淺談?lì)A(yù)應(yīng)力錨索高邊坡動(dòng)態(tài)加固設(shè)計(jì)在客專工程中的應(yīng)用

李俊杰

（中鐵十六局集團(tuán)，北京100051）

0 前言

隨著人們對(duì)錨索技術(shù)研究的深入和對(duì)錨固技術(shù)的逐步提高，以及相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，邊坡預(yù)應(yīng)力錨索加固技術(shù)已廣泛地用于巖土加固工程的各個(gè)領(lǐng)域。預(yù)應(yīng)力錨索是通過主動(dòng)建立的后張預(yù)應(yīng)力場，來抑制減低、消除天然力場對(duì)工程地質(zhì)體或構(gòu)筑物所造成的危害。它能充分調(diào)用工程地質(zhì)體或構(gòu)筑物自身潛在的穩(wěn)定性并改善其內(nèi)部應(yīng)力狀態(tài)。在客運(yùn)專線建設(shè)中多用于多山地區(qū)，不穩(wěn)定路基高邊坡的動(dòng)態(tài)加固，適用于構(gòu)造發(fā)育的巖質(zhì)路塹高邊坡,順層及滑坡地段,軟硬質(zhì)巖互層路塹高邊坡地段。

1 工程概況

石武客運(yùn)專線SWZQ-9標(biāo)DK1040+599.03～DK1041+258.26段路基設(shè)計(jì)為深路塹路基，DK1040+854～895左側(cè)樁頂一級(jí)邊坡和DK1040+875～915、DK1041+061～080、DK1041+190～235右側(cè)樁頂一級(jí)邊坡路塹開挖完成后形成最高約22m的軟硬質(zhì)巖互層路塹高邊坡地段。通過對(duì)該邊坡位移監(jiān)控量測和動(dòng)態(tài)分析，決定采用預(yù)應(yīng)力錨索框架梁加固技術(shù)。

2 地質(zhì)描述

該段路基的路塹邊坡經(jīng)過的地質(zhì)為二長花崗巖，山體表層為坡殘積粘性土，巖層從上至下以次為全風(fēng)化花崗巖、強(qiáng)風(fēng)化花崗巖和弱風(fēng)化花崗巖。DK1040+875～915右側(cè)樁頂一級(jí)邊坡開挖后，坡體破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育，且傾角傾向路基，坡體表現(xiàn)為坡殘積粘性土，全風(fēng)化變粒巖和塊狀強(qiáng)風(fēng)化變粒巖，在塊狀強(qiáng)風(fēng)化變粒巖和全風(fēng)化變粒巖之間有一明顯的結(jié)構(gòu)面，邊坡自穩(wěn)能力差。受當(dāng)?shù)剡B續(xù)降雨影響，二級(jí)邊坡坡體及平臺(tái)整體向路基方向滑移，且有發(fā)展的趨勢，導(dǎo)致一、二級(jí)邊坡整體滑塌趨勢。

3 高邊坡動(dòng)態(tài)分析

邊坡開挖后,破壞了原山體的結(jié)構(gòu),形成了臨空卸荷條件，坡體暴露時(shí)間過長,裂隙張開,結(jié)構(gòu)面松弛,有利于邊坡沿最不利結(jié)構(gòu)面下滑,在已開挖的坡體中形成一潛在的滑移面,會(huì)促使陰影部分坡體向滑坡方向發(fā)展（見圖1）。

圖1 DK1040+875～915右側(cè)邊坡斷面分析圖（單位：m）

其不利因素主要有以下幾個(gè)方面。

3.1 降雨影響

雨季的大量降雨,會(huì)使圖中陰影部分坡體由于雨水下滲的影響,增大含水量,從而增大坡體的重量,減少土體粘聚力,促使下滑力增大,誘發(fā)滑坡。

3.2 地質(zhì)因素

從已開挖的坡體主要表現(xiàn)為頂部坡殘積粘性土，中間全風(fēng)化變粒巖和底層塊狀強(qiáng)風(fēng)化變粒巖，在塊狀強(qiáng)風(fēng)化變粒巖和全風(fēng)化變粒巖之間形成能滲水的潛在滑移面。由塊狀巖石組成的邊坡，坡體本身是穩(wěn)定的，但邊坡的局部坡段有極發(fā)育的貫通節(jié)理,節(jié)理面上有變質(zhì)礦物夾層綠泥巖,給邊坡提供了滑移面。局部地層受構(gòu)造作用的影響,巖層裂隙發(fā)育,巖體破碎,加之滲水的軟化作用,巖層力學(xué)強(qiáng)度降低,邊坡的自穩(wěn)能力變差,也是誘發(fā)滑坡的因素之一。

3.3 地形地貌因素

路塹邊坡背側(cè)的山體局部地方有自然形成的池塘,使坡體內(nèi)的水頭線得到保持,且增加了山體裂隙水及滯留地表水,增強(qiáng)了坡體的不穩(wěn)定因素。

4 預(yù)應(yīng)力錨索作用機(jī)理及加固措施

4.1 預(yù)應(yīng)力錨索作用機(jī)理

預(yù)應(yīng)力錨索框架加固防護(hù)是把錨索錨固在地層深部穩(wěn)固的巖體上,通過施加預(yù)應(yīng)力,使錨固范圍內(nèi)的坡體擠壓緊密,提高巖土的穩(wěn)固力和層間正壓力及摩阻力,阻止散巖體位移,從而達(dá)到加固邊坡的目的。圖1中通過對(duì)陰影部分坡體施加預(yù)應(yīng)力,把坡體錨固于潛在滑移面下穩(wěn)定的中微風(fēng)化變粒巖中,保持坡面狀態(tài)深入坡體內(nèi)部大范圍穩(wěn)定。通過錨索孔的高壓壓漿,漿液能充填坡體裂隙和空隙,提高了坡體內(nèi)破碎巖體的整體性和粘結(jié)強(qiáng)度,增強(qiáng)了坡體的整體穩(wěn)定性。

4.2 錨固系統(tǒng)的對(duì)比

錨索體按受力方式一般分為拉力型錨索、壓力型錨索等。拉力型錨桿是靠漿體與鋼鉸線間的粘結(jié)力，而壓力分散錨桿是靠漿體端部鋼質(zhì)承載體來傳力。拉力型錨索只有一個(gè)固定長度的錨固段,壓力型錨索的錨固段是由幾個(gè)單元的錨固段共同組成,結(jié)構(gòu)的不同導(dǎo)致傳力機(jī)制的不同。

根據(jù)該地段的地質(zhì)情況，設(shè)計(jì)的錨索長度為20 m，采用的是拉力型錨索，錨固段的長度為10 m，自由端的長度為10 m。

4.3 錨索的桿體結(jié)構(gòu)

錨索體由鋼絞線、導(dǎo)向帽、擴(kuò)張環(huán)、波紋管、錨墊板及錨頭等部件組成，根據(jù)其受力狀態(tài)可分三段。

錨固段：其作用是依靠漿體與周圍巖土之間的摩阻力來提供錨固力;

自由段：主要起傳力作用,長度與破碎巖層或滑體厚度有關(guān);

張拉段：指錨頭以外部分,為錨索張拉鎖定預(yù)應(yīng)力而預(yù)留,張拉鎖定后割斷鋼鉸線。

4.4 加固措施

對(duì)邊坡坡體的加固主要集中在中部,將坡體錨固于穩(wěn)定的底層塊狀強(qiáng)風(fēng)化變粒巖中，考慮錨固段中的力學(xué)參數(shù)，在該坡面一級(jí)邊坡上設(shè)計(jì)為錨索框架梁防護(hù)，錨索的線路方向間距為3 m，垂直方向錨索之間間距為3 m。錨索張拉力均采用400 kN,錨索框架梁中間采用掛網(wǎng)噴混植生防護(hù)。

5 施工工藝

預(yù)應(yīng)力錨索施工流程：施工準(zhǔn)備→錨孔鉆造→錨索制安→錨孔注漿→框架梁施工→錨孔張拉鎖定→驗(yàn)收封錨。

其主要施工環(huán)節(jié)有兩個(gè)：一是錨孔成孔，錨孔成孔的技術(shù)關(guān)鍵是如何防止孔壁坍塌、卡鉆；二是錨孔注漿，注漿的技術(shù)關(guān)鍵是如何將孔底的空氣、巖（土）沉渣和地下水體排出孔外，保證注漿飽滿密實(shí)。

5.1 施工準(zhǔn)備

鉆孔設(shè)備。巖層中采用潛孔鉆機(jī)成孔；在巖層破碎或松軟飽水等易于塌縮孔和卡鉆埋鉆的地層中施工，必要時(shí)采用跟管鉆進(jìn)技術(shù)。

5.2 錨孔鉆造

（1）錨孔測放。根據(jù)工程立面圖，按設(shè)計(jì)將錨孔位置準(zhǔn)確測放在坡面上，孔位誤差不得超過±20㎝。如遇既有刷方坡面不平順或特殊困難場地時(shí)，需經(jīng)設(shè)計(jì)監(jiān)理單位認(rèn)可，在確保坡體穩(wěn)定和結(jié)構(gòu)安全的前提下，適當(dāng)放寬定位精度或調(diào)整錨孔定位。

（2）鉆機(jī)就位錨孔鉆進(jìn)施工，搭設(shè)滿足相應(yīng)承載能力和穩(wěn)固條件的腳手架，根據(jù)坡面測放孔位，準(zhǔn)確安裝固定鉆機(jī)，并嚴(yán)格認(rèn)真進(jìn)行機(jī)位調(diào)整，確保錨孔開鉆就位縱橫誤差滿足規(guī)范要求。

（3）鉆進(jìn)方式：

鉆孔要求須采用風(fēng)動(dòng)鉆進(jìn)，禁止采用水沖鉆進(jìn)，確保錨索施工不致于惡化邊坡巖體的工程地質(zhì)條件和保證孔壁的粘結(jié)性能。鉆孔速度根據(jù)使用鉆機(jī)性能和錨固地層控制，防止鉆孔扭曲和變徑，造成下錨困難或其它意外事故。

（4）鉆進(jìn)過程：

鉆進(jìn)過程中對(duì)每個(gè)孔的地層變化、鉆進(jìn)狀態(tài)（鉆壓、鉆速）、地下水等情況作好施工記錄。如遇塌孔縮孔等不良鉆進(jìn)現(xiàn)象時(shí)，立即停鉆，及時(shí)進(jìn)行固壁灌漿處理（灌漿壓力0.1～0.2 MPa），待水泥砂漿初凝后，重新掃孔鉆進(jìn)。

（5）孔位孔深：

鉆孔孔位、孔深、斜度符合設(shè)計(jì)要求。為確保錨孔直徑，要求實(shí)際使用鉆頭直徑不得小于設(shè)計(jì)孔徑。為確保錨孔深度，孔深不小于設(shè)計(jì)孔深并且實(shí)際鉆孔深度大于錨索設(shè)計(jì)長度0.2 m以上。錨孔的傾斜度誤差不超過±2°.

（6）錨孔清理：

鉆進(jìn)達(dá)到設(shè)計(jì)深度后，不能立即停鉆，要求穩(wěn)鉆1～2 min，防止孔底尖滅、達(dá)不到設(shè)計(jì)孔徑。在鉆孔完成后，使用高壓空氣（風(fēng)壓0.2～0.4 MPa）將孔內(nèi)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(jié)強(qiáng)度。除相對(duì)堅(jiān)硬完整之巖體外，不得采用高壓水沖洗。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(shí)在周圍適當(dāng)部位設(shè)置排水孔處理。如果設(shè)計(jì)要求處理錨孔內(nèi)部積聚水體，一般采用灌漿封堵二次鉆進(jìn)等方法處理。

（7）錨孔檢驗(yàn)：

錨孔鉆造結(jié)束并經(jīng)現(xiàn)場監(jiān)理檢驗(yàn)合格后，進(jìn)行下道工序?？讖?、孔深檢查一般采用設(shè)計(jì)孔徑、鉆頭和標(biāo)準(zhǔn)鉆桿在現(xiàn)場監(jiān)理旁站的條件下驗(yàn)孔，要求驗(yàn)孔過程中鉆頭平順推進(jìn)，不產(chǎn)生沖擊或抖動(dòng)，鉆具驗(yàn)送長度滿足設(shè)計(jì)錨孔深度，退鉆要求順暢，用高壓風(fēng)吹驗(yàn)不存明顯飛濺塵碴及水體現(xiàn)象。同時(shí)要求復(fù)查錨孔孔位、傾角和方位，全部錨孔施工分項(xiàng)工作合格后，即可認(rèn)為錨孔鉆造檢驗(yàn)合格。

5.3 錨索體制作及安裝

安裝前，要確保每根鋼絞線順直，不扭不叉，排列均勻，除銹、除油污，對(duì)有死彎、機(jī)械損傷及銹坑處剔出。錨索在錨固段，每隔1.0 m設(shè)置一個(gè)對(duì)中支架，使錨索居中，自由段每隔1.0 m用細(xì)鐵絲綁扎，涂刷防銹油,套上Φ46 mm波紋管,管內(nèi)注滿黃油,兩段封閉,外繞工程膠布封閉固定。也可以每單根鋼絞線套一根Φ20～22 mm的PVC管，套管兩端10～20 cm長度范圍內(nèi)用黃油充填，外繞工程膠布固定。錨索的防銹、防腐處理應(yīng)滿足鐵路路基支擋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范中提出的各項(xiàng)技術(shù)要求。錨頭頂面必須與錨索軸線垂直。

安裝錨索體前再次認(rèn)真核對(duì)錨孔編號(hào)，確認(rèn)無誤后再用高壓風(fēng)吹孔，人工緩緩將錨索體放入孔內(nèi)，用鋼尺量出孔外露出的鋼絞線長度，計(jì)算孔內(nèi)錨索長度（誤差控制在50 mm范圍內(nèi)），確保錨固長度。

5.4 錨固注漿

注漿采用M35水泥砂漿,孔底注漿法，將自由段涂滿防銹油，套上波紋管，管內(nèi)注滿黃油，并嚴(yán)格封閉兩端，一次將錨索的錨固段和張拉段注滿，不能留空隙。砂漿經(jīng)試驗(yàn)比選后確定施工配合比。實(shí)際注漿量一般要大于理論的注漿量，或以錨具排氣孔不再排氣且孔口漿液溢出濃漿作為注漿結(jié)束的標(biāo)準(zhǔn)。注漿壓力一般不小于0.6～0.8 MPa,砂漿灌注必須飽滿密實(shí),第一次注漿完畢,水泥砂漿凝固收縮后,孔口應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)漿.注漿結(jié)束后，將注漿管、注漿槍和注漿套管清洗干凈，施工過程中，做好注漿記錄。

5.5 框架梁施工

框架梁采用C35混凝土現(xiàn)澆,框架梁縱梁采用0.6 m×0.5 m矩形截面,橫梁采用0.4 m×0.4 m矩形截面；首先基底先鋪墊砂漿調(diào)平層，再進(jìn)行鋼筋制作安裝，鋼筋接頭需錯(cuò)開，同一截面鋼筋接頭數(shù)不得超過鋼筋總根數(shù)的1/2，且有焊接接頭的截面之間的距離不得小于1 m。如錨索與豎梁箍筋相干擾，可局部調(diào)整箍筋的間距。在錨孔周圍鋼筋較密集，混凝土澆注要仔細(xì)振搗，保證質(zhì)量。

5.6 錨索張拉及鎖定、封錨

錨索張拉須在孔內(nèi)砂漿及錨梁混凝土等達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的70%后進(jìn)行,張拉前必須對(duì)張拉機(jī)具進(jìn)行標(biāo)定,避免出現(xiàn)應(yīng)力誤差。首先通過現(xiàn)場張拉試驗(yàn)，確定張拉鎖定工藝。錨索的張拉及鎖定分級(jí)進(jìn)行，每級(jí)按設(shè)計(jì)預(yù)應(yīng)力的25%遞增,每級(jí)穩(wěn)定5 min后,下一級(jí)才能進(jìn)行,最后一級(jí)超張拉110%,并穩(wěn)定20～30 min,為克服地層徐變等因素造成的預(yù)應(yīng)力損失，張拉完成6～10 d后再進(jìn)行一次補(bǔ)償張拉，然后加以鎖定。

補(bǔ)償張拉后，從錨具量起，留出長8～10 cm鋼絞線，其余部分截去，須用機(jī)械切割，嚴(yán)禁電弧燒割。最后用水泥凈漿注滿錨墊板及錨頭各部分空隙，然后對(duì)錨頭采用不低于20 MPa的混凝土進(jìn)行封錨，防止銹蝕和兼顧美觀。錨索張拉過程中應(yīng)對(duì)錨索伸長及受力做好記錄,核實(shí)伸長與受力值是否相符,為減少預(yù)應(yīng)力損失,總張拉力應(yīng)包括超張拉值,自由段為土層時(shí)超張拉值宜為15%～20%,自由段為巖層時(shí)超張拉值宜為10%～15%.

6 建議和體會(huì)

在錨索的設(shè)計(jì)、施工中，為確保高邊坡采用預(yù)應(yīng)力錨索加固的經(jīng)濟(jì)合理性、安全可靠度及驗(yàn)證錨索桿體預(yù)應(yīng)力的準(zhǔn)確性,用以確定巖土體力學(xué)參數(shù),在預(yù)應(yīng)力錨索施工前應(yīng)進(jìn)行錨索錨固試驗(yàn)（錨索拉拔實(shí)驗(yàn)）。該工程在DK1040+875～915右側(cè)樁頂一級(jí)邊坡設(shè)置五個(gè)試驗(yàn)孔,錨孔的自由段長度均為4 m，錨固段的長度分別為2 m、4 m、6 m、8 m和10 m。通過進(jìn)行拉拔試驗(yàn)，得出用邊坡預(yù)應(yīng)力錨索對(duì)該段邊坡進(jìn)行加固設(shè)計(jì)是合理的，錨索的設(shè)計(jì)噸位對(duì)于該段路基施工是安全可靠的，是合理的。

[1]楊曉東主編.錨固與注漿技術(shù)手冊(cè)[M]，北京：中國電力出版社.2009.