淺談邊坡錨固工程施工

冀麗麗

北運河新堤路路基工程施工主要以深挖高路塹為主,地質多為松散的弱風化巖層,節理很發育,不同程度的存在軟弱夾層,邊坡防護主要采用高強精軋螺紋鋼錨桿及壓力分散型錨索施工,以下就我在北運河新堤路工程的施工經驗做簡單介紹,可供參考。

1 鉆孔

修好邊坡后用全站儀精確放線,在邊坡上標出錨孔的位置,確定無誤后進行鉆孔,孔位誤差不得超過±2 cm,錨孔偏斜度不應超過5%,鉆孔過程中需要搭設一個穩固安全的操作平臺、鉆機就位時利用地質羅盤對傾角和方位角進行校驗無誤后才能開始,鉆桿與水平夾角為20°。鉆孔機具采用宣化DQ-100D潛孔沖擊式風動鉆機,鉆進采用無水干鉆,以確保鉆孔不至于惡化邊坡巖土工程地質條件和孔壁的粘結性能。鉆進達到設計深度之后,不能停鉆,要穩鉆1 min～2 min,確保孔底達到設計孔徑。鉆孔孔壁的沉渣及水體粘滯,使用高壓空氣(風壓 0.2 MPa～0.4 MPa)將孔內巖粉及水體全部清除出孔外,以免降低水泥砂漿與孔壁巖土體的粘結強度。

2 錨桿(索)的制安

采用φ32熱軋螺紋鋼筋錨桿,為使錨桿在安裝后處于鉆孔中心,錨桿主筋每隔1.2 m設置中架或隔離架,相鄰定位鋼筋夾角為120°。在本標段的錨桿施工中,采用了雙面焊接,焊接長度均達到5D以上,焊接時采用502系列電焊條,焊縫寬度、飽滿度滿足規范要求。根據設計圖紙要求,本標段錨索材料采用壓力分散型錨索φ15.24 mm,fpk=1 860 MPa的高強度、低松弛預應力無粘結鋼絞線。預應力錨索在加工前要準備好錨索制作的場地,首先應平整、硬化出一塊長度不小于30 m,寬度不小于2 m的場地進行下料、編索,以防止污染鋼絞線。鋼絞線的下料長度=錨索設計長度+錨索框梁厚度+張拉千斤頂長度+錨具厚度+張拉操作預留量。鋼絞線采用機械切割,鋼絞線按設計要求平直編排,沿錨索體軸線方向每1.5 m設置1個架線環,在錨固段范圍內設置3個鋼質承載體,承載體與錨索連接采用擠壓簧、擠壓套進行連接與錨固,最后將注漿管從中間穿過整個錨索。

3 錨孔灌注

根據設計要求,采用UBJ-1.8G型擠壓式灰漿泵,最大注漿壓力2.0 MPa,水泥砂漿要隨拌隨用,不得超過水泥的初凝時間。用漿采用孔底返漿法,注漿壓力在0.6 MPa～1.0 MPa左右,注漿管從孔底緩慢抽出,當孔口出現溢漿并將壓力保持在10 s以上,方可停止注漿。采用M30純水泥漿液,水灰比為0.38～0.45,壓漿所用的注漿管應與錨筋體牢固綁扎,保持通暢。注漿管頭距錨筋體末端宜為5 cm～10 cm。漿體未達到設計強度70%時,不得在錨筋端懸掛重物或碰撞外錨頭,達到設計強度80%時方可張拉。

4 張拉鎖定封錨

當錨索體漿液凝期達到15 d(加早強劑)～20 d和錨梁混凝土強度大于設計強度80%后方可進行張拉。為使框梁受力均勻,錨孔張拉順序宜在每個框梁單元對稱張拉。張拉作業前必須對張拉機具和儀器進行標定、調校,并換算出相應拉力時的油表讀數。錨具安裝應與錨墊板和千斤頂密貼對中,千斤頂軸線與錨孔及錨索體軸線在一條直線上,不得彎壓或偏折錨頭,確保承載均勻同軸,必要時用鋼質墊片調,使其滿足要求。為了使鋼絞線受力均勻,在成束張拉之前,錨索體順布平直。宜采用小千斤頂對鋼絞線進行單根分別張拉,確保鋼絞線平順和均勻受力。隨后應取0.1倍～0.2倍設計張拉力值對錨具進行1次～2次預張拉,確保錨固體各部分接觸密貼,最后按設計鎖定噸位張拉鎖定。錨索張拉力為5級進行,即:設計張拉力的25%,50%,75%,100%,以及110%,除最后一級需要穩定20 min～30 min外,其余每一級需要穩定2 min～5 min以上,并分別記錄各種情況(錨頭位移、錨座變形、油表計數變化等)。錨索鎖定后,做好記號,觀察 3 d,沒有異常情況即留長10 cm后用手提砂輪機切割多余鋼絞線(嚴禁電弧燒割)。最后用水泥漿注滿錨墊板及錨頭各部分空隙,并按設計要求支模,用C25混凝土封錨處理。

錨筋鎖定:錨筋張拉至設定最大張拉荷載值后,應持荷穩定10 min～15 min,然后卸荷進行鎖定作業。錨索鎖定采用QVM錨具、精軋螺紋鋼錨桿采用配套的緊固螺栓及鋼墊板進行錨固。

錨孔封錨:錨筋鎖定后,采用機械切割余露錨筋,并應留長5 cm～10 cm外露錨筋。最后用水泥凈漿注滿錨墊板及錨頭各部分空隙,并與錨梁采用同標號混凝土進行混凝土封頭。

5 錨固工程的試驗

1)基本試驗。基本試驗目的在于驗證設計采用的工程錨索(桿)的性質和性能、施工工藝、設計質量、設計合理性、安全儲備,錨索(桿)的抗拔拉承載能力、荷載—變形等問題,以及有關搬運、儲存、安裝和施工過程中抗物理破壞的能力。

基本試驗首先把所有的錨筋一起拉至 A×fptk的0.1倍(A為錨筋的截面積;fptk為錨筋承載力標準值),使錨筋拉直,然后松開;隨后再采用循環加荷,每級加荷增量宜取A×fptk的1/10倍～1/15倍。壓力分散型錨索初始荷載為0.1×A×fptk+差異荷載。張拉按照以下步驟進行:

對于壓力分散型錨索按照前述的差異荷載計算值進行張拉(計算采用的張拉力按照設計荷載進行計算),然后進行循環加載;對于錨桿直接進行循環加載。在每級加荷等級觀測時間內,測讀錨頭位移不應少于3次。在每級加荷等級觀測時間內,錨頭位移量不大于0.1 mm時,可施加下一級荷載;否則需延長觀測時間,直至錨頭位移增量2.0 h小于2.0 mm時,方可施加下一級荷載。

當錨索(桿)試驗中出現下列情況之一時可視為破壞,應終止加載:a.錨頭位移不收斂,錨固體從巖土層中拔出或錨索(桿)從錨固體中拔出;b.后一級荷載產生的錨頭位移增量超過前一級荷載產生位移增量的2倍;c.錨索(桿)材料拉斷。

試驗得出的錨索(桿)安全系數K0值由下式確定:K0=Ru/Nt。其中,Ru為錨索(桿)極限承載力,取破壞荷載的95%,在最大試驗荷載下未達到規定的破壞標準時,極限承載力取最大試驗荷載值;Nt為錨索(桿)設計荷載;K0為安全系數,K0＞2.0。

試驗完成后,根據試驗結果,繪制荷載—位移(Q—S)曲線、荷載—彈性位移(Q—S0)曲線,實際的試驗數據編制試驗報告。

2)驗收試驗。驗收試驗的目的是檢驗施工質量是否達到設計要求,也稱現場驗收試驗或質量控制試驗,它是針對所有工程錨索(桿)進行的;通過驗收試驗,可獲知錨索(桿)受力大于設計荷載時的短期錨固性能,以及滿足設計條件時錨索(桿)的安全系數。驗收試驗選取的錨索(桿)數量不少于每個邊坡內各種類型工程錨索(桿)總數的5%,且不得少于3根。

驗收試驗同樣為分級加荷,起始荷載宜為錨索(桿)設計荷載的30%,分級加荷值分別為設計荷載的0.5倍,0.75倍,1.0倍,1.2倍,1.33倍和1.5倍。對于壓力分散型錨索,按照前述的差異荷載張拉補足差異荷載伸長量(張拉荷載)后同步張拉至錨索(桿)設計荷載的30%作為起始荷載。如果最大差異張拉荷載大于設計荷載的30%,則以最大差異張拉荷載作為起始荷載。

驗收試驗中,當荷載每增加一級,均應持荷穩定10 min,并記錄位移讀數。最后一級試驗荷載也應維持10 min。如果在歷時10 min內位移超過 1 mm,則該級荷載應再維持 50 min,并在15 min,20 min,25 min,30 min,45 min和50 min時記錄其位移量。

在驗收試驗中,從50%設計荷載到最大試驗荷載之間所測得的總位移量,應當超過該荷載范圍內錨筋自由段長度預應力筋理論彈性伸長量的80%,且小于自由段與1/2錨固段長度之和的預應力筋的理論彈性伸長值。在最后一級荷載作用下的位移觀測期內,錨頭位移穩定,即在歷時10 min內位移不應超過1 mm。

6 結語

高邊坡錨固工程施工是一項地質條件變化復雜、關鍵工程隱蔽和施工技術難度較大的特殊施工作業,同時本路段首次應用壓力分散型錨索先進技術,提高了山區高邊坡的穩定性,對保證高速公路長期安全和正常運營有著積極的意義。

[1]陶建南.關于公路工程設計過程中質量控制問題的探討[J].中國科技信息,2005(4):9.

[2]GB 50330-2002,建筑邊坡工程技術規范[S].

[3]張治強,張 國,趙赤云,等.邊坡預應力錨固結構的試驗研 究[J].東北大學學報(自然科學版),1999(5):10-13.