邊坡工程中壓力分散型錨索施工技術(shù)

袁 波，吳國(guó)華，周富榮

(浙江省第十一地質(zhì)大隊(duì)，浙江溫州 325006)

邊坡工程中壓力分散型錨索施工技術(shù)

袁 波，吳國(guó)華，周富榮

(浙江省第十一地質(zhì)大隊(duì)，浙江溫州 325006)

壓力分散型錨索是一種新型單孔復(fù)合錨固體系，其在同一錨索孔中設(shè)置多個(gè)單元錨索，各單元錨索具有各自不同的自由長(zhǎng)度和錨固長(zhǎng)度，并通過預(yù)先的補(bǔ)償張拉，使錨索的集中拉力分成為多個(gè)較小且荷載數(shù)值相等的分散壓力分別作用于各單元錨索的錨固段上。結(jié)合330國(guó)道K17+440～695段路基邊坡治理的工程實(shí)踐，論述了壓力分散型預(yù)應(yīng)力錨索的施工工藝以及在施工及工程運(yùn)行管理中應(yīng)注意的一些要點(diǎn)。

邊坡工程;壓力分散型錨索;單孔復(fù)合錨固體系;差異補(bǔ)償張拉

我國(guó)的錨索技術(shù)始于1964年，而后隨著巖土工程的多樣化、復(fù)雜化和錨索的大量用于工程，錨索的種類和形式也出現(xiàn)了多樣化。壓力分散型錨索是在荷載集中型錨索基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型單孔復(fù)合錨固體系［1］。其在同一錨索孔中設(shè)置多個(gè)單元錨索，各單元錨索具有各自不同的自由長(zhǎng)度和錨固長(zhǎng)度，并通過預(yù)先的補(bǔ)償張拉，使錨索的集中拉力分成為多個(gè)較小且荷載數(shù)值相等的分散壓力分別作用于各單元錨索的錨固段上。因其具有錨固段分段受壓，可設(shè)置高承載力，防腐及耐久性能好等顯著特點(diǎn)，近10年來，在我國(guó)得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，工程應(yīng)用十分廣泛。

1 工程概況

330國(guó)道K17+440～695路段左側(cè)為一高陡路塹邊坡，坡長(zhǎng)255 m，坡高90余m，坡度50°以上，邊坡山體地質(zhì)條件復(fù)雜，活動(dòng)頻繁，曾多次發(fā)生滑坡、坍塌事故，造成路面堵塞、交通中斷、路邊多處民房損毀。為消除隱患，該處邊坡采用“清坡刷方+錨固+TBS植草”的方案進(jìn)行治理。刷坡后邊坡分為6級(jí)(邊坡設(shè)計(jì)斷面如圖1)。其中第二級(jí)坡面設(shè)計(jì)用壓力分散型預(yù)應(yīng)力錨索框架加固。共布設(shè)136根拉力1000 kN的壓力分散型預(yù)應(yīng)力錨索(共分17片框架)。錨索間距4 m×5 m，長(zhǎng)度23～30 m，孔徑150 mm，傾角20°。每根錨索分為4個(gè)單元，每個(gè)單元由2根φ15.24 mm 1860 MPa級(jí)高強(qiáng)度低松弛無粘結(jié)鋼絞線組成。單元錨索鋼絞線內(nèi)錨于鋼質(zhì)承載體上，錨固段總長(zhǎng)10 m，各單元錨索錨固長(zhǎng)度均為2.5 m。注漿體為M40水泥漿液。錨索結(jié)構(gòu)如圖2。

工程區(qū)內(nèi)自下而上所揭露地層分別為:

(1)上侏羅統(tǒng)九里坪組(J3j):分布于標(biāo)高較低處及邊坡坡面上，巖性為紫紅、灰、灰白色流紋質(zhì)玻屑凝灰?guī)r、沉凝灰?guī)r。

(2)下白堊統(tǒng)館頭組(Klg):覆蓋于九里坪組(J3j)之上，主要分布于山體上部，巖性為灰白色含巖屑粗砂巖、粉砂巖、含礫巖屑粗砂巖，礫石成分為流紋質(zhì)玻屑凝灰?guī)r。

(3)坡積層(Qdlel):主要分布于山體淺表部，巖性為黃褐、黃棕色粉質(zhì)粘土夾碎石，厚度0.5～3.0 m不等。

圖1 邊坡設(shè)計(jì)斷面圖

圖2 壓力分散型錨索結(jié)構(gòu)圖

2 施工工藝

壓力分散型錨索施工工藝流程為:施工準(zhǔn)備→搭設(shè)鉆孔平臺(tái)→鉆機(jī)就位→造孔→錨索制作→錨索安裝→注漿→砼框架澆筑→錨索張拉、鎖定→補(bǔ)漿及封錨。

2.1 錨索造孔

本工程采用MD－50型氣動(dòng)沖擊型潛孔鉆機(jī)配15 m3/min空壓機(jī)進(jìn)行鉆孔作業(yè)。鉆孔前，搭設(shè)好施工作業(yè)平臺(tái)，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量放樣標(biāo)出孔位，鉆機(jī)嚴(yán)格按設(shè)計(jì)孔位、傾角和方位準(zhǔn)確就位。鉆孔采用干式鉆進(jìn)，嚴(yán)禁給水鉆進(jìn)和泥漿護(hù)壁。鉆孔過程中，作業(yè)人員要嚴(yán)格控制鉆速、鉆壓，以保證鉆孔平直，不發(fā)生偏斜、扭曲或者變徑現(xiàn)象。遇到破碎地層，可采用套管跟進(jìn)工藝或者對(duì)鉆孔固結(jié)灌漿處理后重新鉆進(jìn)的方法進(jìn)行施工。施工結(jié)束，為保證有效深度不小于設(shè)計(jì)孔深，鉆孔應(yīng)有50～100 cm的超深長(zhǎng)度。并使用高壓風(fēng)將孔內(nèi)巖(土)粉及積水清除出孔外，保證孔壁清潔。

2.2 錨索制作

壓力分散型錨索下料長(zhǎng)度根據(jù)各單元不同的錨固段長(zhǎng)度、自由段長(zhǎng)度、錨頭長(zhǎng)度、張拉長(zhǎng)度之和截取，誤差≯±50 mm。鋼絞線下料應(yīng)采用機(jī)械切割，不得采用電弧。錨索組裝前，要認(rèn)真檢查索體，確保鋼絞線排列順直，不交叉、不扭轉(zhuǎn)、無死彎、無機(jī)械損傷及套管破損現(xiàn)象，并分別做好標(biāo)記，以免混淆。承載體按設(shè)計(jì)間距2.5 m在索體下側(cè)分別安裝，擠壓頭組裝要準(zhǔn)確安裝擠壓套、擠壓簧，擠壓頂進(jìn)應(yīng)均勻、充分，嚴(yán)格控制擠壓工藝質(zhì)量，確保單根擠壓強(qiáng)度不低于設(shè)計(jì)值。注漿管捆綁在索體中心，捆綁時(shí)要注意控制松緊程度，既要保證不致于松脫，又要保證注漿時(shí)能順利拔出，注漿管管頭應(yīng)距索體末端5～10 cm。錨索底端加設(shè)留有溢漿孔的導(dǎo)向帽，導(dǎo)向帽點(diǎn)焊于最前端承載體上，點(diǎn)焊時(shí)不得損傷鋼絞線。錨索體組裝好后，所有鋼質(zhì)部分涂刷防腐油漆。

2.3 錨索安裝

2.4 錨孔注漿［2］

錨孔注漿應(yīng)在錨索安裝好后盡快施工。本工程注漿采用UBJ3.0型擠壓式注漿機(jī)作業(yè)。注漿體為摻入1.8～2.0 kg/m3聚丙烯腈纖維(PAN)的M40水泥漿。錨索注漿前，應(yīng)檢查注漿機(jī)具狀況，并在管路連接完成后進(jìn)行壓水試驗(yàn)，確保機(jī)具和管路運(yùn)轉(zhuǎn)良好。注漿漿液必須采用機(jī)械攪拌，攪拌時(shí)間≮2 min且保證漿液攪拌均勻，隨拌隨用，漿液水灰比控制在0.4～0.45之間。注漿采用孔底返漿方法，不得孔口灌漿，中途隨著漿液的注入緩慢的向外抽拔注漿管，但必須保證注漿管口始終有一段處于漿液內(nèi)部，直至孔口溢出漿液且其濃度和注入漿液濃度相當(dāng)為止。注漿壓力不得小于設(shè)計(jì)值。注漿完成后，若錨孔孔口漿液面回落，應(yīng)在30 min內(nèi)進(jìn)行壓漿補(bǔ)足。注漿完成24 h內(nèi)，不得對(duì)錨索進(jìn)行擾動(dòng)。漿體強(qiáng)度未達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的70%時(shí)，不得在錨索上懸掛重物和拉綁碰撞，以免破壞注漿體。

2.5 砼框架梁澆筑

本工程錨索框架梁砼強(qiáng)度等級(jí)C30，共17片?？蚣芰喊雌┕?，相鄰兩片框架之間留2～3 cm寬伸縮(沉降)縫一道。砼采用JZ350型攪拌機(jī)攪料，HB－30B型砼泵送料入倉，機(jī)械振搗。砼施工前，必須將波紋鋼管、螺旋筋、錨墊板按設(shè)計(jì)要求放入錨索節(jié)點(diǎn)處，保證其軸線和鉆孔軸線方向一致，并牢靠地固定在節(jié)點(diǎn)鋼筋上。砼澆筑時(shí)，保證砼料均勻，具有良好的保水性和可泵性，并及時(shí)振搗。振搗時(shí)，既要保證砼密實(shí)、無漏振，又不得使鋼筋和節(jié)點(diǎn)處的錨具移動(dòng)。砼施工時(shí)，應(yīng)同步取樣進(jìn)行同條件養(yǎng)護(hù)，以掌握框架梁砼的強(qiáng)度狀況，為錨索張拉提供詳實(shí)的數(shù)據(jù)資料。

2.6 錨索張拉

2.6.1 張拉方法及原理［3］

采用差異補(bǔ)償張拉法進(jìn)行張拉。其原理是從最大變形量(自由長(zhǎng)度最大)的單元錨索起按次序先后張拉以補(bǔ)償各單元錨索的變形位移差，在到達(dá)最小變形量的單元錨索后，再同時(shí)張拉全部單元錨索，直至達(dá)到設(shè)計(jì)要求荷載。相關(guān)參數(shù)及計(jì)算公式如下。

(1)每個(gè)單元錨索的變形量Si(mm)

式中:Qmax——錨索最大荷載，kN;Li——每個(gè)單元錨索的長(zhǎng)度，mm;Es——鋼絞線的彈性模量，GPa;As——每組鋼絞線的截面積，mm2;n——單元錨索數(shù)量。

(2)單元錨索的預(yù)加荷載Qi(kN)

取適當(dāng)大于Qi的荷載。

2.6.2 張拉工藝

本工程張拉設(shè)備采用YCW150A型液壓千斤頂。張拉的具體作業(yè)步驟如下。

(1)分次序差異補(bǔ)償張拉。首先將工具錨夾片安裝在最大變形單元錨索上，自Q1(Q1=0)加壓張拉至Q2止。然后，在不放松最大變形量單元錨索的狀態(tài)下，再將工具錨夾片裝上次大變形量單元錨索，加壓張拉至Q3;同理，再至再次級(jí)變形量單元錨索，加壓張拉至Q4;直至張拉到壓力分散型錨索的初始荷載Q0為止。

(2)按照荷載分級(jí)進(jìn)行錨索的張拉和鎖定。錨索在補(bǔ)足差異荷載后，按110% ～115%的設(shè)計(jì)荷載分3～5級(jí)進(jìn)行整體張拉，并且在各分級(jí)荷載張拉到位后持荷5～10 min，最后一級(jí)荷載持荷穩(wěn)定15～30 min后進(jìn)行鎖定。

錨索張拉時(shí)采用應(yīng)力應(yīng)變雙控法［3］控制，以張拉荷載主控，伸長(zhǎng)量校核。當(dāng)實(shí)際伸長(zhǎng)量與理論值相差大于5%時(shí)，應(yīng)暫停張拉，待查明原因采取措施后方可繼續(xù)張拉。錨索鎖定后48 h內(nèi)加強(qiáng)觀察，若發(fā)現(xiàn)存在明顯的預(yù)應(yīng)力損失，必須及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)償張拉。

2.7 補(bǔ)漿及封錨

錨索張拉鎖定后，即可對(duì)錨頭下的空隙采用一次注漿時(shí)的同質(zhì)同強(qiáng)度等級(jí)漿液進(jìn)行二次補(bǔ)漿，補(bǔ)漿應(yīng)做到飽滿，不留空隙。錨索外露鋼絞線用手提式切割機(jī)切除，切除后必須保證鋼絞線外露長(zhǎng)度≮5 cm，嚴(yán)禁采用電弧切割。最后為了防止錨頭銹蝕和增加美觀，按設(shè)計(jì)要求采用和錨索框架梁同強(qiáng)度等級(jí)的砼對(duì)錨索錨頭進(jìn)行封錨處理。

3 結(jié)語

壓力分散型錨索的受力結(jié)構(gòu)合理，且有利于防腐，在承載力和耐久性要求高的重要和永久工程應(yīng)用中，其優(yōu)勢(shì)明顯。但同時(shí)由于其自身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在錨索施工和工程運(yùn)行過程中，做好以下工作也至關(guān)重要。

(1)壓力分散型錨索通過差異補(bǔ)償張拉方法來實(shí)現(xiàn)使各單元錨索的拉應(yīng)力大致相等，張拉質(zhì)量的好壞直接影響著錨索內(nèi)部的荷載分布及受力情況，張拉不當(dāng)甚至?xí)l(fā)生單元錨索鋼絞線斷裂，從而造成整根錨索的損毀。施工時(shí)必須嚴(yán)格控制張拉作業(yè)質(zhì)量。

(2)預(yù)應(yīng)力損失以及外部因素(如錨固介質(zhì)上荷載變化、受到?jīng)_擊等)的變化都將導(dǎo)致錨索的各單元錨束拉應(yīng)力不能保持一致，受力不均，錨索的受力狀況發(fā)生改變，這對(duì)于壓力分散型錨索尤其不利［4］。因此應(yīng)加強(qiáng)管理，盡量避免和減少這些情況的發(fā)生。

［1］趙長(zhǎng)海.預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)［M］.北京:中國(guó)水利水電出版社，2001.

［2］中國(guó)巖石力學(xué)與工程學(xué)會(huì)巖石錨固與注漿技術(shù)專業(yè)委員會(huì).錨固與注漿技術(shù)手冊(cè)［M］.北京:中國(guó)電力出版社，1999.

［3］程良奎，等.巖土錨固［M］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2003.

［4］吳國(guó)華.淺談?lì)A(yù)應(yīng)力錨索的預(yù)應(yīng)力損失及預(yù)防措施［J］.巖土錨固工程，2006，(1).

［5］GB 50086－2001，錨桿噴射混凝土支護(hù)技術(shù)規(guī)范［S］.

Construction Technology of the Pressure-dispersive Anchor Cable in the Slope Engineering

YUAN Bo，WU Guohua，ZHOU Fu-rong(11thGeological Team of Zhejiang Province，Wenzhou Zhejiang 325006，China)

The pressure-dispersing anchor cable is a new type of single-hole composite anchorage system developed in recent years.Several unit cells are set in the same hole，each unit cell with different free length and anchor cable length.By the preliminary compensate tension，the concentration tensile of cable are divided into several small dispersive pressure with equal load value，which respectively acts on cable segment of each unit anchorage.With the engineering practice of slope treatment of K17+440～695 subgrade of 330 national highway，this paper discusses the construction technology of pressure dispersion pre-stressing cable and some key points which should be paid attention in the construction and engineering operation.

slope project;pressure-dispersive anchor cable;single-hole composite anchorage system;tension compensation for difference

P642

A

1672－7428(2011)10－0070－04

2011－06－10

袁波(1970－)，男(漢族)，浙江桐廬人，浙江省第十一地質(zhì)大隊(duì)副隊(duì)長(zhǎng)、工程師，探礦工程專業(yè)，從事巖土工程及探礦工程技術(shù)及管理工作，浙江省溫州市甌海區(qū)站前路199號(hào)地質(zhì)大廈16樓，dzyb2851@126.com。