壓力分散型預(yù)應(yīng)力錨索施工要點分析

(福建省交通建設(shè)工程監(jiān)理咨詢有限公司，福州350003)

壓力分散型預(yù)應(yīng)力錨索施工要點分析

■吳建業(yè)

(福建省交通建設(shè)工程監(jiān)理咨詢有限公司，福州350003)

在工程實踐中，壓力分散型預(yù)應(yīng)力錨索錨固工程鑒于其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、施工關(guān)鍵工序多，從而對施工技術(shù)及質(zhì)量控制提出了更高的要求。本文結(jié)合廈蓉高速漳州段改擴建工程和溪互通A匝道邊坡工程，分析了壓力分散型預(yù)應(yīng)力錨索施工要點，就常見的施工質(zhì)量問題提出了解決措施，結(jié)論可為類似工程施工管理提供借鑒。

壓力分散型預(yù)應(yīng)力錨索施工工藝

1 引言

壓力分散型預(yù)應(yīng)力錨索一般采用2至4個結(jié)構(gòu)單元組成一個單孔復(fù)合型錨固體系，每個結(jié)構(gòu)單元采用兩根同樣長度的無粘結(jié)鋼絞線對稱固定在鋼制承載體圓盤同一直徑上，相鄰結(jié)構(gòu)單元一般間隔3～6m。預(yù)應(yīng)力張拉時，通過鋼絞線頂端的承載體圓盤將拉應(yīng)力轉(zhuǎn)為壓力作用在水泥芯柱(灌漿體)上，利用錨索孔壁的粘結(jié)力來分散張拉力，使得每根鋼絞線的受力都均勻而平衡進而實現(xiàn)對邊坡松動巖土體的錨固。壓力分散型錨索具有分段受壓，承載力高，耐久防腐性能好的特點，以其出色的安全性、經(jīng)濟性和有效性廣泛地運用于高邊坡的支撐與加固工程中。但同時，壓力分散型預(yù)應(yīng)力錨索由于其結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性且主體為地下隱蔽性工程，一旦失效邊坡將失穩(wěn)造成滑坡、溜坡等災(zāi)害，帶來極大的安全隱患和風(fēng)險。

下文將結(jié)合廈蓉高速漳州段改擴建工程和溪互通A匝道邊坡工程的實際施工管理，重點分析了壓力分散型預(yù)應(yīng)力錨索施工要點，并提出常見的施工質(zhì)量問題及解決措施。

2 工程概況

新建廈蓉高速漳州段改擴建工程A2合同段作為單向下行線穿行于高落差的群山峻嶺之中，全長8.13km無隧道。設(shè)計路段高邊坡預(yù)應(yīng)力錨索加固工程15處。該工程所在地南靖縣和溪鎮(zhèn)受地形地貌結(jié)構(gòu)影響，常年降水量豐沛，導(dǎo)致地下水發(fā)育豐富，次生斷裂帶較多，山體巖層產(chǎn)狀較紊亂，巖體破碎松散，節(jié)理裂隙發(fā)育，高邊坡以砂土狀強風(fēng)化花崗巖質(zhì)為主。已開挖未加固高邊坡受雨水沖刷，水土流失痕跡明顯。

其中和溪互通A匝道最高約68.1m，為二元結(jié)構(gòu)邊坡，上覆坡積粉質(zhì)粘土、殘積砂質(zhì)粉土、強風(fēng)化花崗巖；下伏碎塊狀強風(fēng)化花崗巖。由于該邊坡高度較大，穩(wěn)定性較差，設(shè)計采用以四束、六束、八束壓力分散型預(yù)應(yīng)力錨索進行加固。

3 壓力分散型預(yù)應(yīng)力錨索施工要點

3.1 施工工序

壓力分散型預(yù)應(yīng)力錨索施工的內(nèi)容包括施工準(zhǔn)備、造孔、錨索制作與安裝、注漿、砼結(jié)構(gòu)鋼筋制安及砼澆筑、錨索張拉鎖定、驗收、封錨等7個環(huán)節(jié)。施工工序如圖1所示。

圖1 壓力分散型預(yù)應(yīng)力錨索施工工序

3.2 造孔

主要內(nèi)容包括孔位測放、鉆機就位、施鉆、錨孔清理、錨孔檢驗。

錨孔鉆造成孔技術(shù)關(guān)鍵在于如何防止孔壁坍塌、卡鉆，一般可采用跟管鉆進技術(shù)或注漿固結(jié)后再次成孔來處理；在鉆孔施工過程中認(rèn)真做好記錄，內(nèi)容包括鉆進深度，地質(zhì)情況描述以及富水情況等；鉆孔在達到設(shè)計深度后要超鉆50cm，并穩(wěn)鉆3～5min防止孔底尖滅，及時利用高壓空氣將錨孔中的巖(土)粉塵排出孔外。嚴(yán)禁水鉆。

3.3 錨索制作與安裝

錨筋制作安裝錨筋制作前應(yīng)搭建高于地面50cm的制作平臺，下料應(yīng)整齊準(zhǔn)確，確保長度偏差不超過± 50cm。特別要強調(diào)的是，不同單元的鋼絞線在下料時的標(biāo)記一定要清晰、準(zhǔn)確、牢靠，防止不同單元混淆以致被超張拉而拉斷。擠壓頭的組裝，擠壓套、擠壓簧應(yīng)安裝準(zhǔn)確，擠壓頂推進應(yīng)均勻。另外下索時錨孔孔口處位置必須設(shè)置一個架線環(huán)，保證張拉時錨孔中的鋼絞線順直不扭曲。

3.4 注漿施工

錨孔鉆造完成后，應(yīng)及時安裝錨索體并進行錨孔注漿，原則上不得超過24h。要嚴(yán)格控制漿液的水灰比，一般采用0.4～0.5的純水泥漿，必要時可以加入一定量的外加劑或摻加劑。

錨孔灌漿作業(yè)必須施行孔底返漿方式注漿，直至錨孔孔口溢出漿液或排氣管停止排氣時，方可停止。必要時采用二次高壓注漿，即劈裂注漿。注漿壓力不宜低于2.5MPa并分段依次由下至上進行。

3.5 錨索框架

主要內(nèi)容包括坡面刻槽、框架梁鋼筋綁扎、模板制作及安裝、砼澆筑。

控制要點有框架梁刻槽須嚴(yán)格按設(shè)計要求深度嵌入坡體，經(jīng)砂漿調(diào)平后方可進砼結(jié)構(gòu)鋼筋制作安裝。在橫梁與豎梁交匯處錨孔孔口處鋼筋布置時須給予錨索張拉提升時的活動空間，嚴(yán)禁鋼筋勒住錨索，防止錨筋受到意外剪切力而被拉斷，因為預(yù)應(yīng)力鋼絞線在高應(yīng)力作用下的抗拉強度非常大但抗剪切性能非常脆弱。外錨頭處錨墊板，加強鋼筋網(wǎng)片和螺旋筋應(yīng)可靠連接。

3.6 張拉鎖定與封錨

錨筋張拉鎖定是錨索施工中最重要的環(huán)節(jié)，直接決定錨索框架防護工程的成敗。在注漿體與框架梁混凝土強度達到設(shè)計強度的80%以上后方可進行錨孔的張拉鎖定。張拉之前應(yīng)先進行差異荷載的張拉計算。

現(xiàn)以和溪互通A匝道AK1+460-AK1+720段右側(cè)二級邊坡(2-1-1號)錨孔為例進行分析。

該孔錨索總長24m，錨固段長度12m，設(shè)計拉力600kN，單孔束數(shù)6束。壓力分散型錨索規(guī)格為以15-7Φ5的預(yù)應(yīng)力鋼絞線為主筋，單根直徑為5.0mm的鋼絲，7根鋼絲組成一股鋼絞線，每股鋼絞線的直徑為15.2mm，單束鋼絞線的截面積為140mm2，抗拉強度為1860MPa，每股鋼絞線的理論破斷值為260.4kN，按0.7的安全系數(shù)每股鋼絞線可承受的安全荷載為182kN。

壓力分散型錨索各單元差異伸長量和差異荷載增量計算公式如下。

差異伸長量:

差異荷載增量：

其中，L1，L2，L3——分別為第一、二、三單元錨索的長度(應(yīng)為有效張拉長度，即考慮錨具張拉千斤頂限位板的長度0.408m),L1=24.408m＞L2=20.408m＞L3=16.408m；

ΔL1,ΔL2,ΔL3——各單元錨索在給定最終張拉(設(shè)計鎖定)荷載作用下的伸長量,ΔL1=107.3mm,ΔL2=107.3mm, ΔL3=107.3mm；

ΔL1-2,ΔL2-3——各單元錨索在給定最終張拉(設(shè)計鎖定)荷載作用下的差異伸長量,ΔL1-2=17.58mm,ΔL2-3= 17.58mm；

σ——給定最終張拉(設(shè)計鎖定)荷載作用下鋼絞線束應(yīng)力，σ=0.857MPa；

P——給定最終張拉(設(shè)計鎖定)荷載作用下單根鋼絞線束荷載，P=120kN；

A——單根鋼絞線束的截面面積，取140mm2；

E——鋼絞線的彈性模量，取195MPa/m2；

ΔP1，ΔP2——分步差異張拉之第一、二步級張拉荷載增量，計算得ΔP1=39.33kN,ΔP2=86.36kN。

根據(jù)壓力分散型錨索各單元差異伸長量和差異荷載增量計算公式，計算結(jié)果見表1。

4 常見施工質(zhì)量問題分析

4.1 鋼絞線位移不收斂

錨索張拉時出現(xiàn)外錨頭處鋼絞線位移不收斂的情況(圖2)，其原因大概涉及工程地質(zhì)條件、建筑材料、施工工藝等三方面。

表1 錨索張拉計算結(jié)果表

(1)工程地質(zhì)條件方面。錨固段實際地質(zhì)為土層或砂土狀強強風(fēng)化巖層等不符合設(shè)計的軟弱地層，錨固力達不到設(shè)計要求.

(2)材料方面。所使用的擠壓套、承載體、工具錨夾片等質(zhì)量不合格。

(3)施工工藝方面。

①清孔不徹底，造成錨索下索后錨固段地層局部塌孔，泥沙淤塞，灌漿體無法包裹錨固段錨索。

②錨孔注漿未實行孔底返漿或雖實行孔底返漿但因注漿管內(nèi)局部壓力過大而爆管，錨固段漿體不飽滿、不密實。

③內(nèi)錨頭承載體銹蝕破壞，不能承受張拉荷載。

④擠壓操作時擠壓壓力不足，質(zhì)量不合格。

圖2 鋼絞線斷絲

4.2 鋼絞線斷絲、斷束

張拉過程中在未達到預(yù)定張拉荷載時鋼絞線出現(xiàn)斷絲、斷束，其原因涉及材料、施工工藝等兩方面。

(1)材料方面，所使用的鋼絞線存在尺寸偏差，實際截面積偏小，彈性模量實際過小。

(2)施工工藝方面。

①錨孔孔道不是一條理想直線，而是受重力等影響呈拋物線狀或螺旋狀等。

②鋼絞線編制過程中，鋼絞線纏繞扭曲，張拉時局部應(yīng)力集中。

③錨索編制過程中錨索不同單元標(biāo)記不清晰、不牢靠，而出現(xiàn)張拉過程中某單元索體本應(yīng)后張拉卻先行補償張拉導(dǎo)致受到超張拉破壞。

④框架梁鋼筋制作安裝時孔口處橫梁鋼筋勒住錨筋使其在張拉時意外受到較大剪切力。

⑤錨斜托處混凝土澆筑時，混凝土漿液進入波紋管和錨墊板內(nèi)發(fā)生粘結(jié)，張拉時未進行清除而使錨筋受到剪切力破壞。

4.3 錨斜托破裂

張拉過程中，錨斜托承載力不足而破裂變形(圖3)，原因有兩方面。

(1)錨斜托處鋼筋安裝不符合要求，加強鋼筋網(wǎng)片、螺旋筋、錨墊板未緊密結(jié)合在一起。

(2)混凝土強度不足，砼澆筑后未達到齡期而提前張拉或混凝土澆筑時振搗不到位，混凝土不密實，與加強筋結(jié)合不緊密。

圖3 錨斜托破裂變形

5 解決措施

(1)所有材料進場后須檢驗合格后方可使用。

(2)重視基本試驗對錨固設(shè)計和工程施工工藝、施工質(zhì)量的驗證檢驗作用。

(3)鉆孔過程中不時調(diào)整鉆機、鉆桿角度、方位，保證錨孔孔徑盡量近似直線運動降低錨孔軸向壓縮與錨固段孔壁剪切變形影響。

(4)編索時不同單元錨索標(biāo)記清晰、牢靠，必要時采取雙重標(biāo)記。

(5)注意監(jiān)控擠壓質(zhì)量，確保最大擠壓壓強達到30MPa以上。

(6)嚴(yán)格執(zhí)行孔底返漿，在錨孔富水時采用二次劈裂注漿法，遇地層裂縫時加大水泥供應(yīng)量，加大注漿量和強度。

(7)注漿時孔口處設(shè)置架線環(huán)，保證孔道內(nèi)錨索順直不扭曲。

(8)注意孔口處橫梁與豎梁交結(jié)處也就是錨孔處鋼筋綁扎，適當(dāng)調(diào)整鋼筋間距，保證錨索張拉空間。

(9)確保孔口處波紋管長度、防止振搗時混凝土進入波紋管內(nèi)，注意錨斜托處混凝土振搗，保證錨斜托混凝土密實。

(10)將錨墊板加強鋼筋網(wǎng)盤和螺旋筋用14#鐵絲綁扎固定成一整體后再套入模板內(nèi)澆筑。

(11)加強混凝土澆筑厚的養(yǎng)護工作，養(yǎng)護不達到規(guī)定時間不張拉。

(12)錨斜托處鋼筋模板安裝完畢后孔口設(shè)置一定位環(huán)，讓不同單元錨索自然分離不粘結(jié)。

6 結(jié)論

(1)錨筋張拉鎖定是壓力分散型預(yù)應(yīng)力錨索施工中最重要的環(huán)節(jié)，直接決定錨索框架防護工程的成敗。

(2)壓力分散型預(yù)應(yīng)力錨索施工中易出現(xiàn)鋼絞線位移不收斂、鋼絞線斷絲、斷束、錨斜托破裂等三方面問題。施工中應(yīng)詳細(xì)了解工程地質(zhì)條件，確保建筑材料符合要求，嚴(yán)格把關(guān)施工工藝流程。

(3)和溪互通A匝道邊坡已經(jīng)開挖完成，邊坡的加固措施正常發(fā)揮作用，坡體穩(wěn)定性得到了保證。

[1]福建省高速公路施工標(biāo)準(zhǔn)化管理指南第二分冊:路基工程(第二版).北京：人民交通出版社，2013.

[2]巖土錨桿與噴射混凝土支護工程技術(shù)規(guī)范.北京：中國計劃出版社，2016.

[3]杜紹軍,王洪洋.關(guān)于錨索施工應(yīng)注意的幾個問題.青海交通科技, 2003.