guī)格的PVC塑料保護(hù)管，在保護(hù)管兩端10～20 cm范圍內(nèi)注滿黃油，再采用工程膠布外繞封閉固定。

4.4 錨索安裝

采用人工下錨體的方式，將錨索插入錨孔內(nèi)，距離孔底0.2 m居中安放，在錨孔外預(yù)留鋼絞線長1.5 m。

4.5 錨索注漿

錨索注漿采用M40水泥砂漿（錨桿M35水泥砂漿），注漿采用一次孔底返漿法，注漿密實(shí)飽滿。

4.6 錨墊板安裝

待注漿完成后，對(duì)錨孔周邊50 cm內(nèi)的巖面延坡面進(jìn)行找平，安裝2塊400 mm×400 mm×20 mm割孔鋼板充當(dāng)錨墊板，墊板使用錨筋支撐加固，確保墊板緊貼巖面，且鋼絞線沿墊板中心伸出。

4.7 錨索張拉

張拉前進(jìn)行錨具安裝，將鎖具鎖上，人力使用工作錨將鎖片壓緊，對(duì)坡體和張拉前方采取臨時(shí)性的安全防護(hù)。

待錨孔注漿達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的70%后進(jìn)行張拉試驗(yàn)。張拉機(jī)具在張拉施工前須進(jìn)行標(biāo)定，防止產(chǎn)生應(yīng)力誤差，本工程錨索拉拔試驗(yàn)分為6次3級(jí)進(jìn)行。錨索在張拉過程中，逐級(jí)加載，每級(jí)加載為循環(huán)荷載，預(yù)估最大試驗(yàn)荷載取桿體承載力的0.8倍，約1 302 kN。先對(duì)錨索施加一個(gè)初始的荷載，確定錨頭位移的初始讀數(shù)并記錄。待張拉施加到第一級(jí)的荷載時(shí)，記錄錨頭的位移值，再卸載到初始荷載并記錄位移值，按序根據(jù)加荷的等級(jí)進(jìn)行加載、卸載，增加一級(jí)荷載均須穩(wěn)定5 min。荷載增加至每次末級(jí)累加值時(shí)須穩(wěn)定10 min，該過程中在各個(gè)時(shí)間段內(nèi)及時(shí)測讀并記錄錨頭的位移值[2]。

加載應(yīng)保持平穩(wěn)，速率掌控在0.1 倍/min設(shè)計(jì)值，卸載的速率不超出0.2 倍/min設(shè)計(jì)值。張拉時(shí)每級(jí)荷載鋼絞線的伸長值、穩(wěn)定過程的伸長值均應(yīng)及時(shí)記錄，將記錄伸長值與理論伸長值進(jìn)行對(duì)比。每等級(jí)實(shí)際伸長值與理論伸長值的比對(duì)中，實(shí)際伸長值不能超出理論伸長值的±6%，如超出需查明原因并進(jìn)行相應(yīng)的處理。

具體加荷等級(jí)與觀測時(shí)間如表1所示。

表1 錨索基本試驗(yàn)加荷等級(jí)與觀測時(shí)間

在錨索的拉拔試驗(yàn)施作過程中，出現(xiàn)下列情況時(shí)，視為破壞并立即終止加載。

（1）錨頭位移出現(xiàn)不收斂；

（2）錨固體從巖土層中拔出；

（3）錨索（桿）從錨固體中拔出；

（4）錨頭的位移總量超出設(shè)計(jì)的允許值；

（5）進(jìn)行下一級(jí)荷載時(shí)，產(chǎn)生的錨頭位移增量超出上一級(jí)進(jìn)行荷載時(shí)產(chǎn)生的位移增量的2倍；

（6）錨索張拉過程中材料出現(xiàn)拉斷。

4.8 數(shù)據(jù)記錄

錨索施工的張拉試驗(yàn)應(yīng)根據(jù)循環(huán)加卸荷載等級(jí)與位移觀測表實(shí)施，每增加荷載后至少5 min后進(jìn)行觀測，在觀測的時(shí)間段內(nèi)，測讀的錨頭位移次數(shù)不少于2次。錨頭的位移量不超過0.1 mm時(shí)，再施加下一級(jí)荷載，否則會(huì)加長觀測時(shí)間。錨頭的位移量在2 h時(shí)間內(nèi)小于2.0 mm時(shí)，方可施加下一級(jí)荷載，應(yīng)同步記錄錨索每級(jí)荷載時(shí)對(duì)應(yīng)的伸長量[3]。

5 數(shù)據(jù)整理及討論

5.1 繪制荷載與位移曲線

根據(jù)錨索抗拔試驗(yàn)結(jié)果，按照荷載對(duì)應(yīng)的錨頭位移列表進(jìn)行整理，繪制錨索荷載-位移（P-S）曲線圖、錨索-彈性（塑性）位移（P-Se、Sp）曲線圖。

試-1荷載位移P-S曲線如圖1所示，試-1荷載-彈性、塑性位移如圖2所示。

圖1 試-1荷載位移P-S曲線

圖2 試-1荷載-彈性、塑性位移

5.2 討論

5.2.1 錨索極限荷載力確定

本次拉拔試驗(yàn)中，6孔試驗(yàn)孔加載至錨索索體承載力標(biāo)準(zhǔn)值的80%時(shí)仍未破壞，錨索的極限荷載力取最大試驗(yàn)荷載，即錨索極限荷載力1 041.6 kN。

5.2.2 巖層與錨固黏結(jié)強(qiáng)度

通過試驗(yàn)取得的錨索極限荷載，計(jì)算巖層與砂漿錨固體間的極限抗剪強(qiáng)度，巖層與砂漿錨固體的極限抗剪強(qiáng)度大于設(shè)計(jì)要求強(qiáng)度1.00 MPa。

5.2.3 錨索的安全系數(shù)

通過極限抗剪強(qiáng)度，計(jì)算設(shè)計(jì)錨索極限荷載是否滿足錨固工程穩(wěn)定、安全的需要，永久錨桿（錨索）最小安全系數(shù)為2.2。

（1）錨固段8 m，設(shè)計(jì)孔徑130 mm，施加預(yù)應(yīng)力N1為880 kN，巖層與砂漿錨固體間極限破壞荷載為3 330.91 kN。安全系數(shù)K1為3.7。由于3.7＞2.2，故設(shè)計(jì)參數(shù)滿足錨固工程穩(wěn)定、安全的需求。

（2）錨固段7 m，設(shè)計(jì)孔徑130 mm，施加預(yù)應(yīng)力N1為880 kN，巖層與砂漿錨固體間極限破壞荷載為2 914.55 kN。安全系數(shù)K2=3.3。由于3.3＞2.2，故設(shè)計(jì)參數(shù)滿足錨固工程穩(wěn)定、安全的需求。

6 結(jié)語

綜上所述，錨索拉拔試驗(yàn)為多循環(huán)加載卸載過程，操作與記錄較為煩瑣，現(xiàn)場管理人員及操作人員在試驗(yàn)過程中須細(xì)心謹(jǐn)慎，順利完成錨索試驗(yàn)。在拉拔試驗(yàn)中，錨墊板安裝決定了試驗(yàn)?zāi)芊癯晒?，在錨墊板安裝前，須對(duì)試驗(yàn)孔巖面進(jìn)行找平，且鑿至穩(wěn)固巖層。建議采用20 mm厚的割孔鋼板作為錨墊板，采用錨桿將鋼墊板固定在巖面，確保鋼板緊貼巖面、鋼絞線順直穿出。