预应力锚索框架梁在公路滑坡治理工程中的应用

2016-04-15郑登域

福建交通科技 2016年1期

关键词：钢绞线锚索张拉

■郑登域

(三明市公路局，三明　365000)

预应力锚索框架梁在公路滑坡治理工程中的应用

■郑登域

(三明市公路局，三明365000)

摘要本文以国道205线梅列路段2010年水毁工程二期滑坡治理工程为例，着重阐述了预应力锚索技术的施工工序和技术措施，以及质量控制要点，为类似工程提供借鉴。

关键词预应力锚索框架梁滑坡治理应用

1　前言

预应力锚索是一种把钢绞线埋入岩层内部进行预加应力的施工技术，传递主体结构的支护应力到深部稳定岩层的主动支护方式。预应力锚索分锚固端、自由端和张拉端，其工作原理就是依靠对锚索的张拉预应力，用锚具锁定在框架梁上，锚索产生的反作用力通过框架梁传递到破裂土体，使破裂土体在外力作用下稳定。锚索预拉力一头靠锚固段承受，另一头靠框架梁承受，中间穿过破裂土体。

2　工程概况

2010年6月中旬，三明市遭受特大洪灾袭击，普通公路受灾严重，直接造成经济损失近亿元，其中滑坡路段给过往行人车辆安全带来的威协最大，滑坡治理成为公路水毁灾后重建工程中的重点。

国道205线K2216+519～K2216+590.6段左侧山体滑坡位于三明市梅列区斑竹溪水电站旁。2010年6月连续遭遇大暴雨，导致该处出现溜方长71.6m，纵深约40m，高差约30m，溜方后缘有牵引裂缝。溜方侵占半幅多公路路基，给过往车辆行人带来很大的安全隐患。在边坡刷坡过程中，K2216+519～K2216+590.6段边坡产生明显滑动，经放坡后成两个刷方平台处理。

为提升该路段设施的抗毁能力确保安全畅通，结合现场工程条件及工程地质条件，参考省内高边坡处理情况，决定高边坡上方采用预应力锚索框架梁技术对该处边坡进行加固处理。

3　加固设计方案

3.1总体设计

由于该边坡滑坡已经处于蠕动挤压～缓慢滑动阶段，根据边坡滑坡产生特点、地质条件、范围、规模及地形条件，采用在第一级刷方平台设6片预应力锚索框架梁，在第二级刷方边坡设C20砼方格骨架防护方案进行治理，在框架及骨架内部区域露土边坡设三维植草防护，在刷放边界后5～8m稳定地带设C20砼截水沟。预应力锚索框架梁加固设计方案如图1所示。

3.2构造设计要求

(1)锚索框架梁：第一级刷方平台布置C25锚索框架一排6片，框架高10m，宽8m，每片设置4孔预应力锚索。

(2)预应力锚索与锚固深度：锚索采用压力分散型结构，每孔锚索采用6根Ф15.24高强度低松弛无粘结钢绞线组成，锚固长度根据地质情况为20～25m。

3.3灰浆配合比

锚索注浆采用水灰比0.4～0.5的纯水泥浆水泥采用PO52.5R，其中锚固段遇土质或砂土状强风化岩层且富水时应采用二次高压劈裂注浆法来提高地层锚固力。为了提高灰浆的早期强度，减少浆体收缩，在灰浆中加入适量的减水剂、早强剂和膨胀剂。各种外加剂均不能含有对钢绞线有腐蚀的成份，如硫酸根离子、氯离子、硫化物等。

为加速进度，在浆液中掺加0.3‰～0.5‰的早强剂(占水泥重量)，保证7d抗压强度R7≥25～30MPa。

4　施工工序及施工方法

4.1锚索工程施工工序

锚索主要施工工序为：施工准备、测量定位、施工平台搭设、钻孔、制锚、下锚、注浆、安装锚具、张拉锁定及封锚。

4.2施工方法及要求

4.2.1施工准备及测量定位

按工程要求进行设备机具和材料准备。测量定位是按照设计的锚索平面布置图，根据设计图提供的控制点坐标，定出锚索孔钻孔孔位。

4.2.2施工平台搭设

锚索施工平台搭设在斜坡脚手架上，并铺放木板作为施工平台，平台宽度不小于3m，应能承受3t以上的水平推力，平台的临空面应设置安全栏杆。在脚手架上安装钻机，要求钻机钻孔方位角、倾角及钻孔位置都应符合设计要求，检查无误后将钻机固定。

4.2.3钻孔

钻机在排架上定位根据测量放线及预埋孔的位置进行。钻机定位完成以后，根据设计的钻孔方位角和倾角，用罗盘对钻杆进行定位。钻机及其钻杆的位置确定以后，再用紧固件将其与排架、边坡边接紧固。

钻机位置确定以后，进行钻孔。本次预应力锚索钻孔难度大，为了提高成孔效率，保证工程顺利进行，根据地层具体情况，采用以下钻进工艺方法。

(1)正常钻进

①钻具组合：钻头→潜孔冲击器→扶正器→满眼钻杆→扶正器→镶有合金的取粉管→普通钻杆→主动钻杆。

②钻进参数：转速20～40rpm；钻压20kN，(钻压要考虑斜孔时与孔壁摩擦的压力损失)。

风压及风量：最低要求风量达到12m3/min，风压在0.6MPa以上。

③钻进技术措施

由于地层覆盖层较厚，有易塌的破碎带，且是斜孔钻进，钻进时以观察排屑情况为主。提钻时若遇探头石阻卡，可旋转钻具用取粉管上的合金破碎探头石，提出钻具。若裂隙过多排屑不良，可考虑泡沫钻进(在干空气中加入发泡剂，泡沫在地层中由贾敏效应封住裂隙，并带出岩屑)。

(2)跟管钻进

①偏心扩孔钻具跟管钻进

在地层特别硬和块度较大时，采用偏心扩孔钻具跟管钻进。跟管钻进操作规程应严格按照有关专门技术人员的要求执行。

②同轴跟管钻进

在用扩孔钻进钻到易塌层后，如钻孔在取出钻具后不能下入套管，则需用同轴跟管钻进的方法跟管护壁。

在已用同轴跟管护壁方法护住一段裂隙，钻孔往前延伸时若又遇另一层垮塌层，可再下入同轴跟管钻具将套管跟入前一个垮塌层护壁。

4.2.4制锚

(1)搭设编索平台

可在平整场地上架设高约0.5m、宽1.5m的工作台架，搭设专门的编索平台，编索平台应当平直。

(2)钢绞线的截断

钢绞线用无齿锯(砂轮机)截断，其长度根据孔深和外锚段的长度确定，一般为孔深加1.5m。

(3)编号

编索时，将截好的钢绞线平顺地摆在架上，逐根检查，剔除有损伤的钢绞线，清除钢绞线表面的浮锈污物和泥土，钢绞线和各种管路应当平顺放置在工作台上，对外锚段进行编号。

(4)安装聚乙烯管

将单根钢绞线的自由段套装聚乙烯管内，聚乙烯管靠近锚固段底部处密封封口。

(5)防腐

在自由段锚索钢绞线与聚乙烯管之间的空隙应当用防腐油脂涂抹，对锚头的防腐主要是在垫板下部注入油脂，且充填整个空间。

(6)对中支架和隔离环的制作安装

对中支架的作用是控制锚索在孔内能具有一个完整的、封闭的永久保护层。内锚固段每隔1m安装一个对中支架，张拉段(自由段)每隔1.5m安装一个对中支架。注浆管沿对中支架中心孔穿过，直到距孔底约400mm处，支架与支架之间用无锌铅丝将钢绞线绑扎，松紧程度应使注浆管能够活动，使整个锚索体呈枣核状。在锚索底部装上顶帽，锚索顶帽距孔底的距离为100mm。

(7)锚索进回浆采用外径为25mm的聚乙烯塑料管。

(8)检查锚固段长度及各部件安装是否正确。锚索编好后，应再次检查各部分长度及各部件安装是否正确，无误后挂牌编号备用。

4.2.5下锚

锚索入孔前应先用与锚索束直径相同的探头探孔，确定钻孔畅通及确认孔深，下锚前仔细核对孔深与锚索长度、编号是否相符。把对号锚索用人工搬运至孔口。为防止下索过程中，折弯锚索，可用钢管脚手架在锚孔倾斜的垂直面搭设导向架或人工运送操作平台。集中人力，将锚索送入孔内。下索过程中应防止锚索扭曲。下索中途如果受阻，须将锚索退出来，用钻机扫孔待畅通后再下。

4.2.6注浆

注浆采用孔底压力反向注浆，全孔注浆一次完成。注浆压力为200～300kPa。灰浆用搅拌机拌和，然后灰浆通过注浆机压注，经注浆管进入锚固段。在灰浆浆液从孔口溢出并且溢出的灰浆与灌入的砂浆颜色、水灰比基本一致时，停止送料，24h对注浆饱满程度进行检查，若有收缩或沉降，则应补浆。为了确保锚固段的注浆长度，避免多注或少注，在注浆的过程中采用定量注浆结合钻孔过程中成孔的情况进行控制。为了保证注浆的可靠性和密实度，必要时可采用真空负压辅助注浆措施。每次注浆情况进行注浆施工记录，并结合有关情况分析注浆施工质量。在砂浆未完全固化前，不得拉拔和移动锚索。

灰浆强度的控制措施：在配料时严格按照批准的配合比进行配料，每次灌浆随机抽取1～2组试样块进行强度测试，并反馈到施工中。

4.2.7锚索框架梁施工

锚索框架梁采用C20混凝土整体浇注。框架梁施工前，要先将该部分边坡进行修整，并开挖框架梁槽。清除基础表面松土，铺垫2～5cm砂浆调平层，然后进行钢筋制作安装，钢筋接头需错开，同一截面钢筋接头数不得超过钢筋总根数的1/2，且有焊接接头的截面之间的距离不得小于1m。安装钢筋时应注意锚索钢管的埋设和锚锭板及锚具的定位。如锚索与竖梁箍筋相干扰，可局部调整箍筋的间距。模板安装时应注意保护层的控制和模板的加固牢靠。最后进行混凝土浇筑，混凝土浇筑时，尤其在锚孔周围，钢筋较密集，一定要仔细振捣，保证质量。

4.2.8安装锚具

待浆体达到设计强度后，装上合格的锚具，做好张拉准备工作。

4.2.9张拉锁定

(1)标定

张拉前应对所有张拉设备进行标定，绘出千斤顶出力F(kN)与压力表读数P(MPa)曲线，作为锚索张拉时的依据。标定时，千斤顶的最大出力应高于锚索超张拉时的值。在使用中如有振动冲击损坏压力表或者断丝冲缸的情况，需对张拉设备进行重新标定。

(2)张拉锁定

张拉前，要计算每根锚索钢绞线的理论伸长值。

对外锚固段进行清理，去掉外面的防腐管，洗去油污。安装工作锚具、夹片、限位板、千斤顶及工具锚、工具锚夹片，安装前工作锚具的锥孔及夹片表面应保持清洁，为便于卸下工具锚，工具锚上孔的排列位置须与前端工作锚的孔位一致，不允许在千斤顶穿心孔中钢绞线发生交叉现象，并在工具锚夹片上涂抹退锚灵。

锚索正式张拉前，应取10％～20％的设计张拉荷载，对其预张拉1～2次，使其各部位接触紧密，钢绞线完全平直。

锚索张拉分级如下：预张拉→0.1设计值→0.25设计值→0.5设计值→0.75设计值→1.0设计值→1.1～1.2设计值→卸荷至设计锁定值→锁定。每级稳压时间为5min，到达超张拉值稳压10min。加载要平稳，速率控制在设计值0.1/min，卸载速率不超过设计值0.2/min。张拉时应记录每一级荷载钢绞线伸长值和稳定过程中的伸长值，且与理论伸长值进行比较。实测伸长值不得大于理论伸长值10％，也不得小于理论伸长值的5％，否则应查明原因并作相应的处理。锁定时，钢绞线回缩量不大于5mm或荷载损失不大于5％。张拉过程中，应准确记录油压表编号、读数、千斤顶伸长值、夹片外露段长度等。

锁定后，暂不切除多余钢绞线，待全部锚索施工完毕后，根据监测出的锚索预应力损失情况，对预应力损失严重的锚索进行补偿张拉。再切去多余钢绞线，将钢绞线上露头、锚具、钢垫板表面水泥浆及锈蚀等清除干净，进行防腐处理。

4.2.10张拉过程中锚墩位移监测

在张拉过程中，除了要对各组钢绞线张拉力进行监测外，还要对锚墩位移进行严格精确的监测，要根据锚墩的配筋情况和设计单位给出的锚墩允许的内倾位移等情况来确定张拉锁定进程，当内倾位移达到允许值时，要停止张拉，分析原因，防止锚墩因锚索张拉力过大造成内倾破坏。

4.2.11封锚

对预应力损失严重的锚索进行补偿张拉后，从锚具量起，留10cm长钢绞线，将多余部分切除，将钢绞线上露头、锚具、钢垫板表面水泥浆及锈蚀等清除干净，进行防腐处理。将锚索台座接触面凿毛，涂刷一层与封锚砼水泥同等性质的水泥浆液，然后用C25砼浇筑锚固头封锚。

5　施工质量控制要点

5.1钻孔定位

锚索钻孔孔位、孔径、孔深、方位角、倾角，及内锚固长度等施工中要严加控制。造孔精度要求如下：

⑴锚索钻孔孔位在坡面上误差不得超过+10mm，高程误差不得超过+100mm。

⑵孔斜误差：成孔后，用孔斜仪量测，孔斜不超过1％。

⑶钻孔倾角误差不得超过+1.0°方位误差不得超过+ 2.0°。

5.2钻孔过程

⑴钻进方式：采用无水干钻形式。在覆盖层厚、破碎、易垮塌层等复杂地层中，采用潜孔锤偏心跟管钻进成孔，保证成孔质量，保证锚索顺利安装到位。钻进中要采取调整钻进参数、保证粗径钻具刚性、增强导正性、控制钻进速度等有效措施，保直，防斜。

⑵钻进过程：钻进过程中应当对每个孔的地层变化、钻进状态、地下水及一些特殊情况作好现场施工记录。如遇到塌孔缩孔等不良钻进现象时，应立即停钻，及时进行固壁灌浆处理(灌浆压力0.1～0.2MPa),待到水泥砂浆初凝后,重新扫孔钻进。

⑶孔径深度:钻孔孔径不小于设计值,为确保锚孔直径，使用的钻头直径不小于设计孔径，必须保证锚索孔深大于设计孔深值0.2m以上。

⑷锚孔清理：钻孔达到设计深度要清洗孔底和孔壁上粘着的钻屑，并进行钻孔质量的验收确认。

⑸钻进过程中应注意观测钻进速度，返回介质的成分与数量，地下水位变化等情况，发现异常及时记录和反馈，不留隐患。

⑹锚孔检验：严格按照相关规范进行锚孔检验。

5.3锚索制作

必须在有遮盖的棚内，在工作台上制作，钢绞线材质、下料长度、下料方法，除油、除锈、防锈、编索等过程，应在有专业知识的工程技术人员和技工的指导参与下，按设计及规范的要求精心制作。编索完成后一定要有明确的标牌编号，以便对号入座。钢绞线强度、排列位置、锚索长度、对中支架密度等必须符合设计要求。

5.4注浆

所用水泥应选用具有高早强、微膨胀、可灌注性好，且对钢绞线不产生锈蚀的配方，按配比充分搅拌后，用UBJ-2型注浆泵通过锚索体中的注浆管均送入孔内，注意控制注浆压力，保证浆液在孔内饱满，必要时采用真空负压辅助注浆。

5.5锚索台座

混凝土强度、钢垫板平面与锚索轴线垂直情况、张拉荷载、锁定荷载、锚具锚头保护层等都是与锚索质量密切相关的施工环节，必须按设计要求执行。

5.6张拉

千斤顶的轴线应与锚索一致，锚具夹片和锚索张拉部分不得存在泥沙锈蚀和其它污物，应先单根预张拉后再分单元采用差异分步张拉，张拉时，加载要平衡，速率控制在设计预应力值的0.1min,卸载速率控制在0.2/min。超张拉值应通过试验及综合因素引起的应力损失决定，一般取设计应力的10～20％，在压力表稳定后，达到设计稳压时间，即可锁定，然后封锚。

5.7记录

锚索加固工程具有隐蔽性强和专业独特的特点，在施工中必须要有详细记录备案。