粵贛高速公路高邊坡錨索銹蝕及有效應(yīng)力檢測分析

戴巍　侯文騰　李清　馮青山

作者簡介：

戴 ?。?988—），碩士，工程師，主要從事高速公路路基工程、巖土工程檢測、設(shè)計(jì)、咨詢等工作。

摘要：粵贛高速公路高邊坡錨固結(jié)構(gòu)已服役十多年，長期處于地下水豐富、排水不暢、水質(zhì)具有腐蝕性的環(huán)境，錨索的錨固性能可能受到銹蝕影響造成預(yù)應(yīng)力損失，使邊坡存在一定的安全隱患。文章通過對五處錨索錨固邊坡的外觀檢查和錨索工后有效應(yīng)力檢測，分析了錨索腐蝕性及有效應(yīng)力檢測情況。結(jié)果表明：粵贛高速公路邊坡錨索檢測主要病害為錨頭輕微銹蝕，預(yù)應(yīng)力損失情況與錨頭腐蝕程度情況成正比，其中，開錨后銹蝕較為嚴(yán)重的強(qiáng)風(fēng)化花崗巖地層錨索預(yù)應(yīng)力損失近55%，與砂巖、板巖地層相比，強(qiáng)風(fēng)化花崗巖地層錨頭銹蝕和錨索有效應(yīng)力損失更為嚴(yán)重。

關(guān)鍵詞：高邊坡;錨索;銹蝕;有效應(yīng)力;檢測

中國分類號：U418.5+2A070234

0 引言

隨著我國山區(qū)高速公路的建設(shè)，為了保證高速公路邊坡的穩(wěn)定性，大量的公路邊坡采用預(yù)應(yīng)力錨索結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固[1-4]。錨索結(jié)構(gòu)屬于隱蔽性工程，在經(jīng)歷較長的工作時(shí)間后，受巖土體的蠕變、鋼絞線的松弛、銹蝕以及降雨等因素的影響，錨索結(jié)構(gòu)出現(xiàn)預(yù)應(yīng)力損失以及承載能力降低，存在極大安全隱患，而一旦預(yù)應(yīng)力錨索失效，有可能引起治理工程的整體失效。因此對錨固工程邊坡在工后一段時(shí)間進(jìn)行安全檢測及承載力評估是十分必要的[5-7]。

粵贛高速公路高邊坡錨固結(jié)構(gòu)已服役十多年，長期處于地下水豐富、排水不暢、水質(zhì)具有腐蝕性的環(huán)境，錨索的錨固性能可能受到銹蝕影響造成預(yù)應(yīng)力損失，邊坡存在一定的安全隱患。本文根據(jù)近幾年粵贛高速公路路塹邊坡病害情況以及變形監(jiān)測情況，共選取了五處錨索錨固的邊坡進(jìn)行專項(xiàng)檢測，主要檢測內(nèi)容為：錨索錨固結(jié)構(gòu)的外觀檢查和錨索工后有效應(yīng)力檢測。

1 工程概況

廣東粵贛高速公路是國家規(guī)劃的重點(diǎn)干線——內(nèi)蒙古自治區(qū)阿榮旗至廣東深圳高速公路的重要組成部分，是粵贛兩省的運(yùn)輸大通道，也是構(gòu)筑泛珠三角經(jīng)濟(jì)圈的戰(zhàn)略通衢，其全長為138.103 km，于2005-12-28建成通車。

廣東粵贛高速公路沿線穿越丘陵、洼地，大部分路段處于山區(qū)，有多處深路塹路段。所經(jīng)地段地形復(fù)雜多變，地質(zhì)情況較為復(fù)雜，巖質(zhì)邊坡從淺層至深層的風(fēng)化情況大多為全風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化、弱風(fēng)化，局部存在軟弱夾層現(xiàn)象，部分邊坡淺層分布著不同厚度的坡積土，個(gè)別山谷有軟土地質(zhì)分布。底層巖性軟弱，且分布不均，地質(zhì)結(jié)構(gòu)面發(fā)育，巖體破碎，風(fēng)化程度較高，降雨充沛，地下水發(fā)育構(gòu)成了邊坡失穩(wěn)破壞的不良地質(zhì)條件。

2 檢測目的

通過對邊坡錨固工程結(jié)構(gòu)開展銹蝕檢測和試驗(yàn)，使得運(yùn)營養(yǎng)護(hù)部門能夠根據(jù)該邊坡檢測結(jié)果，及時(shí)掌握高邊坡錨固工程結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài)及安全情況。同時(shí)，檢測結(jié)果可為采取相應(yīng)的補(bǔ)強(qiáng)維護(hù)措施提供直接的數(shù)據(jù)依據(jù)。因此，對典型高邊坡錨固工程結(jié)構(gòu)開展銹蝕檢測和試驗(yàn)很有必要，[JP4]重點(diǎn)摸清錨索目前的錨墩完好情況、錨索銹蝕情況，以及錨索預(yù)應(yīng)力狀態(tài)，判斷邊坡的穩(wěn)定性，為排除邊坡安全隱患提供科學(xué)依據(jù)[9-11]。

3 檢測內(nèi)容及方法

本文根據(jù)近幾年粵贛高速公路路塹邊坡病害情況以及變形監(jiān)測情況，選取了五處錨索錨固的邊坡進(jìn)行一次專項(xiàng)檢測。五處邊坡工程概況如表1所示。主要檢測工作內(nèi)容為：安全拆除封錨混凝土后，對錨索錨固結(jié)構(gòu)的外觀工作狀況進(jìn)行檢查和對錨固工程結(jié)構(gòu)的工后有效應(yīng)力進(jìn)行檢測。

3.1 錨頭外觀檢查

錨頭外觀檢查內(nèi)容如下：

（1）檢查抽檢錨索結(jié)構(gòu)封錨混凝土是否完整、是否損壞。

（2）檢查錨頭各部位的工作狀態(tài)：錨板、夾片是否松動(dòng);檢查鋼絞線滑移、滑脫、斷絲、外露鋼絞線切割長度;錨墊板的位置、角度、完整性等其他表觀情況。

（3）檢查錨頭各部位的銹蝕及滲水情況：錨頭滲水、錨板、錨墊板、夾片及外露鋼絞線的腐蝕情況。在進(jìn)行相關(guān)檢查時(shí)做好相應(yīng)的文字及圖像記錄。

3.2 錨索工后有效應(yīng)力檢測

錨索工后有效應(yīng)力試驗(yàn)，采用接長鋼絞線的辦法，檢測方法及步驟如下：

（1）搭設(shè)腳手架和工作平臺，檢查錨索格梁結(jié)構(gòu)及封錨混凝土的工作狀況，然后安全拆除封錨混凝土，并將附著于鋼絞線、夾片、錨具及錨墊板上的混凝土清理干凈，詳細(xì)記錄錨頭的工作狀況。

（2）依次安裝專用連接器、千斤頂、錨具、夾片、位移計(jì)等設(shè)備儀器，并調(diào)整設(shè)備位置。

（3）試?yán)瓗状?，使連接器件消除間隙，以確保記錄的數(shù)據(jù)為錨索的真實(shí)伸長量。

（4）加荷至設(shè)計(jì)值的10%后安裝記錄用百分表。

（5）初始荷載宜為設(shè)計(jì)值的30%，加載采用逐級等量加載，分級荷載宜為錨桿設(shè)計(jì)鎖定的5%;錨頭出現(xiàn)松動(dòng)后（松動(dòng)即0.5～1.0 mm塞尺可插入工作錨具與承壓板之間），繼續(xù)加載（2～4）級，加載后終止試驗(yàn)。最大試驗(yàn)荷載取1.5倍設(shè)計(jì)荷載，若達(dá)到1.5倍設(shè)計(jì)荷載仍未松動(dòng)，則停止加載。

（6）完成上述檢測步驟后，對抽檢的錨索重新進(jìn)行封錨。

根據(jù)相關(guān)規(guī)范規(guī)定，預(yù)應(yīng)力錨索下有效應(yīng)力的確定采用拐點(diǎn)法或插板法。具體流程如下所述：

利用拐點(diǎn)法確定錨索有效應(yīng)力：首先利用采集到的荷載和錨索拉伸數(shù)據(jù)繪制荷載-位移關(guān)系曲線，從曲線特征點(diǎn)確定有效應(yīng)力。若當(dāng)荷載-位移關(guān)系曲線上位移突變明顯時(shí)，應(yīng)取其陡升起始點(diǎn)所對應(yīng)的荷載值，如圖1（[HTSS]a）中所示;若荷載-位移關(guān)系曲線難以準(zhǔn)確確定其陡升起始點(diǎn)時(shí)，利用相關(guān)數(shù)據(jù)處理軟件對曲線兩側(cè)進(jìn)行擬合，取曲線兩側(cè)擬合直線的交匯點(diǎn)所對應(yīng)荷載值的前一級加載荷載為錨索有效應(yīng)力，如圖1（[HTSS]b）中所示。

利用插板法確定錨索有效應(yīng)力：在加載過程中，在某一級荷載加載完成后，利用0.5～1.0 mm塞尺可插入工作錨具，即將松動(dòng)時(shí)對應(yīng)加載荷載的前一級荷載確定為錨索有效應(yīng)力，如圖1（[HTSS]c）中所示。

在試驗(yàn)荷載加載過程中，當(dāng)試驗(yàn)荷載加載至最大時(shí)，即1.5倍設(shè)計(jì)荷載，且未出現(xiàn)錨頭位移突變或工作錨具松動(dòng)，則取最大試驗(yàn)荷載為錨索有效應(yīng)力。

4 檢測結(jié)果分類依據(jù)

4.1 錨頭各部件銹蝕程度劃分

從外觀角度對錨頭各部件的銹蝕程度做了如下劃分：

（1）良好：表面光潔或僅有少數(shù)點(diǎn)蝕，浮銹面積覆蓋率在30%以下。

（2）輕微銹蝕：浮銹面積覆蓋率達(dá)到30%以上，粉狀顆粒銹斑面積覆蓋率在30%以下。

（3）較嚴(yán)重銹蝕：粉狀顆粒銹斑面積覆蓋率在30%以上，清洗擦拭后銹面面積略微減小。

（4）嚴(yán)重銹蝕：表面出現(xiàn)銹片或銹坑，清洗擦拭后銹面面積有較大損失。

4.2 錨索應(yīng)力工作狀態(tài)分類

根據(jù)邊坡工程錨索結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)及相關(guān)規(guī)范并結(jié)合目前邊坡變形現(xiàn)狀，結(jié)合文獻(xiàn)[9]中相關(guān)規(guī)定，錨索結(jié)構(gòu)常見的應(yīng)力工作狀態(tài)主要有：

（1）應(yīng)力不足：錨索有效應(yīng)力低于設(shè)計(jì)荷載的80%，屬于非正常工作狀態(tài)。其中，當(dāng)有效應(yīng)力低于80%設(shè)計(jì)荷載但高于50%的設(shè)計(jì)荷載，認(rèn)定為持有力尚可;當(dāng)有效應(yīng)力低于50%設(shè)計(jì)荷載但高于20%的設(shè)計(jì)荷載，認(rèn)定為持有力不佳;當(dāng)有效應(yīng)力低于20%的設(shè)計(jì)荷載認(rèn)定為持有力極差。

（2）應(yīng)力損失：錨索有效應(yīng)力低于設(shè)計(jì)荷載，但高于設(shè)計(jì)荷載的80%，此時(shí)屬于正常工作狀態(tài)。

（3）應(yīng)力增加：錨索有效應(yīng)力處于100%～120%設(shè)計(jì)荷載之間，屬于正常工作狀態(tài)。

（4）應(yīng)力超限：錨索有效應(yīng)力超過120%設(shè)計(jì)荷載，持有力增加需注意，認(rèn)定為持有力極差，屬于非正常工作狀態(tài)但未失效。

（5）錨固段破壞：錨固段由于強(qiáng)度不足引起的錨固段結(jié)構(gòu)破壞，屬于非正常工作狀態(tài)且已失效。

5 檢測結(jié)果及分析

5.1 錨索腐蝕性情況及分析

下頁表2給出了各個(gè)工點(diǎn)錨索相關(guān)信息，各個(gè)工點(diǎn)錨索腐蝕性情況具體如下：工點(diǎn)1邊坡封錨質(zhì)量較好，8處錨索開錨檢查后未見明顯腐蝕，1處錨索存在輕微銹蝕;工點(diǎn)2邊坡封錨質(zhì)量較好，5處錨索開錨檢查后未見明顯腐蝕，4處錨索存在輕微銹蝕;工點(diǎn)3邊坡封錨質(zhì)量較好，7處錨索開錨檢查后未見明顯腐蝕，2處錨索存在輕微銹蝕;工點(diǎn)4和工點(diǎn)5邊坡封錨質(zhì)量好，開錨后均未見嚴(yán)重銹蝕痕跡。

由下頁表3給出的錨索腐蝕性檢測情況統(tǒng)計(jì)表分析可知：開錨檢測45處錨頭封錨質(zhì)量均較好。開錨后，34處錨索（75.6%）外觀良好，11處錨索（24.4%）開錨檢測顯示存在輕微銹蝕跡象，未見銹蝕嚴(yán)重跡象，強(qiáng)風(fēng)化花崗巖地層較砂巖、板巖地層錨頭銹蝕更為嚴(yán)重。

5.2 錨索有效應(yīng)力檢測情況及分析

本次共抽檢30孔錨索進(jìn)行了錨索有效應(yīng)力檢測，表4僅給出了各個(gè)工點(diǎn)錨索工后有效應(yīng)力檢測結(jié)果。錨索序號編號原則如下：以工點(diǎn)號加坡面級數(shù)加錨索編號進(jìn)行標(biāo)記，例如，“1-1-10”表示工點(diǎn)1的一級坡面第10根錨索。通過對表4分析可知各個(gè)工點(diǎn)邊坡錨索有效應(yīng)力的具體結(jié)果。

工點(diǎn)1邊坡錨索有效應(yīng)力剩余百分比為54%～83%;工點(diǎn)2邊坡錨索有效應(yīng)力剩余百分比為52%～63%，檢測錨索均出現(xiàn)現(xiàn)存應(yīng)力不足現(xiàn)象，主要原因?yàn)樵撨吰挛挥跇蛳?，地下水較為豐富，對邊坡錨固結(jié)構(gòu)有一定影響;工點(diǎn)3邊坡錨索有效應(yīng)力剩余百分比為52%～74%;工點(diǎn)4邊坡檢測錨索均出現(xiàn)現(xiàn)存應(yīng)力不足現(xiàn)象，錨索有效應(yīng)力剩余總應(yīng)力為47%～74%;工點(diǎn)5邊坡錨索均出現(xiàn)現(xiàn)存應(yīng)力不足現(xiàn)象，錨索剩余應(yīng)力百分比為45%～74%。

錨索拉拔檢測試驗(yàn)結(jié)果顯示：抽檢預(yù)應(yīng)力錨索出現(xiàn)不同程度預(yù)應(yīng)力損失，預(yù)應(yīng)力損失情況與錨頭腐蝕程度情況成正比。其中開錨后銹蝕較為嚴(yán)重的強(qiáng)風(fēng)化花崗巖地層錨索預(yù)應(yīng)力損失近55%;封錨完好、開錨后未見明顯銹蝕的錨索預(yù)應(yīng)力損失約為18%。強(qiáng)風(fēng)化花崗巖地層較砂巖、板巖地層錨索錨下預(yù)應(yīng)力損失更為嚴(yán)重。

6 結(jié)語

（1）封錨混凝土破損或封錨混凝土質(zhì)量較差的錨頭比質(zhì)量好的錨頭容易銹蝕，錨下預(yù)應(yīng)力損傷較大，初步推斷主要原因?yàn)榇髿?、地表水以及腐殖質(zhì)更容易滲入，造成錨頭鋼絞線、錨墊板、錨具及夾片銹蝕，導(dǎo)致錨索有效應(yīng)力損失。目前粵贛高速公路邊坡錨索檢測主要病害為錨頭輕微銹蝕。

（2）預(yù)應(yīng)力損失情況與錨頭腐蝕程度成正比，其中開錨后銹蝕較為嚴(yán)重的強(qiáng)風(fēng)化花崗巖地層錨索預(yù)應(yīng)力損失近55%。強(qiáng)風(fēng)化花崗巖地層較砂巖、板巖地層錨索有效預(yù)應(yīng)力損失更為嚴(yán)重。

（3）地下水豐富且具有腐蝕性、巖性破碎裂隙發(fā)育的邊坡為錨索腐蝕提供了環(huán)境因素，對錨索自由段腐蝕造成潛在威脅。在錨索套管完好、注漿飽滿的情況下地下水不易滲入;若套管破損，腐蝕性地下水滲入，則易引起錨索銹蝕。這類病害無法從表觀直接判斷，但是會引起錨頭錨索、夾片銹蝕、錨下預(yù)應(yīng)力嚴(yán)重?fù)p失，需重點(diǎn)關(guān)注。

（4）錨頭各部位的防腐措施及錨索套管完好、注漿飽滿對錨索防銹蝕起到重要的作用。施工質(zhì)量較好的錨索在很大程度上能防止錨索銹蝕，這些在工后難以檢測，需要在施工期間重視。

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