錨索結合非預應力錨桿在巖石邊坡加固中應用

葉 忠

1 工程概況

長嶺南路公路場區位于貴陽巖溶盆地西北面,地貌單元屬于溶蝕殘丘地貌,最大高差32.43 m。所處地層為三疊系中統松子坎組地層(T2sz2),巖性為灰白色、灰黃色薄層狀白云巖局部夾泥化層,地層分布連續。基巖為三疊系中統松子坎組地層(T2sz2),巖性為灰白色、灰黃色薄層狀白云巖局部夾泥化層。層理清晰,層面較平整,由鉆探揭露,邊坡由雜填土及中風化白云巖構成。邊坡區巖體節理裂隙十分發育,兩組節理裂隙組合破裂面中有多組組合破裂面與坡面一致或近似一致,形成巖質邊坡區巖體可能沿這些組合破裂面產生滑移、崩塌。

2 加固方案的選擇

各段加固方案如下:1)K0+380～K0+480右側邊坡:巖層產狀80°∠27°,邊坡產狀 83°∠73°,邊坡區節理裂隙①65°∠64°及②162°∠53°,易沿巖層面滑動。開挖高度為5.4 m～14.5 m,為巖石順向邊坡。其上部出現相對危險的滑裂帶,邊坡已處于蠕動變形階段,設計采用錨索格構掛網噴漿支護加固,開挖坡度60°。2)K1+320～ K1+440 右側邊坡:巖層產狀 60°∠25°,邊坡產狀 67°∠73°,邊坡區節理裂隙①42°∠61°及②147°∠56°,易沿巖層面滑動。開挖高度為2.8 m～5.6 m,為巖石順向邊坡。其上部出現相對危險的滑裂帶,邊坡已處于蠕動變形階段,設計采用錨索格構掛網噴漿支護加固,設計開挖坡度76°。3)K1+060～K1+280左側邊坡:巖層產狀 60°∠25°,邊坡產狀 266°∠73°,邊坡區節理裂隙①205°∠54°及②102°∠68°,易沿節理 205°∠54°滑動。 邊坡處于臨界穩定狀態,不會發生深度滑坡,設計采用錨桿掛網噴漿支護加固。

對開挖面近距離的建筑物(K1+320～K1+400段右側邊坡距邊坡坡頂線2 m～8 m為水電八局基地職工住房、K1+060～K1+280左側邊坡坡頂線3.7 m左右為貴州交通技術職業學院圖書館)的保護設計采用開挖前用鋼管樁先對坡體進行加固處理,在本文不對鋼管樁支護方案進行敘述。

整個邊坡坡面采取掛網噴漿,噴射混凝土C20,噴射厚度120 mm,坡面按2.0 m×2.0 m設置泄水孔,泄水孔孔徑為100 mm,長度為0.5 m,泄水孔傾角不得小于10°,泄水孔向坡腳傾斜。

3 設計參數

邊坡安全等級為一級,邊坡工程重要性系數γ0=1.1,錨固體與地層粘結工作系數ξ2=1.0,錨索抗拉工作條件系數ξ2=0.69,錨索與砂漿粘結強度工作系數ξ3=0.6,荷載分項系數 γQ=1.3,強風化巖石與錨固體粘結強度特征值 frb=130 kPa,中風化巖石與錨固體粘結強度特征值 frb=380 kPa。邊坡頂部房屋按每層荷載15 kPa,校區公路荷載30 kPa。

錨索鉆孔直徑均為130 mm,錨桿鉆孔在K1+060～K1+200段直徑為110 mm,其余段錨桿鉆孔直徑為80 mm,傾角均為 20°,錨索鉆孔灌注M35水泥砂漿,錨桿鉆孔灌注M25水泥砂漿;網筋φ 8@200×200,噴射混凝土C20,噴射厚度為120 mm。

4 施工要點

4.1 錨索施工

1)根據地勢,大型機械設備上不到施工工作面,因此,在選擇動力設備時,選擇21 m3空氣壓縮機,采用沖擊成孔。鉆孔機械選用 1臺 YQ-100B和2臺YQ-100D。由于部分錨孔有淤泥、松散碎石土,成孔困難或成孔后淤泥縮孔、碎石掉塊,錨索不能放入,此類孔采用跟套管成孔,套管采用φ 150套管,跟進采用偏芯釬頭沖擊管靴帶動套管跟進,拔出采用液壓拔管機。由于地形起伏較大,為確保框格梁順直,挖槽的深度深淺不一,因此,放線后先挖基槽,然后再準確確定錨索孔位。鉆孔要求終孔孔徑不小于150 mm,孔位誤差不大于10 cm,傾角誤差不大于3°。錨孔深度=錨索長度-錨索在框格梁中的斜長-張拉段長度+0.5 m。2)鋼絞線下料長度=錨固段長度+自由段長度+張拉段長度。下料長度誤差不超過5 cm,本工程張拉段長度為2.0 m。鋼絞線除銹后順直地放在組裝臺上,鋼絞線按順序排列組裝,注漿管置于錨索中間,錨固段每隔1 m安裝1個擴張環和緊箍環,使錨固段呈棗核狀,錨索前加導向帽。錨索組裝好后,掛牌編號堆放待用,錨索組裝如圖1所示。3)錨索體總長度、錨固段長度、張拉段長度都必須核實,錨固段作油漬、污物清除處理。鋼絞線規整、順暢,分離架固定牢固,自由段波紋管連接處涂黃油以防滲漿,內端頭用黃油棉堵塞,長度不小于15 cm,并用鐵絲固定。波紋管表面無碰凹或變形現象,經嚴格檢驗合格,方能下索。4)錨固段的注漿:錨索放入后原則上要求立即注漿,防止有未洗凈的巖屑或泥漿沉積在錨固段上,注漿采用P.O42.5號水泥水灰比為 1∶0.38,注漿時,待漿液從孔口溢出時,便邊注漿邊拔注漿管,拔管速度要以孔口有漿液連續溢出為準,防止孔內漿液不飽滿。5)框格梁混凝土:格構梁施工縱向筋在錨索鉆孔兩邊各0.5 m箍筋加密,間距為100 mm。注漿完成后,清理基槽。6)預應力筋張拉前,應對張拉設備進行核定。并檢查承壓板后面的混凝土質量,如該處混凝土有空鼓現象,應在張拉前進行修補。

4.2 錨桿施工

在邊坡治理施工中,施工順序相當關鍵,如果施工順序不合適,往往會造成工期延誤、人力和財力浪費,嚴重的會影響施工質量,造成不必要的損失。錨桿施工按下列順序施工進行:支護結構施工前,應先排除邊坡坡面松動危石等,按設計要求開挖工作面,修整邊坡,埋設噴射混凝土厚度控制標志;支護分段自上而下施工,每施工段長度控制在15.0 m以內,噴射第一層混凝土;鉆孔安設錨桿、注漿,安設連接體;施加預應力;綁扎鋼筋網,噴射第二層混凝土;設置坡頂、坡面和坡腳的排水系統。

錨桿鉆孔直徑為80 mm,傾角均為20°,水泥砂漿M25。鉆孔施工前應嚴格定位定向,孔距偏差不大于100 mm;偏斜度不大于5%;孔深偏差不大于50 mm;孔徑偏差不大于5 mm;鉆孔深度比設計孔深0.5 m,一次灌漿壓力宜控制在0.6 MPa～2.0 MPa之間。土石方開挖應分層分段開挖,每段長度不得大于15 m,每次開挖深度不得大于2.5 m,且須待上部支護結構完成。

4.3 施工中的質量控制

1)鉆孔。鉆孔孔位、方位角、傾角嚴格根據設計要求,由現場技術人員指導定鉆,并由甲方工地代表核準后開鉆。鉆孔完成后,采用3寸塑料管吹孔,并用吹管測量孔深,滿足設計要求后,由甲乙工地代表核準后下錨(桿)索。2)注漿。嚴格控制漿液水灰比,采用立式攪拌機拌漿,并在攪拌筒中標示水位標尺,以嚴格控制水加入量。3)坡表變形監測。邊坡水平位移使用長距離測量的精密水準儀和進行角度測量的經緯儀,邊坡垂直位移采用精密水準儀。邊坡坡面變形監測應規劃成網。網點觀測標志采用鋼筋混凝土觀測標墩。標墩的設置應遠離邊坡開挖爆破影響范圍以外,標墩基礎澆筑在新鮮基巖上。4)預應力錨索的受力監測。錨索的受力通常采用在錨墩處設置測力裝置的方法來監測。測力計安裝在孔口底板上,應與孔軸垂直,偏斜小于0.5°,偏心不大于5 mm。測力計安裝就位后,安裝張拉前,準確測得初始值和環境溫度,反復測讀,二次讀數差小于1%(F·S),取其平均值作為觀測基準點。錨索與工作錨索的張拉程序相同,分級加荷張拉,逐級進行張拉觀測。一般連續三次讀數差小于1%(F·S)為穩定。張拉結束后,進行鎖定后的穩定觀測。

錨索測力計應均勻布置,在每區應至少布置一根錨索進行觀測,在邊坡最不利位置(即邊坡最高段)應加大觀測密度。

5 結語

本工程地形大部分為巖溶盆地,屬于溶蝕殘丘地貌,為貴州典型邊坡的地貌地形。該工程全面竣工后經歷了多次風雨的考驗,監測結果表明預應力錨索和非預應力錨桿結合應用成功,既加快工程進度又保證了邊坡的穩定,對類似工程有一定的參考價值。