預應力鋼錨管邊坡防護壓漿研究及質(zhì)量控制

摘要：通過對預應力鋼錨管注漿加固原理分析，找出錨固系統(tǒng)可能產(chǎn)生的破壞形式以及其產(chǎn)生的原因，結(jié)合工程施工邊坡地質(zhì)實際情況，有效控制了鋼錨管壓漿的施工質(zhì)量，達到了預期效果，為以后施工積累了實踐經(jīng)驗。

關鍵詞：預應力鋼錨管；注漿原理；破壞形式；控制措施

1、引言

注漿預應力鋼錨管為近年來新推廣采用的一項邊坡防護技術(shù)，該項技術(shù)采用與坡面成一定角度由潛孔鉆機成孔，置入鋼錨管并注入水泥砂漿構(gòu)成錨管體達到穩(wěn)定邊坡的目的。預應力鋼錨管通過注漿壓力調(diào)整和二次注漿增加錨孔周邊巖體的吸漿量，達到固化錨孔周邊破碎巖土、具有滑移趨勢的順層巖體和提高錨管體的錨固力的三重復合作用，達到改善巖土結(jié)構(gòu)，增強巖土自身凝固力和坡腳抗壓能力，從而提高邊坡的自然穩(wěn)定性。與鋼筋砂漿錨桿和預應力鋼絞線比較，預應力注漿鋼錨管的突出優(yōu)點是：錨固范圍大、破壞小、受力均勻、易于張拉、工程造價相對較低。因此，該項技術(shù)正逐步應用于破碎巖層、斷裂帶、軟弱巖層及地下水豐富的路塹邊坡。

2、預應力鋼錨管注漿加固原理

2.1注漿可使鋼錨管成為全長或部分錨固體，將滑動坡體和不動巖土體粘結(jié)能改變了坡體的破碎狀態(tài)，起抗滑的作用，充分發(fā)揮坡體的自承載力作用。

2.2對于節(jié)理裂隙發(fā)育的巖體，漿液在很小的注漿壓力下就會滲入節(jié)理裂隙中，裂隙中的氣體和自由水被排擠出去，漿液充填裂隙或空隙，形成較為密實的漿體，從根本上解決了水、空氣的侵入，能有效防止圍巖吸水膨脹及風化。

2.3二次劈裂注漿使注漿液在鋼錨管周圍擴散，有利于將坡體中產(chǎn)生的主動側(cè)壓力傳至土層深處，增加了坡體的抗滑性；同時將原來漿體與孔壁巖土體的平整的面接觸改變成漿脈狀的鋸齒形接觸，明顯提高了錨固段的抗剪強度。其中：劈裂注漿主要有四個作用，一是劈裂作用；二是擠密加固作用；三是擴散作用；四是填充作用。根據(jù)施工中注漿壓力、注漿量和地表冒漿現(xiàn)象分析，推測鋼錨管劈裂注漿的形式有以下幾種：

（1）在具有層狀的灰?guī)r、頁巖地層，注漿以擴散、填充為主，地下漿液呈扇形、蘑菇狀，漿液沿地層層間裂隙、結(jié)構(gòu)面縫隙行進，漿液根據(jù)這種裂縫的大小和遠近，可以行進很遠，直至通達地表而冒出，最遠可達10.5m，漿液的形狀隨裂隙的形狀變化而變化，呈扇形或蘑菇狀（如圖2.3-a）。

（2）全風化炭質(zhì)泥巖累軟土地層中，主要是擠密擴散作用，，漿液向遠處擴散的比較少，在孔口冒漿的比較多（如圖2.3-b）。

（3）在灰?guī)r與類軟土層交界處，當有較多的裂隙和溶洞時，以填充作用為主，此時注漿量大，注漿體呈樹根狀。注漿壓力不大，而注漿量大，且地表未見冒漿，也沒有地表鼓脹、裂縫現(xiàn)象（如圖2.3-c）。

（4）在殘坡積地層，以擴散、劈裂為主，漿液進行的距離可以達到較遠處，注漿時地表鼓脹現(xiàn)象比較明顯，使土體膨脹 呈樹梢狀，這種地層本身不易穩(wěn)定，透水性較好，水侵透后容易坍塌，土體主要為含有較多沙礫的類軟土，含水量較大（如圖2.3-d）。

（5）在密實的類軟土層，土體呈硬塑狀，則劈裂、擠密、擴散、填充的作用均不明顯。這種地層注漿量小，注漿壓力比較大，并且二次劈裂注漿一開始后很快就從孔口周圍冒漿，漿體呈帶狀（如圖2.3-e）。

3、預應力注漿鋼錨管可能產(chǎn)生的破壞形式

鋼錨管的主要受力和傳力構(gòu)件是其錨固段，它通過徑向應力和剪應力的形式和“鋼錨管體→注漿材料→周圍巖土體”的路徑來傳遞外荷載，其極限抗拔力取決于鋼錨管錨固力的大小等，鋼錨管錨固力的大小由錨固段注漿材料與管體間、注漿材料與巖土體間及剪切強度及注漿材料與桿體的抗拉強度三個強度中最小的一個決定，在不同的巖土中，錨固系統(tǒng)可能產(chǎn)生不同的破壞形式：（1）沿注漿體與錨固體系的結(jié)合面破壞（如圖3-a）。（2）沿孔壁與注漿體的結(jié)合處破壞（如圖3-b）。（3）邊坡巖土體的破壞（如圖3-c）。（4）在錨固力作用下錨固巖土體沿破壞面的受拉破壞（如圖3-d）。

4、預應力鋼錨管施工

4.1選擇試驗孔

施工前選擇了6個鉆孔進行注漿試驗，主要確定水泥砂漿最佳水灰比、注漿次數(shù)、兩次逐漸間隔時間和注漿壓力、注漿量和坡面冒漿現(xiàn)象。

4.2成 孔

坡面開挖完成檢查合格后，按設計要求測量放線測定孔位，搭設鋼管腳手架及施工平臺，并保證腳手架牢固穩(wěn)定。鉆孔設備采用100型空壓機。采用12m3空壓機供風潛孔鉆無水干鉆成孔，孔徑110mm，鉆桿與水平夾角為20°，孔深按設計圖紙要求并多鉆50cm。

4.3鋼錨管制作加工

（1）預應力鋼錨管（如圖4.3）采用直徑Φ51mm，壁厚7mm的熱軋無縫鋼管制作。桿體長度分別為3.0m、3.5m、4.0m、4.5m等四種定尺。沿鋼錨管長度方向每1米鉆6～7個φ6mm呈螺旋型布置的注漿孔，自由段不設注漿孔。鋼錨管外壁孔眼處纏繞特制膠帶封孔，膠帶沿孔眼螺旋式纏繞3層，然后每隔30cm左右繞鋼管外壁纏繞一周固定，纏繞前將管壁清理干凈，膠帶壓平粘牢。

（2）鋼錨管用連接器連接，連接器前端設置對中環(huán)，對中環(huán)的外徑95mm，內(nèi)徑54mm，厚度20mm，用工程塑料加工而成。

（3）二次注漿時，鋼錨管管口加鋼蓋密封，管口與鋼蓋之間設密封圈，封口材料采用摻入速凝劑的水泥砂漿。以提高凝結(jié)速度及強度，封口時預埋一根Φ20mm排氣管。制作完成后由現(xiàn)場監(jiān)理驗收合格后安放進經(jīng)驗收的孔內(nèi)。

4.6張拉鎖定及封錨

當漿液和錨梁混凝土強度達到設計強度80%后方可進行張拉，鋼錨管錨頭外預留10cm，張拉鎖定后用C30砼封錨。

5、確保注漿施工質(zhì)量的關鍵控制措施

5.1把好鋼錨管加工安裝質(zhì)量關。

鋼錨管運輸、管擺放及下管安裝注意保護好管壁膠帶，鉆孔完成后用高壓空氣（風壓0.2～0.4MPa）將孔中巖粉及水全部吹出孔外；下管前必須將錨固段油污和銹斑徹底清除

5.2把好水泥砂漿、水泥漿拌制作關

錨孔內(nèi)第一次注漿采用M30水泥砂漿，水灰比為0.55，灰砂比為1.0，灌漿劑摻量為8%。漿液通過注漿管從孔底自下而上反向壓漿，將孔底殘留的碎渣壓出孔外，當孔口流出漿液10-15秒后，停止注漿。觀察5～10分鐘，當孔內(nèi)漿液減少時必須及時補漿。第二次高壓注漿，采用M20純水泥漿，水泥漿稠度為16～20s，注漿壓力為2-3MPa。先在孔口安裝密封蓋，上部連接高壓注漿管，打開排氣閥進行高壓注漿。

注漿時嚴格控制配合比，水泥漿攪拌均勻，保證攪拌時間，注漿時要不斷攪動漿液，以防沉漿。攪拌好后的水泥漿采用篩網(wǎng)過濾，以防堵管和保證注漿質(zhì)量、效果。

5.3把好第一次注漿與第二次注漿間隔時間關

第一次注漿與第二次注漿間隔時間如太短，水泥漿不能有效滲入巖縫，使巖土體不能形成有機的整體，防護達不到預期效果；根據(jù)試驗孔確定第一次注漿完成12-15小時進行第二次高壓注漿最為理想。

5.4把好二次劈裂注漿關

大廣南高速公路K259+000～K259+300段施工路塹邊坡處于具有層狀的軟質(zhì)頁巖，邊坡巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，可能發(fā)生順層面工程滑坡。根據(jù)注漿原理的分析和試驗孔注漿結(jié)果，二次劈裂注漿邊坡應有漿液冒出，且冒漿范圍應在8m左右。

二次劈裂注漿過程中派專人注意觀察注漿泵和孔口壓力值的變化及注漿量的變化，注漿過程中采用注漿壓力控制、注漿量控制和冒漿現(xiàn)象相結(jié)合進行控制。當注漿壓力在1.5-2.0MPa而注漿量很小時或注漿量是第一次注漿量的4-5倍，且觀察邊坡有溢漿現(xiàn)象發(fā)生時時該孔注漿方可結(jié)束。

5.5把好雨季臨時排水措施關

施工中如遇雨季，坡面采取坡頂挖設截水溝或坡面鋪設塑料薄膜等臨時防水措施，避免坡面沖刷和雨水沿坡體下滲，影響鋼錨管注漿施工質(zhì)量。

6、結(jié) 論

6.1鋼錨管注漿效果采用預應力錨固體系質(zhì)量檢測儀檢測進行檢測，檢測預應力鋼錨管244根，根據(jù)錨固體系飽和度判定標準，Ⅰ類錨固體系186根，占76.2%，Ⅱ類錨固體系58根，占23.8%，無Ⅲ類錨固體系，總體施工效果良好。

6.2注漿質(zhì)量控制重點是錨固段油污等雜質(zhì)必須清理干凈，控制好水泥砂漿、水泥漿的水灰比，把握好第一次注漿與第二次注漿間隔時間，確保第二次注漿在巖土體中能形成有效滲透注漿體，達到邊坡抗滑、抗剪的目的。

6.3施工段邊坡在經(jīng)過多次特大暴雨和強降雨襲擊后，邊坡無明顯異常變化，加固結(jié)構(gòu)仍穩(wěn)定，證明預應力鋼錨管加固措施和施工質(zhì)量控制均達到了預期的處理效果，可作為類似工程施工借鑒。

6.4預應力鋼錨管施工速度快，施工質(zhì)量更易于控制，成本相對較低，可作用各類型邊坡防護措施的首選參考方案。

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作者簡介

張孟金，（1978.11—），男，本科，工程師，現(xiàn)從事施工管理工作。