公路施工中高邊坡預(yù)應(yīng)力錨索施工技術(shù)研究

鄭開涌

（上饒市廣信公路事業(yè)發(fā)展中心，江西 上饒 334000）

0 引言

在公路施工中，尤其是在山區(qū)公路施工中，經(jīng)常遇到高邊坡，需要采用合理有效的高邊坡防護(hù)技術(shù)。預(yù)應(yīng)力錨索施工技術(shù)憑借出色的防護(hù)效果在公路高邊坡防護(hù)中得到了廣泛應(yīng)用，但作為一項(xiàng)復(fù)雜的高邊坡防護(hù)技術(shù)，為了發(fā)揮理想的作用效果，有必要結(jié)合工程實(shí)際情況，對(duì)其應(yīng)用進(jìn)行深入分析和探討，以此明確具體的施工工藝。

1 工程概況

某公路工程標(biāo)段總長(zhǎng)約10.58km，沿線以低山地貌為主，相對(duì)高差可以達(dá)到75～150m，導(dǎo)致路塹邊坡高度較大，沿線內(nèi)高度最大的路塹邊坡可以達(dá)到58m左右。大部分邊坡都有四級(jí)及以上坡面，根據(jù)邊坡地形、地質(zhì)條件設(shè)計(jì)采用預(yù)應(yīng)力錨索施工技術(shù)進(jìn)行邊坡防護(hù)，是整個(gè)沿線施工中的重難點(diǎn)所在。該標(biāo)段邊坡防護(hù)所用的錨索以壓力分散型為主，包含三個(gè)單元錨索，錨孔的設(shè)計(jì)孔徑為150mm。

2 施工工藝

2.1 施工工藝流程

該標(biāo)段高邊坡預(yù)應(yīng)力錨索施工需按照以下施工工藝流程進(jìn)行：基本試驗(yàn)—監(jiān)理與設(shè)計(jì)驗(yàn)證，當(dāng)不滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)需進(jìn)行設(shè)計(jì)變更，滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)方可開始下一步施工—錨孔施工—錨索制安—錨索長(zhǎng)度檢測(cè)—錨孔注漿—框架梁施工—錨索驗(yàn)收試驗(yàn)—錨索張拉—切割封錨—高邊坡監(jiān)測(cè)。

2.2 施工工藝方法

2.2.1 錨孔施工

在錨孔放樣過程中，需根據(jù)施工設(shè)計(jì)圖做好定位，邊坡表面的孔位偏差不能超出±50mm。當(dāng)刷方坡面未能達(dá)到平順或存在特殊場(chǎng)地條件時(shí)，需要在得到設(shè)計(jì)與監(jiān)理部門的認(rèn)可，且不影響坡體穩(wěn)定性與結(jié)構(gòu)安全性的基礎(chǔ)上，對(duì)定位精度予以適當(dāng)放寬，或?qū)﹀^孔定位進(jìn)行調(diào)整。錨孔鉆進(jìn)施工完成后，理論上要采用壓縮氣體清理錨孔中的巖粉與水體，以防對(duì)孔壁和砂漿之間的黏結(jié)造成不利影響。除了完整且堅(jiān)硬的巖體不可使用高壓水沖洗。當(dāng)錨孔中存在承壓水時(shí)，在水壓和水量都明顯變小后，才能開始錨索安裝及注漿，并在必要的情況下于周圍適當(dāng)位置增設(shè)排水孔。當(dāng)設(shè)計(jì)要求對(duì)孔中積聚的水體進(jìn)行處理時(shí)，可通過二次鉆進(jìn)與灌漿封堵處理[1]。鉆孔時(shí)，可能發(fā)生地層裂隙的現(xiàn)象，對(duì)此要增加清孔次數(shù)，保證錨孔干凈，以免對(duì)注漿后的錨固能力造成不利影響。

2.2.2 錨索制安

在錨索編束開始前，應(yīng)確保所有鋼絞線順直，沒有扭曲與交叉的情況。鋼絞線下料應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行，將每股長(zhǎng)度的誤差控制在±50mm 以內(nèi)。對(duì)鋼絞線進(jìn)行切割時(shí)，需采用專門的機(jī)械，不可采用電弧切割方法。對(duì)于自由段長(zhǎng)度，除了符合設(shè)計(jì)要求，還要充分考慮現(xiàn)場(chǎng)的施工要求及現(xiàn)有的張拉設(shè)備，通常將預(yù)留張拉長(zhǎng)度控制在1.0～1.5m 范圍內(nèi)。錨固段承載體和擠壓套通過對(duì)拉栓接相連，對(duì)每個(gè)鋼質(zhì)材料的外部都要做好防銹處理。在施工過程中，應(yīng)對(duì)擠壓套所用的擠壓工藝予以嚴(yán)格控制，同時(shí)按總量的3%實(shí)施抽樣檢測(cè)，以保證每根錨索的擠壓強(qiáng)度都達(dá)到200kN 以上[2]。在自由段和錨固段均需按照1.0m 的間隔距離設(shè)置架線環(huán)，材料強(qiáng)度應(yīng)略大于漿液的強(qiáng)度。在錨索的底端還應(yīng)連接并安裝導(dǎo)向帽，尺寸按照設(shè)計(jì)要求確定，將誤差控制在±5mm 以內(nèi)。使用鐵絲將錨索綁扎到位，不可焊接。注漿管的強(qiáng)度要符合設(shè)計(jì)要求，確保注漿順利完成，防止破損、堵塞或發(fā)生爆管。通常將注漿管固定在錨筋體中軸處，頂端與錨索體末端之間的距離控制在50～100mm。如果需要進(jìn)行二次注漿，應(yīng)另外設(shè)置注漿管。在管口處，使用膠布進(jìn)行封堵，同時(shí)根據(jù)設(shè)計(jì)要求設(shè)置好孔眼，并在合適位置放置止?jié){裝置。將錨索體制作好以后，應(yīng)立即開始外觀檢驗(yàn)，檢查錨索體的每個(gè)部件。錨索編束綁扎和排列分布必須滿足設(shè)計(jì)要求，不能存在扭曲、交叉和相互貼接，為每根單元錨索分別編號(hào)掛牌，確保之后的分步差異張拉得以順利完成。在正式安裝錨索體之前，應(yīng)先準(zhǔn)確量測(cè)并記錄錨索的實(shí)際長(zhǎng)度，確認(rèn)是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求，計(jì)算驗(yàn)收合格率。在錨索入孔過程中，應(yīng)做到平順推送，不可抖動(dòng)或發(fā)生扭轉(zhuǎn)，以免中途散束或發(fā)生卡阻。將錨索安裝到位后，不可敲擊和懸掛任何重物。

2.2.3 錨索長(zhǎng)度檢測(cè)

為了使錨索質(zhì)量達(dá)到要求，需成立專門的檢測(cè)小組負(fù)責(zé)檢測(cè)并驗(yàn)收錨索的實(shí)際長(zhǎng)度與抗拔力。將錨索安裝到位后，必須在張拉開始前做好長(zhǎng)度檢測(cè)。在長(zhǎng)度檢測(cè)過程中，可將單級(jí)坡面或其所有錨孔作為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)批次，將該批次所有錨孔的錨索均安裝到位后，填寫并上交長(zhǎng)度檢測(cè)申請(qǐng)，同時(shí)附帶立面圖與斷面圖。在檢測(cè)小組的工作人員接收到申請(qǐng)之后，需要在10d 之內(nèi)到達(dá)施工現(xiàn)場(chǎng)，按照要求的頻率開始檢測(cè)（長(zhǎng)度檢測(cè)的數(shù)量通常為總數(shù)的5%）[3]。在檢測(cè)過程中，各參與方的代表必須在場(chǎng)。長(zhǎng)度檢測(cè)完成前，不可開始錨頭張拉。

2.2.4 錨孔注漿

錨孔注漿的材料與水泥凈漿為主，強(qiáng)度需達(dá)到40MPa 以上。在注漿施工開始前，要對(duì)原材料的質(zhì)量做嚴(yán)格控制，包括水泥與各類外加劑。在制漿過程中，做好水灰比的控制，使注漿完成后達(dá)到要求的漿液強(qiáng)度，避免原材料問題對(duì)錨固力造成影響。漿液攪拌必須嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)的配合比進(jìn)行，并做到隨拌隨用。漿液盡量在達(dá)到初凝之前使用完畢，避免漿液中混入其他雜物。錨孔注漿的方法以孔底返漿為宜，注漿結(jié)束的標(biāo)準(zhǔn)為孔口溢出稠度與原漿相同的漿液。當(dāng)孔口處的漿液面發(fā)生回落時(shí)，需要在30min 之內(nèi)完成補(bǔ)漿，直到孔口處的漿液達(dá)到飽滿。當(dāng)注漿中途停止時(shí)，需要在重新作業(yè)開始前，用水或漿液對(duì)注漿泵及其管路進(jìn)行潤(rùn)滑。注漿時(shí)做好各項(xiàng)記錄，所有批次的漿液都要經(jīng)過試驗(yàn)確定強(qiáng)度能否達(dá)到要求，試驗(yàn)組數(shù)應(yīng)達(dá)到兩組以上[4]。

錨孔注漿時(shí)，如果地層有裂隙存在，需要在壓漿時(shí)做好漿液的飽滿度檢測(cè)及控制，通過適當(dāng)補(bǔ)漿，避免漿液通過裂隙大量流失，對(duì)壓漿完成后的飽滿度和強(qiáng)度造成不利影響。

2.2.5 錨索驗(yàn)收試驗(yàn)與錨索張拉

待錨孔中的漿液齡期達(dá)到28d，同時(shí)框架梁施工結(jié)束，混凝土的實(shí)際強(qiáng)度不低于設(shè)計(jì)要求后，方可開始對(duì)錨索的抗拔力實(shí)施驗(yàn)收試驗(yàn)。由監(jiān)理單位完成一個(gè)批次的試驗(yàn)驗(yàn)收并確認(rèn)達(dá)到合格標(biāo)準(zhǔn)后，填寫抽檢申請(qǐng)，同時(shí)附帶立面圖與斷面圖。在檢測(cè)小組的工作人員接收申請(qǐng)后，需要在3d 以內(nèi)到達(dá)施工現(xiàn)場(chǎng)，按照要求的頻率進(jìn)行抽檢。在驗(yàn)收試驗(yàn)過程中要分級(jí)加荷，將錨索設(shè)計(jì)荷載的30%作為起始荷載，然后按照設(shè)計(jì)荷載的50%、75%、100%、120%、133%與150%進(jìn)行分級(jí)加荷，對(duì)于最大試驗(yàn)荷載，按照錨索自身承載力標(biāo)準(zhǔn)值的80%控制?？紤]到該工程所用錨索主要為壓力分散型，故以設(shè)計(jì)最大試驗(yàn)張拉荷載計(jì)算補(bǔ)足差異伸長(zhǎng)量后同步張拉到錨索設(shè)計(jì)荷載的30%作為起始荷載。若最大差異張拉荷載比設(shè)計(jì)荷載的30%略大，則可直接將最大差異張拉荷載作為起始荷載。在實(shí)際驗(yàn)收試驗(yàn)過程中，每增加一級(jí)分級(jí)荷載，都要持荷至少10min，并對(duì)位移讀數(shù)進(jìn)行記錄。若在持荷過程中位移達(dá)到1mm 以上，則需要繼續(xù)持荷50min，同時(shí)按照5min 的時(shí)間間隔對(duì)位移量進(jìn)行記錄[5]。試驗(yàn)時(shí)，荷載從設(shè)計(jì)值的50%增加至最大值的過程中，發(fā)生的總位移量需要超過自由段理論彈性伸長(zhǎng)量的80%，同時(shí)不能超過自由段和錨固段長(zhǎng)度一半之和的理論彈性伸長(zhǎng)量。

考慮到該工程所用錨索以壓力分散型為主，故錨固段的伸長(zhǎng)量可視為0，而自由段的伸長(zhǎng)量可針對(duì)不同單元根據(jù)實(shí)際全長(zhǎng)通過計(jì)算得出。根據(jù)相關(guān)工程實(shí)踐可知，對(duì)土質(zhì)地層而言，錨孔可能發(fā)生軸向壓縮與孔壁剪切變形現(xiàn)象，所以實(shí)測(cè)位移的最大值通常比理論值大5%～10%。當(dāng)試驗(yàn)結(jié)果符合以下要求時(shí)，視為合格：受最后一級(jí)荷載持續(xù)作用后，錨頭位移保持穩(wěn)定，在持荷時(shí)間內(nèi)實(shí)際觀測(cè)位移量在1mm 以內(nèi)，或在2h 內(nèi)蠕變量不超過2mm。當(dāng)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)有一處錨孔的錨索無法達(dá)到以上要求時(shí)，則需要進(jìn)行增加抽樣檢測(cè)，直到所有參與驗(yàn)收的錨索均符合以上要求。在發(fā)現(xiàn)錨索未能達(dá)到要求后，應(yīng)立即上報(bào)，并結(jié)合實(shí)際情況，通過調(diào)查確定導(dǎo)致錨索不合格的具體原因。隨即采取以下措施進(jìn)行處理：直接報(bào)廢或重新進(jìn)行安裝；減小錨固力后繼續(xù)使用；實(shí)施補(bǔ)救性張拉。在驗(yàn)收試驗(yàn)完成且滿足以上各項(xiàng)要求后，即可按照相關(guān)設(shè)計(jì)要求開始張拉鎖定與封錨。

錨索張拉需要在錨孔漿液齡期達(dá)到28d，且錨墩實(shí)際強(qiáng)度不低于設(shè)計(jì)要求的80%后開始。對(duì)于參與試驗(yàn)驗(yàn)收的錨索，需要在荷載降低到0 以后才能進(jìn)行張拉鎖定。張拉開始前要委托相關(guān)部門對(duì)張拉機(jī)具進(jìn)行檢查標(biāo)定，并對(duì)張拉數(shù)據(jù)進(jìn)行嚴(yán)格的換算，為現(xiàn)場(chǎng)張拉施工提供指導(dǎo)。在張拉過程中，臺(tái)座表面應(yīng)保持平整，如果不平整，要在張拉前進(jìn)行適當(dāng)?shù)蔫從ヌ幚?，同時(shí)和錨筋軸線方向保持垂直。對(duì)錨具的安裝要和錨墊板及千斤頂達(dá)到密貼對(duì)中，其軸線要和錨索體的軸線處于同一條直線，防止彎壓或偏折，保證承載均勻，以免在張拉時(shí)導(dǎo)致錨索被折斷。對(duì)于工程孔錨索，在張拉開始前需做好差異荷載計(jì)算，按照設(shè)計(jì)張拉荷載值的10%～20%預(yù)先進(jìn)行適當(dāng)張拉，促使各部位之間的接觸達(dá)到緊密，并確保鋼絞線完全平直。預(yù)張拉完成后方可開始差異張拉。對(duì)錨索施加的預(yù)應(yīng)力需要將差異荷載完全補(bǔ)足之后嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范的要求分級(jí)施加。該工程共分成五級(jí)施加，分別為設(shè)計(jì)荷載值的25%、設(shè)計(jì)荷載值的50%、設(shè)計(jì)荷載值的75%、設(shè)計(jì)荷載值的100% 與設(shè)計(jì)荷載值的110%。采用最后一級(jí)荷載進(jìn)行張拉時(shí)，要持荷適當(dāng)?shù)臅r(shí)間，然后進(jìn)行卸荷鎖定[6]。在完成鎖定之后的48h 內(nèi)，如果發(fā)現(xiàn)預(yù)應(yīng)力損失，應(yīng)立即開始補(bǔ)償張拉。張拉時(shí)做好各項(xiàng)記錄，當(dāng)發(fā)現(xiàn)錨固力較低或錨筋被拉斷時(shí)，應(yīng)立即上報(bào)各參與方，及時(shí)采取針對(duì)性的措施加以處理，保證最終的錨固效果。

2.2.6 切割封錨

將錨索張拉到位后，應(yīng)立即對(duì)錨頭進(jìn)行必要的補(bǔ)漿與封錨處理。在完成錨索的張拉與鎖定之后，需利用機(jī)械對(duì)外露的錨索進(jìn)行切割。此時(shí)要注意不可采用電弧切割的方法，同時(shí)要預(yù)留適當(dāng)?shù)耐饴堕L(zhǎng)度，以免發(fā)生拽滑。在外錨頭處要使用標(biāo)號(hào)和錨梁相同的混凝土制作封頭，防止發(fā)生銹蝕破壞。認(rèn)真做好空隙處的補(bǔ)漿，這是錨頭防腐的重要工序，必須引起相關(guān)人員的高度重視。對(duì)于錨筋直接外露的部分，需要在做好除銹后進(jìn)行封錨[7]。

2.2.7 高邊坡監(jiān)測(cè)

邊坡施工過程中的監(jiān)測(cè)以地表位移監(jiān)測(cè)為主，在必要的情況下可進(jìn)行深孔位移監(jiān)測(cè)。根據(jù)坡體變形數(shù)據(jù)對(duì)設(shè)計(jì)做必要的修正，并為現(xiàn)場(chǎng)施工提供正確的指導(dǎo)，保證施工安全，同時(shí)輔以檢驗(yàn)工程效果。運(yùn)營(yíng)過程中的監(jiān)測(cè)包括地表位移、地下位移、地下水位和錨索預(yù)應(yīng)力，監(jiān)測(cè)周期一般為從坡體開挖到建成運(yùn)營(yíng)之后2 年以上。對(duì)于復(fù)雜程度較高的高邊坡，要根據(jù)坡體變形情況適當(dāng)延長(zhǎng)。施工過程中的監(jiān)測(cè)頻率為：地表位移監(jiān)測(cè)每周進(jìn)行2～3 次，當(dāng)有明顯變形時(shí)每天進(jìn)行1 次，當(dāng)變形較為劇烈時(shí)繼續(xù)加密監(jiān)測(cè)；地下位移監(jiān)測(cè)每月進(jìn)行1～2 次，當(dāng)有明顯變形時(shí)每周進(jìn)行1～2 次，當(dāng)變形較為劇烈時(shí)每天進(jìn)行1 次；錨索預(yù)應(yīng)力監(jiān)測(cè)需要在張拉鎖定完成后的前兩個(gè)月每周進(jìn)行1 次，之后每月進(jìn)行2～3 次。運(yùn)營(yíng)過程中的監(jiān)測(cè)頻率為：理論上每月進(jìn)行1 次，當(dāng)遇到明顯變形或連續(xù)強(qiáng)降雨等情況時(shí)，要對(duì)監(jiān)測(cè)進(jìn)行適當(dāng)加密。在穩(wěn)定性相對(duì)較差的部位，需要對(duì)錨索、錨頭輔以液態(tài)防腐，并做好預(yù)應(yīng)力實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，結(jié)合預(yù)應(yīng)力損失狀況實(shí)施二次張拉。在深孔位移監(jiān)測(cè)的過程中，監(jiān)測(cè)斷面布置要嚴(yán)格按照邊坡高度、長(zhǎng)度和巖土體狀況進(jìn)行。在每個(gè)斷面上都要有2～3 孔，具體孔數(shù)根據(jù)實(shí)際情況確定和適當(dāng)調(diào)整，孔深則根據(jù)邊坡高度與地質(zhì)狀況確定，一般要達(dá)到15～40m，進(jìn)入穩(wěn)定地層至少2m。

3 結(jié)語

綜上所述，雖然預(yù)應(yīng)力錨索施工技術(shù)是一項(xiàng)復(fù)雜程度很高的邊坡防護(hù)技術(shù)，但只要合理確定施工工藝流程就能保證其防護(hù)作用得以充分發(fā)揮，達(dá)到理想的防護(hù)效果。對(duì)該高邊坡防護(hù)技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行了初步分析與總結(jié)，提出具體的施工工藝流程和方法，旨在為其他工程對(duì)這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用提供參考。