高边坡预应力锚索施工技术及管理要点研究

随着我国高速公路建设的迅猛发展, 山区高速公路的建设标准也在逐步提高, 特别是对于路基两侧山坡破题的返沪越来越受到重视, 施工过程中不可避免地要经过一些地形、地质条件复杂的地方, 而高边坡预应力锚索 (杆) 防护工程能够确保高边坡的稳定性, 防护工程的好坏直接关系着高速公路今后的营运安全, 施工质量不好甚至可能出现路堑边坡的崩塌、滑坡等现象, 其危害严重, 所造成的损失极大, 所以施工单位必须对此高度重视[1]。

1 预应力锚索简介

当边坡较高时、坡体可能的潜在破裂面位置较深时, 预应力锚索不失为一种较好的深层加固手段。锚索是一种主要承受拉力的杆状构件, 它是通过钻空将钢绞线固定于稳定的地层中, 并在被加固表面通过张拉产生于应力, 从而达到使被加固踢稳定和限制其变形的目的。

预应力锚索由外锚头、锚索体和内锚固段三部分构成: (1) 外锚头在空口外, 它是为锚索提供张拉力和锁定的部位, 有锚具和外锚墩组成, 外锚墩要用C30钢筋浇筑, 为锚索张拉锁定施加预应力而预留的, 张拉锁定后割断钢铰线; (2) 锚索是连接内、外锚头的构件, 使用的是高强度、低松弛的预应力钢绞线, 主要起传力作用, 长度与碎岩层或滑体厚度有关; (3) 内锚固段用普通硅酸盐纯水泥浆, 其作用是依靠浆体与周围岩土之间的摩阻力来提供锚固力。

2 预应力锚索的作用机理

锚索就是高挖方路段为了减少对原状土的挖方数量, 保护生态环境而设计的一种特殊挡防结构, 主要解决破裂面至土体临空面之间破裂土体的稳定, 其作用原理是:预应力锚索框架加固防护是把破碎松散岩体锚固在地层深部稳固的岩体上, 另一端锚固在滑动面以内的稳定岩体中穿过边坡滑动面的预应力钢绞线, 直接在滑面上产生抗滑阻力, 增大抗滑摩擦阻力, 使结构面处于压紧状态, 以提高边坡岩体的整体性。预先主动对边坡松散岩层施加正压力, 增大坡体对滑移面的正压力和抗滑力F, 使坡体趋于稳定。通过锚索孔的高压注浆, 浆液能充填坡体内的空隙, 提高了坡体内破碎岩体的强度。由于水泥浆的凝固作用使破碎的岩体连成整体, 从而从根本上改善岩体的力学性能, 有效地控制岩体的位移, 促使其稳定, 达到整治顺层、滑坡及危岩、危石的目的。

3 预应力锚索施工工艺流程

预应力锚索施工工艺流程为:钻孔→组装锚索→安放锚索→锚索注浆→张拉→封锚。

3.1 钻孔

锚孔的钻造是锚索施工过程中的关键工序, 由于地形起伏较大, 为确保框格梁顺直及挖槽的深度深浅不一等问题不产生, 应该采用潜孔冲击式钻井机。首先, 根据设计桩号采用拉线尺量放线, 定出孔口位置, 再按设计孔口位置在脚手架上安装专用机座, 将钻机安放在机座上, 用方向架放出锚索方向角, 将钻机与机座及脚手架固定好, 复核孔口位置、方位和倾角, 确认无误后, 安上冲击器和钻头, 接上风管, 进行钻孔。施工过程中应根据实际情况确定孔内地址情况, 如孔内地质为土质则应按要求采用二次高压劈裂注浆。另外, 施工架一定要稳固, 防止钻孔过程中钻机偏移。钻孔结束后, 要逐根拔出钻杆和冲击器, 另用一根聚乙烯管复核孔深, 并以高压风吹孔, 待孔内粉尘吹净, 拔出聚乙稀管, 以织物或水泥袋纸塞好孔备用。一般要求孔位误差不大于10cm, 倾角误差不超出±2°, 锚索方位角误差不超出±1.5°。锚孔深度=锚索长度-锚索在框格梁中的斜长+0.5m。

3.2 组装锚索

锚索的设计长度是从钻孔的孔口算起的, 钢铰线的总长应为锚索的设计长度、千斤顶长度、框架梁厚度、工具锚和工作锚的厚度以及张拉操作预留量的总长。钢绞线下料长度=锚固段长度+自由段长度+张拉段长度。一般情况下, 钢绞线的截余量取50cm, 考虑到下料的有截长误差, 且锚索越长误差越大, 故一般要求下料长度误差不超过10cm。钢绞线截取以前, 首先进行调直, 要确保每一根钢铰线始终顺直, 不扭不叉。截好的钢铰线平顺地放好, 并进行严格的质量检查, 剔除不合格的, 对合格的进行登记、挂牌、标记锚索编号。钢绞线按顺序排列组装, 注浆管置于锚索中间, 锚固段每隔1.4m~1.5m安装一个架线环和紧箍环, 使锚固段成枣核状, 锚索前加导向帽, 锚索组装好后, 挂牌编号堆放待用[3]。

3.3 安放锚索

用人工抬运组装完好的锚索到完成的锚孔口边, 在向钻孔中安放锚索之前, 要认真核对锚索的编号是否与钻孔编号一致, 确认无误后, 以高压风清孔一次, 即可着手安放锚索。如果遇到吹孔后, 碎石掉块, 锚索不能放入, 成孔后立即退出锚索再进行吹孔。在孔中如果发现有地下水渗出, 需要用清水和压缩空气反复冲洗多次, 直至洗出清水为止, 因为岩屑和地下水在钻杆的搅动作用下会成为泥浆, 若不清洗干净, 泥浆包裹在锚固段上会严重影响锚索锚固效果, 甚至起不到锚固作用。送索入孔时, 要注意使锚索顺直, 不要左右摆动, 用力均匀。注浆管与锚索同时安放, 从架线环的中心钢管内穿过, 管口距离孔底30cm~50cm。

3.4 锚索注浆

锚索安放完成后原则上要求立即孔采用底返浆法 (注浆管不拔出) 注浆以防止有未洗净的岩屑或泥浆沉积在锚固段上。一般注浆采用42.5#水泥, 水灰比为0.38~0.45, 注浆压为0.4MPa, 当孔口出现溢浆且持续时间不低于2min后, 便开始一边注浆一边向外拔出注浆管, 拔注浆管的速度要以孔口有浆液溢出适当, 防止孔内浆液不饱满。

3.5 张拉

锚索张拉是锚索施工中最关键的工序, 锚索张拉前, 需用静探数显仪、传感器、油管和高压油泵对张拉设备进行标定, 并绘出传感器仪表读数和油泵仪表读数曲线, 作为锚索张拉时荷载控制的依据。锚索的张拉按一定次序分单元根据设计荷载和锚筋长度计算确定差异荷载采用差异分步张拉。锚索的锁定荷载分拉力的25%、50%、75%、100%和110%5级施加, 每级压力稳定5min, 最后一级稳定15min。锚索的正式张拉前, 应取10%~20%的设计荷载, 对其张拉1~2次, 使其各部位接触紧密, 钢绞线完全平直。张拉过程中, 应按设计荷载进行编制张拉作业指导书, 设计张拉力与锚索长度的变化都将会引起补偿荷载的差异性, 保证锁定荷载的准确性。

3.6 封锚

预应力张拉达到设计值之后, 做好记号, 3天后, 观察锚具、夹片、钢绞线及锚墩有无异常, 若无异常, 就可以切断钢绞线, 留长5cm~10cm外露锚索, 以防滑对波纹管惊醒有压循环风控灌浆, 然后支模, 用混凝土封锚。

摘要：本文简要介绍高边坡预应力锚索的施工技术、并对施工过程中遇到的问题及相应的处理措施作了阐述。

关键词：预应力,锚索,施工

参考文献

[1] 王明学, 等.四川九寨环线钢匠沟滑坡治理设计与施工[J].中国地质灾害与防治学报, 2004, 4.

[2] 姜新龙, 李锦锋, 王治德.压力分散型预应力锚索试验分析[J].石家庄铁道学院学报, 2003 (增刊) .

[3] 闫莫明, 徐祯祥, 苏自约.岩土锚固技术手册[M].人民交通出版社, 2004:12～106.