高速公路高邊坡預應力錨索加固施工技術

曾懿生

(核工業(yè)華南建設工程集團公司,廣東 廣州 510000)

隨著時代的進步和社會的發(fā)展，我國交通運輸事業(yè)發(fā)展迅速，公路工程數(shù)量越來越多。在高速公路邊坡工程中，在多種因素作用下，山體可能出現(xiàn)沿著剪切面的滑移和破壞。因此為了確保公路邊坡的穩(wěn)定性，多采用預應力錨索加固坡體[1]。采用預應力錨索對邊坡進行加固，可以有效地將結構與地層連接在一起，形成統(tǒng)一的復合體，這樣可以有效提高潛在滑移面的抗剪強度，確保其穩(wěn)定性[2]。

1　工程概況

某高速公路，標段左側邊坡的最高等級為四級，其級垂直高度為8 m，其中一級邊坡坡率為1∶0.5～1∶1.25，二級邊坡坡率為1∶1.0—1∶1.25，三級邊坡坡率為1∶1.25，四級邊坡坡率為1:1.25，邊坡最大值為32.3 m，屬于類土質(zhì)，邊坡表層是全風化的云母石(英片巖)，達2～3 m厚，下層為強風化砂土狀的云母石(英片巖)，達8～10 m厚；下伏為強風化碎塊狀云母石(英片巖)，層面產(chǎn)伏達270°，邊坡的穩(wěn)定性差，且高、陡，應采取加固處理方式。

2　工程邊坡加固項目方案

為保障工程邊坡的穩(wěn)定性，施工團隊擬在工程第一級位置設計非預應力的錨桿框架(ZK101+390到ZK101+470段)，于第二級、第三級位置設計預應力的錨索框架加固坡體，錨索框架結構為：高為8 m、寬為8 m，比例為1∶1.25，框架均設置6索、4孔預應力錨索。第二級的邊坡坡面上排、下排錨索長度共18 m，單孔拉力為700 kN，錨固段長為10 m；第三級的邊坡坡面錨索上排長度為20 m、下排長度為18 m，單孔拉力為700 kN，錨固段長為10 m，如圖1所示。

圖1　左側邊坡加固工程平面布置圖(ZK101+370～ZK101+525段)

2.1　設計邊坡框架梁

該工程的錨索地梁框架使用澆筑施工方式[3]，用C25混凝土，基底調(diào)平使用鋪墊施工方式，在豎肋基礎上鋪墊5 cm后的砂漿，調(diào)平基底后，制作、安裝鋼筋，框架需嵌入50 cm深，坡面需露出10 cm左右，具體如圖2所示：

圖2　預應力錨索的框架圖

2.2　設計錨索

本工程的錨索選擇分散壓力型錨索，共有3個單元錨，單元錨索由Φ15.24(2根)、鋼絞線組成，鋼絞線具備低松弛、高強度(強度達1 860 MPa)、無粘結等多種特征[4]，同時，鋼絞線利用擠壓套、擠壓簧等設備，固定在鋼質(zhì)承載體上，單根的連接強度應超過200 k·Nm。

3　錨索施工工藝

3.1　錨索施工原理

逐級開挖高邊坡、修整坡面后，按照設計的間距，借助潛孔鉆將假想滑動土體鉆穿，直到穩(wěn)定土體后，且到相應深度后設置錨索孔，孔道在穩(wěn)定土體中最里面的一段是錨固段，其余孔道均為自由段，利用鋼絞線(無粘結)已經(jīng)加工好的錨筋體安裝在孔道中，經(jīng)由孔底到孔口，利用微膨脹水泥進行注漿直到飽滿，使其充滿孔道水泥漿體，凝固之后使其與孔壁土體融合成整體，形成堅固的錨固體[5]。

3.2　施工程序

錨索的施工工藝為：測量放樣毛孔、鉆機就位——鉆造錨孔——清理錨孔——檢驗錨孔——編排錨孔——下錨——澆筑、注漿錨索框架——第一次、第二次張拉——封錨。

3.3　機械設備

錨索施工機械設備：注漿機(2SNS)、空壓機(9 m3/min)、鉆孔孔徑150 mm的潛孔鉆機、千斤頂(YCW150型)、電動油泵(ZB4500型)。

3.4　錨索試驗

錨索試驗的目的主要在于：科學驗證錨固地層的設計參數(shù)、工作錨索不同部分綜合性能，同時，試驗也應考慮錨索體在施工過程中、搬運過程、存儲過程、安裝過程的抗物理破壞能力，明確邊坡地層錨索安全系數(shù)、最大極限承載力[6]，分析地層條件中錨索錨固力的影響因素、程度；仔細檢查錨索施工工藝，重新校驗設計參數(shù)，如果發(fā)現(xiàn)相應問題，應采取針對性變更、完善對策[7]。

3.5　錨索施工方案

3.5.1鉆造錨孔

3.5.1.1測量、放樣錨孔

按照工程施工設計圖，在坡面上準確測放錨孔位置，孔位放置在坡面上的縱橫誤差應不可超過±50 mm。

3.5.1.2要求鉆機就位

鉆進施工過程中，應根據(jù)施工設計圖[8]，搭設好承載能力強、穩(wěn)定性高的腳手架，結合坡面測放錨孔孔位安裝、固定好鉆機，以實際情況為基礎調(diào)整機位，錨孔開鉆就位的高程誤差不可超過±100 mm、縱橫誤差不可超過±50 mm、方位誤差不可超過±2°、傾角誤差不可超過±1°。

3.5.1.3鉆進施工方式

鉆進錨孔時使用無水干鉆方式，不可使用通水鉆進施工方式，從而保障錨固施工工程不會破壞邊坡巖土本身的地質(zhì)條件，提升孔壁整體粘結性能。同時，鉆孔速度應結合錨固底層實際情況、鉆機性能，預防鉆孔變徑、扭曲問題，避免其他安全事故，降低下錨的難度。

3.5.1.4孔徑深度

鉆孔的孔深、孔徑應滿足設計值，鉆頭直徑須超過設計孔徑，同時，鉆孔深度應超過設計深度約0.5 m以上，鉆進深度達到設計要求后，不可馬上停鉆，穩(wěn)鉆約1～2 min，避免孔底尖滅，并對錨孔進行清理[9]。

3.5.1.5清理錨孔

要求鉆孔孔壁不可帶有水體粘滯、沉渣，完成鉆孔后，應利用風壓為0.2～0.4 MPa的高壓空氣清除水體、孔內(nèi)巖粉，避免降低孔壁巖土體、水泥砂漿粘結強度，如果錨孔中流出承壓水，直到水量、水壓變小之后，可安裝錨筋、進行注漿，必要的情況下應在周圍位置設計排水孔。

3.5.2檢驗錨孔

鉆造施工完成后，應仔細檢查孔深、孔徑，驗孔使用標準鉆桿與設計好的孔徑鉆頭，正式驗孔時，必須平穩(wěn)推進鉆頭，防止出現(xiàn)抖動、沖擊問題[10]。鉆具實際驗送長度符合設計要求，退鉆也應保持順暢。通過高壓風進行吹驗可有效避免水體情況以及飛濺沉渣問題。

3.5.3編束錨索

3.5.3.1下料、安裝過程

編束錨索之前，施工人員應檢查好鋼絞線，要求鋼絞線不存在扭曲、交叉等問題，排列應保持順直、均勻，根據(jù)設計尺寸進行下料，長度誤差應小于±50 mm，同時，預留好的張拉段鋼絞線長度約1.5 m，要求用機械切割鋼絞線，不可使用電弧進行切割，及時剔除機械損傷、死彎等材料，保障除銹、除油處理過程合格。

3.5.3.2接裝導向帽

錨索體完成組裝隔離支架的施工后，必須在錨索體的底端位置將導向帽接裝好，確保下錨的順利進行[11]。施工人員應按照相關設計要求，嚴格制作好導向帽，制作的誤差小于±5 mm，同時，接裝定位的誤差小于±20 mm。

3.5.3.3架設線環(huán)

線環(huán)的原材料有塑料、鋼質(zhì)、不會損害錨筋體材料，禁止使用木質(zhì)型隔離支架。

3.5.3.4選擇合適的塑料套管

其型號、材質(zhì)以及規(guī)格均與設計要求相符，強度較高，確保套管在安裝、加工時不會被損壞。如果有接頭的情況，需將接頭位置捆綁牢固，做好密封處理工作，避免破損、拉脫等現(xiàn)象。

3.5.3.5注漿管

按照設計要求準備注漿管，保障其強度，確保注漿工序的順利進行，避免出現(xiàn)破損、堵塞、拉斷、爆管的問題，注漿管的頭部位置距離錨筋體末端位置約50～100 mm。

3.5.4下錨

將錨筋體放入錨孔之前，應仔細復查錨筋體的整體制作質(zhì)量，保障其符合相關設計要求，仔細清除錨孔內(nèi)部、外部四周的雜物，錨筋體的長度保持與設計錨孔深度一致，錨筋體必須沒有明顯的彎曲問題，確定錨筋的防護介質(zhì)不存在損傷問題，有損傷時應及時修復[12]。

3.5.5注漿施工

3.5.5.1注漿的施工原材料

純水泥漿的水灰比控制在0.4～0.45，如果錨固段位置遇到地下水豐富、砂土狀強風化層時，可借助二次高壓劈裂注漿法提升地層整體錨固力。

3.5.5.2注漿漿液

嚴格按照相關配合比制作注漿漿液，將其攪拌均勻，在漿液初凝前完成注漿工作，避免雜物、石塊等物質(zhì)進入漿液[13]。注漿漿體的強度超過設計要求的40 MPa，按照批次制作預制件，使用孔底返漿施工方法進行錨孔注漿，注漿的壓力約2.0 MPa，到孔口有新鮮漿液溢出后停止施工，禁止孔口注漿、抽拔注漿管的現(xiàn)象。

3.5.6封錨施工過程

鎖定錨筋后，使用機械切割方式，將余露的錨筋切割好，預留5～8 cm的外露錨筋，避免拽滑問題，使用水泥漿將錨頭各個位置空隙、錨墊板注滿，通過砼進行封頭，避免銹蝕問題。

4　檢測錨索施工質(zhì)量、邊坡穩(wěn)定情況

4.1　檢測錨固工程施工質(zhì)量

檢測邊坡預應力錨索施工質(zhì)量的過程中，分為以下3個子項目：

4.1.1檢測抗拔力

如果試驗檢測的荷載已經(jīng)到達1.5倍的設計荷載，對應的伸長量可滿足相關要求，且沒有被破壞；

4.1.2檢測長度

超過設計長度的90.0%以上，不足長度小于0.5 m；

4.1.3檢測張拉質(zhì)量

張拉鎖定的荷載超過設計荷載的90.0%，小于設計荷載的110.0%，對應的伸長量可滿足相關要求，且沒有被破壞。錨索張拉質(zhì)量檢測結果如表1所示。

表1　錨索張拉質(zhì)量檢測結果

圖3　深部位移、地下水位監(jiān)測示意圖

4.2　監(jiān)測邊坡、預應力、錨索應力

完成錨索加固施工后，邊坡上設置觀測點,深部位移、地下水位監(jiān)測示意圖如圖3所示，以長期穩(wěn)定監(jiān)測邊坡情況，布設ZK1～ZK4，即地下水位監(jiān)測孔以及深部位移(4孔)；JC1～JC4，即錨索預應力監(jiān)測孔(4孔)；巡查地表宏觀變形情況[14]。經(jīng)過1年的監(jiān)測、觀察，邊坡巖體、錨墩位置未出現(xiàn)變形問題，邊坡穩(wěn)固，以ZK4#為例，工程深部位移監(jiān)測如圖3所示，圖像未發(fā)現(xiàn)滑動變形等問題，受到施工以及坡體蠕動變形等因素的影響，觀察孔數(shù)據(jù)曲線呈現(xiàn)出擺動特征，地下水位監(jiān)測具體情況如圖4所示，曲線未發(fā)現(xiàn)異常問題，且呈現(xiàn)出正常的季節(jié)性變化特征[15]。以MS2-1-1為例，錨索應力監(jiān)測結果如圖5所示，雖然應力值有一定程度的降低，但數(shù)值依舊超過650 kN，為大于預警值，后來施工人員經(jīng)過分析查找，除了損失應力外，框架嵌入的坡面深度較小，且刻槽后的砂漿基底未達到相應標準，C25砼嵌補的局部架空并不充實，使得錨索應力張拉之后坡面出現(xiàn)沉降，降低了錨索應力值。

圖4　左側邊坡(ZK101+370～ZK101+525)監(jiān)測孔地下水位監(jiān)測曲線

圖5　左側邊坡(ZK101+370～ZK101+525)MS2-1-1應力監(jiān)測結果

5　結束語

總之，工程施工過程中應用預應力錨索施工工藝，具有操作簡單、造價較低、施工效率高、安全性高等多種優(yōu)點，是當前運用得較為廣泛的高邊坡加固技術。因此，在實際施工過程中，施工人員應以工程情況為基礎，科學引入預應力錨索施工工藝，優(yōu)化其施工方案。本工程通過采用預應力錨索錨固技術后，很好地解決了因地質(zhì)基脆弱，坡體結構復雜而產(chǎn)生的路塹邊坡變形和破壞的問題，確保高速公路邊坡的穩(wěn)定和結構安全。

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