預應力錨索加固廈沙高速德化段高邊坡的施工技術

2017-07-05 09:43:57李少巍泉州德化廈沙高速公路有限公司泉州362000

福建交通科技 2017年3期

李少巍（泉州德化廈沙高速公路有限公司，泉州362000）

李少巍
（泉州德化廈沙高速公路有限公司，泉州362000）

隨著高速公路的快速發展，預應力錨索錨固技術在高速公路高邊坡加固上獲得了良好的應用和發展。廈沙高速公路在山嶺重丘區穿過山前坡麓地帶多，形成不少高陡邊坡，如果按普通開挖防護變得不經濟或不可能，普通錨桿加固邊坡已不能滿足高速公路發展的需要。預應力錨固技術，以其技術先進、經濟合理、安全適用等優點，得到了越來越廣泛的應用。本文結合廈沙高速公路德化段ZK101+370～ZK101+525段預應力錨索框架梁加固高邊坡工程實例，詳細介紹壓力分散型預應力錨索的施工方法和施工工藝。

廈沙高速高邊坡加固壓力分散型預應力錨索施工技術

1 前言

為阻止巖土體隨潛在滑移面滑動，在公路邊坡加固工程中，多采用預應力錨索加固坡體，預應力錨索通過潛在滑動體深入巖層基體，主動利用基層巖體來加固坡體；同時還可以利用框架梁承受并傳遞錨固力，提前對坡體進行加固。將錨索這一柔性支護手段和框架梁結合起來，適用于整體穩定性差、表層坡面需要防護的高陡邊坡的加固[1]。

2 工程概況

福建省廈門至沙縣高速公路德化段ZK101+370~ ZK101+525段左側邊坡最高為4級，級垂直高度為8m，各級邊坡坡率為：第1級為1∶0.5~1∶1.25，第2級為1∶1.0~ 1∶1.25，第3級為1∶1.25，第4級為1∶1.25。該段邊坡最高約33.1m，為類土質邊坡：表層為全風化云母石英片巖，厚度約為2~3m；其下為砂土狀強風化云母石英片巖，厚度約8~10m；下伏碎塊狀強風化云母石英片巖，層面產伏270°∠61°。該邊坡高陡，穩定性較差，須進行加固處理。

3 邊坡加固方案

為確保邊坡的穩定，在第1級ZK101+390~ZK101+ 470段設置非預應力錨桿框架，在第2、3級設置預應力錨索框架加固坡體，采用寬8m，高8m 1∶1.25錨索框架結構，每片框架設置4孔6索預應力錨索。其中，第2級邊坡坡面錨索框架上、下排錨索總長度為18m，錨固段長均為10m，單孔設計拉力700kN；第3級邊坡坡面錨索框架上排錨索總長度20m，下排錨索長度18m，錨固段長均為10m，單孔設計拉力均700kN。如圖1、2示例。

圖1 ZK101+370~ZK101+525段左側邊坡防護加固工程立面圖

圖2 ZK101+370~ZK101+525段左側邊坡加固工程平面布置圖

3.1 框架梁設計

錨索地梁框架采用C25混凝土澆筑，豎肋基礎先鋪墊5cm厚砂漿進行基底調平，再進行鋼筋制作安裝，框架嵌入坡面50cm，露出坡面10cm。如圖3示例。

3.2 錨索設計

壓力型錨桿（索）工作時錨固注漿體為受壓狀態，不易開裂，其承載能力和變形性能比拉力型錨桿（索）均有所改善，用于永久性錨固工程具有很大的優越性[2]。

本項目錨索采用壓力分散型錨索，由3個單元錨索組成，每個單元錨索分別由2根Φ15.24、強度為1860MPa的高強度低松弛無粘結鋼絞線內錨于鋼質承載體組成（鋼絞線通過特別的擠壓簧和擠壓套對稱地錨固于鋼質承載體上，其單根連接強度大于200kN）。結構如圖4.1~4.2所示。

圖3 預應力錨索框架圖

圖4 .1預應力錨索結構圖

圖4 .2預應力錨索結構圖

4 錨索施工

4.1 工藝原理

在高邊坡逐級開挖且在坡面修整完后，按一定間距利用潛孔鉆鉆穿假想滑動土體至穩定土體中一定深度形成錨索孔，孔道最里面的一段（在穩定土體中）為錨固段，其余為自由段，把用無粘結鋼絞線加工好的錨筋體安插于孔道中，再用微膨脹水泥漿從孔底至孔口注漿飽滿，充滿整個孔道的水泥漿體凝固后與孔壁土體結合成整體，形成錨固體。然后在坡面上澆筑混凝土框架或豎梁，待其混凝土強度達到一定時，張拉預應力錨索形成預應力錨索防護加固邊坡。

4.2 工藝流程

錨索施工工藝為∶錨孔測放、鉆機就位→錨孔鉆造→錨孔清理→錨孔檢驗→編錨→下錨→注漿、澆筑框架→第一次張拉→第二次張拉→錨孔封錨。

4.3 主要機具設備

錨索施工機具有潛孔鉆機（鉆孔孔徑為150mm），9m3/min空壓機，2SNS注漿機，ZB4500型電動油泵，YCW 150型千斤頂。

4.4 基本試驗

試驗目的在于驗證設計采用的工作錨索各組成部分的綜合性能、錨固地層設計參數及合理性，同時考慮有關錨索體在搬運、儲存、安裝和施工過程中抗物理破壞的能力。如確定該邊坡地層中錨索的極限承載力和安全系數；揭示在該地層條件下影響錨索錨固力的各種影響因素及其影響程度；檢驗錨索工程的施工工藝；校核設計參數等。如發現問題，便于及時采取變更和完善等應對措施。

本段基本試驗在與工作錨索相同的地層中選取3個試驗孔（見圖1），各項參數及施工均同工程孔。試驗孔具體位置應可代表工程孔錨固地層實際情況；試驗時應記錄各級荷載及錨頭位移等詳細數據，以驗證與調整設計。試驗過程中有2孔錨索錨固體被拉動，錨頭位移不收斂，最終張拉荷載只達到110%的設計拉力，無法滿足1.5倍設計拉力。后經查明原因是孔內注漿不夠飽滿，經補漿整改后重新張拉，張拉荷載超過1.5倍設計拉力。

4.5 工程錨索施工

（1）錨孔鉆造

①錨孔測放∶根據施工設計圖要求，將錨孔位置準確測放在坡面上，孔位在坡面上縱橫誤差不得超過±50mm。

②鉆機就位∶錨孔鉆進施工時，應搭設滿足相應承載能力和穩固條件的腳手架，根據坡面測放孔位準確安裝固定鉆機，并嚴格進行機位調整，確保錨孔開鉆就位縱橫誤差不得超過±50mm，高程誤差不得超過±100mm，傾角允許誤差不得超過±1°，方位允許誤差不超過±2°。

③鉆進方式∶錨孔鉆進采用無水干鉆，禁止通水鉆進，以確保錨固工程施工不致于惡化邊坡巖土工程地質條件和保證孔壁的粘結性能。鉆孔速度應根據使用鉆機性能和錨固地層嚴格控制，防止鉆孔扭曲和變徑，造成下錨困難或其他意外事故。

④鉆進過程∶鉆進過程中應對每個孔的地層變化、鉆進狀態（鉆壓、鉆速）、地下水及一些特殊情況作好現場施工記錄。如遇塌孔、縮孔等不良鉆進現象時，應立即停鉆，采用注漿固壁處理，24h后重新鉆進，或采用跟管鉆進工藝。

⑤孔徑孔深∶鉆孔孔徑、孔深要求不得小于設計值，施工中使用的鉆頭直徑應大于設計孔徑，鉆孔深度應大于設計深度0.5m以上。鉆進達到設計深度后，不能立即停鉆，要求穩鉆1～2min，防止孔底尖滅，同時應及時進行錨孔清理。

⑥錨孔清理：鉆孔孔壁不得有沉渣及水體粘滯，在鉆孔完成后，使用高壓空氣（風壓0.2～0.4MPa）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。若遇錨孔中有承壓水流出，待水壓、水量變小后方可下安錨筋與注漿，必要時在周圍適當部位設置排水孔處理。

（2）錨孔檢驗

錨孔鉆造結束后，需對孔徑、孔深進行檢查。一般采用設計孔徑鉆頭和標準鉆桿驗孔。驗孔過程中鉆頭應平順推進，避免產生沖擊或抖動，鉆具驗送長度滿足設計錨孔深度，退鉆要順暢，用高壓風吹驗不存在明顯飛濺塵渣及水體現象。同時，要復查錨孔孔位、傾角和方位，全部錨孔施工分項工作合格后，方可認為錨孔鉆造檢驗合格。

（3）編錨索

①錨筋體下料及安裝：錨索編束前，要確保每根鋼絞線順直，不扭不叉，排列均勻，嚴格按照設計尺寸下料，每股長度誤差不大于±50mm，預留張拉段鋼絞線長度1.5m。鋼絞線要求采用機械切割。嚴禁采用電弧切割，并經除油和除銹處理合格，對有死彎、機械損傷及銹坑材料應剔除。

設計預應力錨索為壓力分散型錨索，其錨筋材料采用無粘結高強度低松弛鋼絞線，對鋼絞線不同單元和鋼筋錨接頭進行醒目可靠的標記。下料還應注意各單元錨索長度是不同的，鋼絞線一律采用機械切割下料。鋼絞線按設計要求平直編排，沿錨索體軸線方向自由段每1.0～1.5m設置一個架線環，應準確定位、綁接牢固，錨孔孔口位置必須設置一個架線環。

②導向帽接裝：在錨索體完成隔離支架組裝之后，應在錨索體底端接裝導向帽，以便下錨順利。導向帽尺寸應嚴格按設計要求制作，尺寸制作誤差為±5mm，接裝定位誤差為±20mm。導向帽可點焊固定于最前端承載板上，并應留有溢漿孔，保證孔底返漿。所有的鋼質部分均應均勻涂刷防腐油漆。

③錨筋體防腐∶錨筋體防腐與隔離一般采用先刷防銹油漆，然后涂脫水黃油，最后外套塑料套管處理。刷防銹油漆要刷蓋均勻，不見黑底，待油漆干潔后方可進行下道工序。涂脫水黃油要求完全覆蓋和填充錨筋材料與外環層之間的空間。

④架線環∶應由鋼質、塑料或其他對錨筋體無損害的材料制作，不得使用木質隔離支架。

⑤塑料套管：塑料套管的材質、規格和型號應滿足設計要求，具有足夠強度，保證其在加工和安裝過程不致損壞。盡量避免剪斷和接頭，如有接頭應綁接牢固并作密封處理，確保不產生拉脫和破損現象。塑料套管內徑宜大于筋股外徑5～10mm，確保穿套順利、編束方便和防止張拉脹裂。塑料套管應具有抗水性和化學穩定性，與水泥砂漿和防腐劑接觸無不良反應。

⑥注漿管：注漿管應滿足設計要求，具有足夠強度，保證在注漿施工過程中注漿順利，不堵塞、爆管或破損拉斷。一次注漿管捆扎在錨筋體中軸部位，注漿管頭部距錨筋體末端宜為50～100mm。

（4）下錨

錨筋體入放錨孔前，應檢查錨筋體制作質量，確保錨筋體滿足設計要求，錨孔內及孔外周圍雜物要求清除干凈。錨筋體長度應與設計錨孔深度相符，錨筋體應無明顯彎曲、扭轉現象，錨筋防護介質無損傷，凡有損傷的必須修復。入孔安放錨筋體時，應防止錨筋體擠壓、彎曲或扭轉，錨筋體入孔傾角和方位應與錨孔的傾角和方位一致，要求平順推送，嚴禁抖動、扭轉和串動，防止中途散束和卡阻。錨筋體入孔長度應滿足設計要求，錨筋體安裝完成后，不得隨意敲擊，不得懸持重物。

（5）錨孔注漿

①注漿材料：采用水灰比0.4～0.45的純水泥漿。其中，錨固段遇土質或砂土狀強風化巖層且富水時，應采用二次高壓劈裂注漿法來提高地層錨固力。

②注漿漿液：注漿漿液嚴格按照配合比攪拌均勻，隨攪隨用，漿液應在初凝前用完，并嚴防石塊、雜物混入漿液。注漿漿體強度不應低于設計要求的40MPa，并按批次備制預制件。錨孔注漿必須采用孔底返漿方法（注漿壓力一般為2.0MPa左右），直至孔口溢出新鮮漿液，嚴禁抽拔注漿管或孔口注漿；如發現孔口漿面回落，應在30min內進行孔底壓注補漿2～3次，確保孔口漿體充滿。在注漿作業開始和中途停止較長時間再作業時，應用水或水泥稀漿潤滑注漿泵及注漿管路。注漿過程應認真做好現場施工注漿記錄，每批次注漿都應進行漿體強度試驗，試件不得小于兩組。漿體未達到設計強度的70%時，不得在錨筋體端頭懸掛重物和拉綁碰撞。

（6）施作錨索框架

錨索框架采用現場澆筑，并應滿足下列要求∶

①框加梁施作前進行放樣刻槽；框架嵌入坡面50cm，外露10cm；框架刻槽后采用厚2～5cm的水泥砂漿進行基底調平，遇局部架空采用C25砼嵌補。

②鋼筋接頭需錯開，同一截面鋼筋接頭數不得超過鋼筋總根數的1/2，且有焊接接頭的截面之間距離不得小于1m。

③灌筑混凝土前，必須將錨具中的螺旋鋼筋、波紋管和錨墊板按設計要求固定在地梁或立柱的鋼筋上，方向與錨孔方向一致，擺放平整，再一起現場澆筑、振搗，尤其在錨孔周圍，鋼筋較密集，應仔細振搗，保證質量。

④錨索框架應分片施工，每片由2～3根立柱及其橫梁、頂梁組成，兩相鄰框架接觸處（橫梁、頂梁）留2cm寬伸縮縫。

（7）錨筋張拉

在注漿漿體與臺座混凝土強度達到設計強度80%以上時，方可進行張拉鎖定作業。如為選定進行驗收試驗的錨孔，應在達到設計強度的條件下，待驗收試驗結束并經檢驗合格后再進行。錨筋張拉注意事項：

①錨斜托臺座的承壓面應平整，并與錨筋的軸線方向垂直。

②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筋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整。

③固體與臺座混凝土強度均達到設計強度的80%以上時，方可進行張拉。

④錨筋的張拉必須采用專用設備，設備在張拉作業前應進行標定，錨具、夾片等檢驗合格后方可使用。錨索正式張拉前，應取10%～20%的設計張拉荷載，對其預張拉1～2次，使其各部位接觸緊密，鋼絞線完全平直。

⑤本工程采用的是壓力分散型錨索，張拉按設計次序分單元采用差異分步張拉，根據設計荷載和錨筋長度計算確定差異荷載，并根據計算的差異荷載進行分單元張拉。

⑥錨索的預應力在補足差異荷載后分5級按有關規范或規定施加，即設計荷載的25%，50%，75%，100%和110%。在張拉最后一級荷載時，應持荷穩定10～15min后卸荷鎖定。錨索鎖定后48h內，若出現明顯的預應力損失現象，則應及時進行補償張拉。

（8）錨孔封錨

錨筋鎖定后，采用機械切割余露錨筋，并留5～8cm外露錨筋，以防拽滑。最后用水泥漿注滿錨墊板及錨頭各部分空隙，并用不低于錨梁同標號砼封頭，以防止銹蝕破壞。

5 錨索質量檢測及邊坡穩定監測

5.1 錨固工程質量檢測

對邊坡預應力錨索施工質量進行檢測，主要有3個子項：①長度檢測：不小于設計長度95%，且不足長度不超過0.5m；②抗拔力檢測：試驗檢測荷載達到設計荷載1.5倍，伸長量滿足規范要求，且未被破壞；③張拉質量檢測：張拉鎖定荷載不小設計荷載90%，且不大于設計荷載110%，伸長量滿足規范要求，且未被破壞。具體檢測結果如下表1、2、3。

5.2 邊坡監測及預應力錨索應力監測

錨索加固施工完成后，在邊坡上設置了觀測點（詳見圖1、5）進行邊坡長期穩定觀測，布設4孔深部位移和地下水位監測孔（ZK1～ZK4)、4孔錨索預應力監測孔(JC1～JC4)及地表宏觀變形巡查，通過一年多的觀測檢驗，錨墩及邊坡巖體未見變形，邊坡穩定。深部位移監測以ZK4#為例，如圖5、6所示，未見明顯滑動變形反應，受坡體蠕動擠壓變形及施工影響，監測孔數據曲線呈擺動變形特征；地下水位監測如圖7所示，地下水位監測曲線呈正常季節性變化，未出現異常；錨索應力監測以MS2-1-1為例，如圖8所示，應力值有所降低，但仍在650kN以上，未超過預警值，后經分析查找原因，除應力損失外，框架嵌入坡面深度不夠、刻槽后砂漿基底調平不足，同時局部架空采用C25砼嵌補時不夠充實，造成錨索應力張拉后坡面不均勻沉降，錨索應力值降低。