預應力錨索施工技術(shù)在公路邊坡防護中的應用

羅栩　歐小祥　付慧建

摘要 預應力錨索防護具有施工工藝簡單、支護效果好、施工成本低等優(yōu)勢，常作為高速公路邊坡防護與滑坡治理中的有效防護方式。通過工程實例，分析預應力錨索施工工藝流程及要點，對邊坡錨索進行了拉拔性能試驗和穩(wěn)定性監(jiān)測。結(jié)果表明：預應力錨索施工后錨索的抗拔力滿足設計要求和施工規(guī)范要求，錨索張拉效果良好，邊坡無位移形變，取得了良好的防護效果。

關(guān)鍵詞 預應力錨索；高速公路；邊坡防護；施工技術(shù)

中圖分類號 TU753文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2024）10-0102-03

0 引言

在高速公路邊坡防護中，由于受降水、地層等因素影響，經(jīng)常出現(xiàn)邊坡滑塌現(xiàn)象，主要原因為邊坡防護方案不合理、未嚴格按照規(guī)范進行支護施工等。預應力錨索能有效避免地層的滑移，增大預應力，可以提高邊坡的穩(wěn)定性[1]，廣泛應用于公路高邊坡施工和滑坡病害處置。某工程項目合同段內(nèi)存在多處高邊坡路段，主要采用加固措施為預應力錨索框架梁。該文通過對預應力錨索施工技術(shù)進行分析，以期為高速公路邊坡防護工程提供相關(guān)技術(shù)參考。

1 工程概況

某項目所屬區(qū)域為亞熱帶季風濕潤氣候，雨量充沛，多年平均降水量為1 412.2 mm。經(jīng)綜合勘探和測試工程地質(zhì)條件表明，該區(qū)域的邊坡地層主要為粉質(zhì)黏土、泥質(zhì)粉砂巖、砂巖、炭質(zhì)頁巖和礫巖等。該項目K983+170處為邊坡段，坡形較為完整，左線坡度為430，右線坡度為510；該邊坡坡頂高程為44 m，擬設計為五級邊坡，邊坡分級高度為8.5 m；一級及二級邊坡的坡率設計為1∶1，三級至五級邊坡的坡率設計為1∶1.25；邊坡防護施工總土方開挖量約為5 745 m3，邊坡防護形式擬采用錨索框架梁和錨桿框架梁。

2 施工工藝流程

錨索主要施工工序為：測放孔位—鉆孔—錨索制作與安裝—注漿—張拉—封錨。錨索框架梁的具體施工工藝流程如圖1所示。

2.1 測放孔位

邊坡施工應遵循邊開挖邊支護的原則，不得一次開挖到底。采用全站儀在坡面上測放錨孔位置，設置固定樁；按設計間距進行加密，測定的孔位點埋設標志；采用鋼卷尺在施工放樣時復核，孔位誤差不得超過50 mm。

2.2 鉆孔

鉆孔設備應根據(jù)錨固地層的類別、孔深、孔徑及現(xiàn)場施工條件合理選擇，鉆孔深度應符合設計要求。鉆孔作業(yè)時，應邊鉆孔邊用高壓風吹盡孔內(nèi)巖粉，做好鉆進情況及吹出巖粉施工記錄。錨孔達到設計深度后，應穩(wěn)鉆1～2 min，防止孔底坍塌、未達到設計孔徑的情況。為確保錨孔深度滿足要求，實際鉆孔深度應大于設計深度20～30 cm[2]，成孔應采用棉絮堵塞以防止落物，并做好顯著標記。應控制鉆孔角度，方位誤差不應超過±2 °，傾角誤差不應超過±1 °。鉆進時應采用干鉆，不可開水沖鉆，以保證孔壁的黏結(jié)性能。根據(jù)邊坡地層條件和鉆機性能控制鉆孔速度，防止鉆孔扭曲、變徑及傾斜。為防止孔內(nèi)水體黏滯，完成鉆孔后應及時清孔，一般采用風壓為0.2～0.4 MPa的高壓空氣清除孔中積水及巖粉。如出現(xiàn)塌孔，清理孔渣后方可繼續(xù)鉆孔。

2.3 錨索制作與安裝

（1）錨桿為12 m，錨桿主筋為32 mm，桿身設Φ8 mm定位鋼筋。桿體入孔前，應檢查是否平直并除銹、除油；放入時防止桿體扭壓、彎曲，注漿管隨錨桿一同放入鉆孔；錨桿外露30 cm，以便與錨具連接，錨桿鋼筋的長度應增加20 cm，注漿管頭部距孔底為20 cm[3]。

（2）錨索采用6束高強度、低松弛的預應力鋼鉸線，公稱直徑Φ15.24 mm，設計標準抗拉強度1 860 MPa，采用OVM15-6型錨具成套。錨索及錨固長度根據(jù)設計確定，長度誤差應控制在±50 mm；應使用砂輪機切割鋼絞線，并確認不存在嚴重銹蝕、死彎、損傷及電燒傷等問題；編束前應做好污漬清潔、表面除銹、涂刷防腐、涂料防銹等工作。

（3）錨固段布設隔離架應保持1.5～2 m間距，防止鋼絞線相互纏繞，同時設置孔徑為6 mm的梅花形注漿孔，孔間距應設置為20 cm。錨索入孔前，應使用高壓風清除孔底沉渣；在錨索頭部施加開孔導向頭，人工緩慢地將錨索放入孔內(nèi)，放置過程應均勻用力，防止錨索出現(xiàn)扭曲；錨索安放后應預埋排氣孔，預留注漿塞。為保證錨索安裝質(zhì)量，固定錨索時可通過緩慢扭轉(zhuǎn)的方式校正偏差。

2.4 注漿

錨桿孔內(nèi)注漿壓力為0.2～0.4 MPa，采用孔底注漿法，注漿深度不小于潛在滑動面以下0.5 m[4]，一次注漿應與錨桿注漿相同。壓注M30水泥砂漿，使用P.042.5級普通硅酸鹽水泥，其水灰比為0.40～0.45。注漿應使用活塞式壓漿泵，水泥漿即拌即用，不得超過水泥的初凝時間；壓漿所用注漿管應與錨筋體綁扎牢固，保持通暢，注漿管頭距錨筋體末端為5～10 cm。當錨孔口有漿液溢出，且水泥漿面穩(wěn)定時間不小于5 min時，則可停止注漿。注漿結(jié)束后，孔口若出現(xiàn)漿液回落，則應在30 min內(nèi)補漿，直至注滿。注漿應做好記錄，補漿次數(shù)不宜超過3次。錨索安裝與注漿的時間間隔不得超過24 h。

2.5 張拉

（1）張拉前必須重新標定、調(diào)校機具及儀器，錨墩混凝土及砂漿達到設計強度后方可進行錨索張拉。錨索與鋼質(zhì)承載板采用夾片連接，其單根連結(jié)強度不得低于200 kN。應確保錨具與錨墊板及千斤頂位置對中、緊密貼合，千斤頂軸線應與錨索處于同一軸線水平，以提高承載力的均勻性，出現(xiàn)偏差可采用2.0 cm厚度的鋼墊片進行調(diào)節(jié)。

（2）為使鋼鉸線受力均勻，成束張拉前，應確保錨索體順布平直。正式張拉前，應采用小千斤頂按設計張拉值的10%～20%，對鋼鉸線開展1～2次張拉，確保鋼鉸線平順及均勻受力，使錨索各個部位接觸緊密，按設計張拉值進行張拉鎖定。

（3）各單元錨索預應力值因錨索長度不同而有所差異，故應對各單元采用差異分布的方式施加差異荷載，待各單元錨索彈性伸長差得到補償后，再進行張拉施工。每次張拉應分級進行，緩慢施加速率逐級加載張拉力，油壓泵加壓速率宜控制為0.1 MPa/s，預應力速率應控制為0.1 m/min。完成第一級張拉后，應穩(wěn)定20～30 min，確保預應力、張拉力穩(wěn)定，其余的每級張拉力穩(wěn)定時間應為2～5 min，卸載速率應控制為0.2 m/min。張拉時鋼絞線受力應均勻，錨索鎖定拉力為0.75倍的設計拉力。

2.6 封錨

將錨索鎖定48 h，在封錨期間根據(jù)錨索測力計觀察預應力損失情況。若預應力損失不超過設計張拉力10%時，則應重新張拉鎖定；預應力損失超過設計張拉力10%時，應分析原因采取相應的工程處理措施。封錨時不可切除有預應力監(jiān)測要求的鋼絞線，采用手提砂輪機切割距離錨具10 cm外的多余鋼鉸線，嚴禁使用電弧燒割。對錨頭及錨墊板間的部分空隙，采用水泥漿灌注填滿，使用強度等級為C30的混凝土對外露鋼筋錨桿進行封錨，封錨混凝土厚度不得小于100 mm。

3 預應力錨索加固邊坡施工效果分析

3.1 錨索拉拔性能試驗

依據(jù)《公路工程質(zhì)量檢驗評定標準》《錨桿錨固質(zhì)量無損檢測技術(shù)規(guī)程》相關(guān)規(guī)定，選取路基左右側(cè)各兩個點進行邊坡錨索預應力檢測。檢測方法：邊坡鉆錨固孔，放入束體，固定束體下端，制作外錨頭并適當加長待測錨索，安裝待測錨索。錨索口部應采用砂漿抹平，錨索尾部支放承壓墊板，測量位移儀器及千斤頂安裝在待測錨索上，使千斤頂內(nèi)缸與錨索外端固定。采用手動油壓泵分級加荷，加載時應勻速、逐級加荷至預應力設計值的0.50倍、0.75倍、1.00倍[5]。荷載每增加一級，均應穩(wěn)定5～10 min，并讀取抗拔力值，記錄位移；若位移量超過1 mm，則該等級荷載應繼續(xù)穩(wěn)定50 min，并分別于15 min、20 min、25 min、30 min、45 min、60 min時記錄其位移量，最后卸荷至起始荷載，記錄其殘余位移量；加荷至最大試驗荷載，位移穩(wěn)定后卸荷至0.1倍抗拔力設計值，然后加荷至鎖定荷載進行鎖定，得到荷載-位移（P-S）曲線。

對錨索進行拉拔試驗，按檢測方法逐級、勻速加荷觀測，觀察錨索工作狀態(tài)并記錄錨索位移值，得到抗拔力的檢測結(jié)果如圖2所示，荷載-位移（P-S）曲線結(jié)果如圖3所示。

圖2表明，邊坡錨索位移量均不大于1.02 mm，可視為錨索伸長量，說明錨索未發(fā)生明顯位移；錨索抗拔力檢測值均大于320 kN，說明錨索穩(wěn)固效果良好，抗拔力滿足設計及規(guī)范要求。

圖3表明，拉拔力達到250 kN前錨索P-S曲線斜率較為穩(wěn)定；位移量緩慢均勻增加至0.5 mm，繼續(xù)加大拉拔力值，位移量明顯增加，迅速由0.5 mm增加至1 mm；拉拔力卸載后，位移量恢復至0.5 mm，說明張拉后錨索工作狀態(tài)良好，錨索在拉拔力作用下的伸長率符合規(guī)定標準，抗拔力滿足設計及規(guī)范要求。

3.2 邊坡穩(wěn)定情況

錨索完成后，在邊坡馬道、坡面及坡頂?shù)淖笥覂蓚?cè)共設置10個位移觀測點，實施邊坡穩(wěn)定性監(jiān)測。水平監(jiān)測采用全站儀坐標法，垂直監(jiān)測采用精密水準測量法。施工期間監(jiān)測頻率分別為3 d/次、7 d/次，施工結(jié)束后監(jiān)測頻率分別為7 d/次、14 d/次。經(jīng)52次監(jiān)測，統(tǒng)計結(jié)果如表1所示：

表1表明，邊坡最大單次水平位移量為3 mm，最大垂直單次位移量為3.5 mm，最大累計水平位移量為18 mm，最大累計垂直位移量為16 mm，水平位移及垂直位移量均較小。同時，監(jiān)測過程中邊坡未出現(xiàn)坡面裂縫，說明錨索已發(fā)揮錨固及支護作用，邊坡穩(wěn)定性良好。

4 結(jié)束語

通過工程實例對錨索實施拉拔性能試驗及邊坡位移觀測，監(jiān)測數(shù)據(jù)結(jié)果表明，對存在安全隱患的邊坡采用預應力錨索進行加固后，錨索抗拔力達到穩(wěn)固要求，邊坡不會發(fā)生明顯位移，具有較好的穩(wěn)定性能。施工單位應熟悉了解預應力錨索施工相關(guān)技術(shù)規(guī)范，熟練掌握施工工藝流程及各環(huán)節(jié)施工技術(shù)要點，嚴格按照設計要求及施工規(guī)范操作，從而提高預應力錨索框架梁施工質(zhì)量，保障邊坡的穩(wěn)定。

參考文獻

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