高速鐵路路基防護工程預應力錨索施工拉拔試驗

（中交四航局第一工程有限公司，廣東廣州 510310）

1 工程概況

云桂鐵路云南段YGT-3標段正線起訖點樁號為DK407+070～DK473+300，線路長度為64.571 km（短鏈1.659 km），該工程標段隧道共22座38 443 m；正線橋梁共27座7 986 m，正線橋隧比重為71.9%。

標段沿線地質構造復雜，巖體破碎，不良地質發育，主要不良地質有滑坡、巖堆、危巖落石、巖溶、人為坑洞、順層、斷層及大變形等。因此，設計土質、軟質巖、節理裂隙發育的硬質巖路塹邊坡防護需施作錨索框架梁。

2 極限抗拔試驗的目的

（1）明確施工邊坡處地層中錨索的安全系數、極限承載力。

（2）揭示施工部位的地層條件存在影響錨索錨固力的各類因素、影響程度。

（3）對每個部位施工錨索工程的施工工藝進行檢驗。

（4）核對工程設計的參數，為后期錨固工程施工的動態設計提供相關的參考數據，保障錨固工程的設計合理、施工安全、經濟成本。

3 試驗方案

（1）試驗地點：根據地質情況，結合現場實際情況，所選試驗地點與主體邊仰坡地質情況基本相符。

（2）試驗錨索參數：根據設計及地質情況，試驗錨索選錨固長2.5 m，錨索自由段長4.0 m，錨索下料長8 m，索體傾角水平向下15°，錨索試驗根數6根。

（3）試驗設備：本次試驗采用YQC150C-200型穿心式千斤頂、xy-2pc地質鉆機、ZB4-500型高壓電動油泵、對應標定的油壓表，使用游標卡尺、直尺測量錨索位移。

（4）試驗荷載：試驗最大荷載取錨桿桿體承載力標準值的0.8倍（1 041.6 kN）。張拉試驗采用循環加、卸載法，整體張拉。

4 試驗工序

試驗施工工序：鉆孔→清孔→錨索制作→錨索安裝→注漿→錨墊板安裝→錨索張拉→數據采集、記錄→數據分析→結論[1]。

4.1 鉆孔

根據選定試驗錨索點確定錨孔位置，準確安裝固定鉆機，鉆孔采用沖擊式鉆機干鉆。錨孔直徑為130 mm，深度不小于6.7 m。

4.2 清孔

成孔后，采用高壓風吹清孔，確保孔內無塵渣、積水。

4.3 制索

截取5束8 m鋼絞線，錨索頭部使用Ф42鐵管制作60°導向錐，在錨索的錨固段每間隔1 m設置1個護中環，加工材料采用聚乙烯塑料板，厚20 mm，每個擴張環中間錨索采用細鐵絲綁扎；錨索自由端的每根鋼絞線均穿套1根Ф20～22 mm規格的PVC塑料保護管，在保護管兩端10～20 cm范圍內注滿黃油，再采用工程膠布外繞封閉固定。

4.4 錨索安裝

采用人工下錨體的方式，將錨索插入錨孔內，距離孔底0.2 m居中安放，在錨孔外預留鋼絞線長1.5 m。

4.5 錨索注漿

錨索注漿采用M40水泥砂漿（錨桿M35水泥砂漿），注漿采用一次孔底返漿法，注漿密實飽滿。

4.6 錨墊板安裝

待注漿完成后，對錨孔周邊50 cm內的巖面延坡面進行找平，安裝2塊400 mm×400 mm×20 mm割孔鋼板充當錨墊板，墊板使用錨筋支撐加固，確保墊板緊貼巖面，且鋼絞線沿墊板中心伸出。

4.7 錨索張拉

張拉前進行錨具安裝，將鎖具鎖上，人力使用工作錨將鎖片壓緊，對坡體和張拉前方采取臨時性的安全防護。

待錨孔注漿達到設計強度的70%后進行張拉試驗。張拉機具在張拉施工前須進行標定，防止產生應力誤差，本工程錨索拉拔試驗分為6次3級進行。錨索在張拉過程中，逐級加載，每級加載為循環荷載，預估最大試驗荷載取桿體承載力的0.8倍，約1 302 kN。先對錨索施加一個初始的荷載，確定錨頭位移的初始讀數并記錄。待張拉施加到第一級的荷載時，記錄錨頭的位移值，再卸載到初始荷載并記錄位移值，按序根據加荷的等級進行加載、卸載，增加一級荷載均須穩定5 min。荷載增加至每次末級累加值時須穩定10 min，該過程中在各個時間段內及時測讀并記錄錨頭的位移值[2]。

加載應保持平穩，速率掌控在0.1 倍/min設計值，卸載的速率不超出0.2 倍/min設計值。張拉時每級荷載鋼絞線的伸長值、穩定過程的伸長值均應及時記錄，將記錄伸長值與理論伸長值進行對比。每等級實際伸長值與理論伸長值的比對中，實際伸長值不能超出理論伸長值的±6%，如超出需查明原因并進行相應的處理。

具體加荷等級與觀測時間如表1所示。

表1 錨索基本試驗加荷等級與觀測時間

在錨索的拉拔試驗施作過程中，出現下列情況時，視為破壞并立即終止加載。

（1）錨頭位移出現不收斂；

（2）錨固體從巖土層中拔出；

（3）錨索（桿）從錨固體中拔出；

（4）錨頭的位移總量超出設計的允許值；

（5）進行下一級荷載時，產生的錨頭位移增量超出上一級進行荷載時產生的位移增量的2倍；

（6）錨索張拉過程中材料出現拉斷。

4.8 數據記錄

錨索施工的張拉試驗應根據循環加卸荷載等級與位移觀測表實施，每增加荷載后至少5 min后進行觀測，在觀測的時間段內，測讀的錨頭位移次數不少于2次。錨頭的位移量不超過0.1 mm時，再施加下一級荷載，否則會加長觀測時間。錨頭的位移量在2 h時間內小于2.0 mm時，方可施加下一級荷載，應同步記錄錨索每級荷載時對應的伸長量[3]。

5 數據整理及討論

5.1 繪制荷載與位移曲線

根據錨索抗拔試驗結果，按照荷載對應的錨頭位移列表進行整理，繪制錨索荷載-位移（P-S）曲線圖、錨索-彈性（塑性）位移（P-Se、Sp）曲線圖。

試-1荷載位移P-S曲線如圖1所示，試-1荷載-彈性、塑性位移如圖2所示。

圖1 試-1荷載位移P-S曲線

圖2 試-1荷載-彈性、塑性位移

5.2 討論

5.2.1 錨索極限荷載力確定

本次拉拔試驗中，6孔試驗孔加載至錨索索體承載力標準值的80%時仍未破壞，錨索的極限荷載力取最大試驗荷載，即錨索極限荷載力1 041.6 kN。

5.2.2 巖層與錨固黏結強度

通過試驗取得的錨索極限荷載，計算巖層與砂漿錨固體間的極限抗剪強度，巖層與砂漿錨固體的極限抗剪強度大于設計要求強度1.00 MPa。

5.2.3 錨索的安全系數

通過極限抗剪強度，計算設計錨索極限荷載是否滿足錨固工程穩定、安全的需要，永久錨桿（錨索）最小安全系數為2.2。

（1）錨固段8 m，設計孔徑130 mm，施加預應力N1為880 kN，巖層與砂漿錨固體間極限破壞荷載為3 330.91 kN。安全系數K1為3.7。由于3.7＞2.2，故設計參數滿足錨固工程穩定、安全的需求。

（2）錨固段7 m，設計孔徑130 mm，施加預應力N1為880 kN，巖層與砂漿錨固體間極限破壞荷載為2 914.55 kN。安全系數K2=3.3。由于3.3＞2.2，故設計參數滿足錨固工程穩定、安全的需求。

6 結語

綜上所述，錨索拉拔試驗為多循環加載卸載過程，操作與記錄較為煩瑣，現場管理人員及操作人員在試驗過程中須細心謹慎，順利完成錨索試驗。在拉拔試驗中，錨墊板安裝決定了試驗能否成功，在錨墊板安裝前，須對試驗孔巖面進行找平，且鑿至穩固巖層。建議采用20 mm厚的割孔鋼板作為錨墊板，采用錨桿將鋼墊板固定在巖面，確保鋼板緊貼巖面、鋼絞線順直穿出。