公路工程中的高邊坡預(yù)應(yīng)力錨索施工技術(shù)

摘 要：公路工程項(xiàng)目施工過(guò)程中很多涉及高邊坡問題，如何提升高邊坡的穩(wěn)定性需要重點(diǎn)關(guān)注。首先對(duì)公路工程項(xiàng)目基本情況進(jìn)行概述，然后介紹了預(yù)應(yīng)力錨索關(guān)鍵施工技術(shù)，包括測(cè)放孔位、鉆孔施工、錨索制作與安裝、注漿、張拉、封錨等，最后介紹了高邊坡預(yù)應(yīng)力錨索施工技術(shù)的實(shí)踐效果。結(jié)果表明，該技術(shù)在提升高邊坡穩(wěn)定性方面發(fā)揮了非常重要作用，為公路工程項(xiàng)目的安全和穩(wěn)定運(yùn)行奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。本文研究對(duì)于促進(jìn)公路工程高邊坡施工質(zhì)量提升具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。

關(guān)鍵詞：公路工程 高邊坡 預(yù)應(yīng)力錨索 邊坡穩(wěn)定性

我國(guó)地域遼闊、地形相對(duì)復(fù)雜，公路工程修建過(guò)程中難免會(huì)修建很多高邊坡，如何對(duì)高邊坡進(jìn)行防護(hù)是項(xiàng)目施工中要重點(diǎn)關(guān)注的問題[1]。受到地層、降水等各方面因素影響，國(guó)內(nèi)很多高邊坡出現(xiàn)了滑塌問題，給公路工程的安全可靠運(yùn)行構(gòu)成了嚴(yán)重威脅[2]。已有的大量工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，在高邊坡中利用預(yù)應(yīng)力錨索技術(shù)可以有效提升高邊坡的穩(wěn)定性，避免高邊坡在后期服役時(shí)出現(xiàn)滑移問題，從而更好地保障公路行車安全。要想在最大限度上發(fā)揮預(yù)應(yīng)力錨索技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，在施工環(huán)節(jié)必須嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行[3]。本文主要結(jié)合工程案例詳細(xì)分析了公路工程中的高邊坡預(yù)應(yīng)力錨索施工技術(shù)，總結(jié)了實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，旨在起到拋磚引玉的效果，拓寬該技術(shù)的實(shí)踐應(yīng)用范圍。

1 工程概述

國(guó)內(nèi)某公路工程項(xiàng)目地處亞熱帶地區(qū)，每年的雨量非常充沛，對(duì)前些年降雨量數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)平均降雨量在1400 mm。為了確保公路工程項(xiàng)目高邊坡的穩(wěn)定性，對(duì)邊坡地層的地質(zhì)屬性進(jìn)行了詳細(xì)勘察，結(jié)果發(fā)現(xiàn)主要包括粉質(zhì)黏土、泥質(zhì)粉砂巖、砂巖、炭質(zhì)頁(yè)巖以及礫巖等。所述工程項(xiàng)目在標(biāo)號(hào)為K983+170區(qū)域存在高邊坡，坡形整體較為完整，其中左線坡度和右線坡度分別為430和510。邊坡坡頂高層為44 m，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況將其施工為五級(jí)邊坡，每級(jí)邊坡高度為8.5 m，每級(jí)邊坡的坡率存在差異，其中三級(jí)到五級(jí)邊坡的坡率為1∶1.25，一級(jí)和二級(jí)邊坡的坡率為1∶1。整個(gè)高邊坡施工需要開挖的土方量超過(guò)5700 m3，為了提升高邊坡的穩(wěn)定性，采用預(yù)應(yīng)力錨索技術(shù)對(duì)其進(jìn)行防護(hù)，以提升項(xiàng)目的運(yùn)行穩(wěn)定性和安全性。

2 預(yù)應(yīng)力錨索關(guān)鍵施工技術(shù)

如圖1所示為高邊坡預(yù)應(yīng)力錨索施工工藝流程圖，本節(jié)主要對(duì)關(guān)鍵施工技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)分析。

2.1 測(cè)放孔位

邊坡在開挖過(guò)程中，為了確保開挖過(guò)程的安全性，要邊開挖邊支護(hù)，不得將邊坡全部挖完后再進(jìn)行支護(hù)，這樣在開挖期間存在較大的安全風(fēng)險(xiǎn)。其間利用全站儀在坡面上進(jìn)行測(cè)量，根據(jù)設(shè)計(jì)施工方案明確錨孔位置并設(shè)置固定樁。根據(jù)施工方案利用鋼卷尺進(jìn)行復(fù)核，以便提升孔位精度，本工程要求孔位誤差控制在50 mm范圍以內(nèi)。

2.2 鉆孔施工

確定好孔位后可以開展鉆孔施工，鉆孔設(shè)備的選擇非常重要，不僅關(guān)系到鉆孔施工質(zhì)量，還影響施工效率[4]。在選用設(shè)備時(shí)需要綜合考慮施工條件、孔徑、孔深以及地質(zhì)屬性等因素。鉆孔施工期間配合使用高壓風(fēng)機(jī)將孔內(nèi)的巖粉吹出，避免巖粉在孔內(nèi)堆積影響鉆孔效率和質(zhì)量，鉆孔時(shí)要對(duì)鉆進(jìn)過(guò)程進(jìn)行詳細(xì)記錄。當(dāng)鉆孔深度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，不得立即將鉆頭抽出，而應(yīng)在孔內(nèi)保持1～2 min，以提升孔壁的穩(wěn)定性，避免出現(xiàn)孔徑變小甚至塌孔的問題?？紤]到不可控因素的影響，實(shí)際鉆孔深度通常比設(shè)計(jì)施工要求深度大200～300 mm。完成鉆孔工序后將棉絮在孔口部位進(jìn)行堵塞，避免雜物掉入孔內(nèi)，同時(shí)在對(duì)應(yīng)位置做好顯著標(biāo)志。

為了保證后續(xù)錨索施工質(zhì)量，必須確保鉆孔角度滿足要求，其中傾角誤差和方位誤差分別不超過(guò)±1°和±2°。為了確?？妆诰邆渥銐虻酿そY(jié)性能，本工程使用干鉆工藝，不得開水沖鉆。鉆孔期間必須根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況對(duì)鉆孔速度進(jìn)行嚴(yán)格控制，避免出現(xiàn)鉆孔傾斜、變徑、扭曲等影響鉆孔質(zhì)量的問題。如果出現(xiàn)塌孔問題，必須對(duì)孔內(nèi)雜物進(jìn)行徹底清理后，才可以繼續(xù)進(jìn)行鉆孔施工。

2.3 錨索制作及其安裝

本工程使用的錨桿主筋直徑為32 mm，長(zhǎng)度為12 m，桿身利用直徑為8 mm的鋼筋進(jìn)行定位。對(duì)錨桿進(jìn)行施工前，先必須對(duì)錨桿本身質(zhì)量進(jìn)行檢查，不得出現(xiàn)彎曲、銹蝕等問題，且做好除油措施。錨桿放入孔內(nèi)時(shí)需對(duì)速度進(jìn)行嚴(yán)格控制，防止錨桿出現(xiàn)彎曲、扭壓等質(zhì)量問題，向孔內(nèi)放入錨桿的同時(shí)將注漿管一并放入孔內(nèi)。為了方便錨桿端部安裝錨具，將錨桿外露300 mm。注漿管放入的深度應(yīng)距孔底200 mm左右。

本工程使用的錨索公稱直徑為15.24 mm，由高強(qiáng)度、低松弛的預(yù)應(yīng)力鋼絞線制成，共有六束鋼絞線，錨索的抗拉強(qiáng)度可以達(dá)到1860 MPa，需要配合使用OVM15-6型錨具進(jìn)行安裝。錨索長(zhǎng)度根據(jù)設(shè)計(jì)施工方案執(zhí)行，實(shí)際長(zhǎng)度與設(shè)計(jì)長(zhǎng)度的誤差嚴(yán)格控制在50 mm范圍內(nèi)。當(dāng)對(duì)鋼絞線進(jìn)行切割時(shí)，使用的是砂輪機(jī)工具。鋼絞線必須確保不存在缺陷問題，工程實(shí)踐中鋼絞線容易出現(xiàn)電燒傷、損傷、死彎以及嚴(yán)重銹蝕等問題，都會(huì)影響錨索質(zhì)量。制作錨索前對(duì)鋼絞線表面污漬進(jìn)行徹底清潔并做好除銹措施，然后在表面涂刷防腐防銹涂料，防止鋼絞線在服役期間出現(xiàn)銹蝕、腐爛等問題，提升錨索性能。

高邊坡的錨固段根據(jù)情況設(shè)置隔離架，間距控制在1.5～2 m范圍，目的是避免鋼絞線之間出現(xiàn)相互纏繞的現(xiàn)象[5]?，F(xiàn)場(chǎng)注漿孔直徑設(shè)置為6 mm，孔之間的間距設(shè)置為200 mm，注漿孔整體上按梅花型布置。將錨索放入孔內(nèi)前，利用高壓風(fēng)機(jī)對(duì)孔進(jìn)行徹底清理，避免內(nèi)部存在過(guò)多雜質(zhì)影響其功能發(fā)揮。將開導(dǎo)向頭部署在錨索頭部位置，通過(guò)人工方式將錨索以較慢速度置入孔內(nèi)，整個(gè)過(guò)程確保用力的均勻性，避免錨索發(fā)生扭曲、彎曲等問題。為了確保施工過(guò)程的順利推進(jìn)，孔內(nèi)要預(yù)留排氣口以及注漿塞。錨索安裝期間，可以通過(guò)慢慢扭轉(zhuǎn)的方式對(duì)已經(jīng)出現(xiàn)的錨索扭曲現(xiàn)象進(jìn)行糾正，降低安裝偏差。

2.4 注漿施工

錨索在安裝完成24小時(shí)內(nèi)要開展注漿施工。注漿的目的是對(duì)孔內(nèi)錨索錨桿等進(jìn)行固定，因此該環(huán)節(jié)施工質(zhì)量對(duì)錨索整體施工質(zhì)量影響較大。本工程將注漿壓力設(shè)置在0.2～0.4 MPa，從孔底開始注漿，注漿口必須埋設(shè)在漿液以下0.5 m。注入的是水泥砂漿，其型號(hào)為M30，砂漿利用P.042.5級(jí)普通硅酸鹽水泥拌制，其中水灰比控制在0.4～0.45范圍。水泥砂漿必須即拌即用，時(shí)間一般是在初凝時(shí)間之前，超過(guò)時(shí)間未使用必須丟棄。將注漿管綁定在錨索的主筋上且確保牢靠性，注漿施工前檢查注漿管內(nèi)是否存在堵塞物，確保通暢。當(dāng)砂漿從注漿口冒出時(shí)繼續(xù)觀察5 min，如果漿液的液面未出現(xiàn)顯著回落則可以停止注漿。完成注漿工作后，繼續(xù)觀察孔口漿液液面的變化情況，如果發(fā)生了顯著回落現(xiàn)象，在半個(gè)小時(shí)內(nèi)進(jìn)行補(bǔ)漿施工，直到漿液漫出孔口位置為止。注漿施工做好相關(guān)記錄工作，通常情況下補(bǔ)漿的次數(shù)不多于3次。

2.5 張拉

張拉之前針對(duì)需要用到的儀器設(shè)備進(jìn)行校準(zhǔn)或者重新標(biāo)定，確保儀器設(shè)備的精度滿足使用要求。必須待水泥砂漿以及錨墩混凝土的強(qiáng)度達(dá)到基本要求后才可以開展張拉工作。利用夾片對(duì)鋼制承載板與錨索進(jìn)行連接，每根夾片的強(qiáng)度必須超過(guò)200 kN。錨墊板和錨具必須嚴(yán)格對(duì)中，張拉時(shí)千斤頂和錨索也要對(duì)中，確保張拉過(guò)程錨索的受力均勻性，避免出現(xiàn)偏心拉伸從而影響錨索的性能。工程實(shí)踐中如果確實(shí)存在偏差，可以利用鋼墊片進(jìn)行調(diào)整，直到滿足相關(guān)要求為止。

正式張拉前先利用小千斤頂將張拉力設(shè)置為預(yù)定值的10%～20%進(jìn)行1～2次預(yù)張拉，確保錨索的順直性。張拉過(guò)程采用分級(jí)方式進(jìn)行，整個(gè)加載過(guò)程必須緩慢進(jìn)行，本工程將油壓泵的加壓速率設(shè)置為0.1 MPa/s，對(duì)應(yīng)的預(yù)應(yīng)力加載速度為0.1 m/min。第一級(jí)張拉達(dá)到預(yù)定載荷后，持續(xù)加載20～30 min，確保張拉力以及預(yù)應(yīng)力達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，后續(xù)各級(jí)張拉力達(dá)到預(yù)定載荷后持續(xù)加載2～5 min即可。卸載過(guò)程也要保證均勻性，卸載速率設(shè)置為0.2 m/min。

2.6 封錨施工

封錨施工時(shí)，通過(guò)錨索測(cè)力計(jì)對(duì)預(yù)應(yīng)力損失情況進(jìn)行測(cè)量，如果損失量在設(shè)計(jì)張拉力的10%范圍以內(nèi)，則要重新進(jìn)行張拉并且鎖定，如果實(shí)際的預(yù)應(yīng)力損失超過(guò)了設(shè)計(jì)預(yù)應(yīng)力的10%，則根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況分析導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力損失的原因，并采取針對(duì)性措施進(jìn)行處理，確保預(yù)應(yīng)力的穩(wěn)定性。部分錨索要持續(xù)檢測(cè)其預(yù)應(yīng)力，則多余的鋼絞線不可切除，其他錨索多余的鋼絞線可以切除。工程利用手提砂輪機(jī)切除鋼絞線，不得利用電弧進(jìn)行燒割，不然會(huì)削弱錨索的力學(xué)性能。利用C30混凝土進(jìn)行封錨處理，厚度超過(guò)10 cm。

3 高邊坡預(yù)應(yīng)力錨索施工效果分析

公路工程高邊坡預(yù)應(yīng)力錨索施工完成后，為了驗(yàn)證錨索施工質(zhì)量，根據(jù)《公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》以及《錨桿錨固質(zhì)量無(wú)損檢測(cè)技術(shù)規(guī)程》中明確的相關(guān)規(guī)定，現(xiàn)在對(duì)預(yù)應(yīng)力錨索的施工效果進(jìn)行檢查分析。

3.1 錨索拉拔性能試驗(yàn)

基于檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，本工程中在左側(cè)和右側(cè)邊坡分別選擇兩個(gè)點(diǎn)開展預(yù)應(yīng)力錨索檢測(cè)工作。具體檢測(cè)流程描述如下：在設(shè)計(jì)的檢測(cè)位置進(jìn)行鉆孔，然后將錨索束體放入孔內(nèi)并對(duì)下端進(jìn)行牢靠固定，針對(duì)待檢測(cè)的錨索適當(dāng)加長(zhǎng)其長(zhǎng)度，方便后續(xù)對(duì)其拉拔性能進(jìn)行檢測(cè)。錨索的端口部位利用水泥砂漿進(jìn)行抹平，然后放置支撐墊板。檢測(cè)設(shè)備主要包括千斤頂和位移測(cè)量?jī)x器，將以上儀器安裝在待檢測(cè)錨索上，其中錨索與千斤頂?shù)膬?nèi)缸進(jìn)行連接，利用千斤頂對(duì)錨索進(jìn)行拉拔，利用位移測(cè)量?jī)x器對(duì)拉拔過(guò)程中錨索的位移量進(jìn)行檢測(cè)。拉拔過(guò)程采用分級(jí)方式進(jìn)行，通過(guò)手動(dòng)方式對(duì)油壓泵進(jìn)行控制。整個(gè)拉拔過(guò)程緩慢進(jìn)行，共分三級(jí)拉拔，每級(jí)拉拔的載荷分別為設(shè)計(jì)預(yù)應(yīng)力載荷的0.5倍、0.75倍和1倍。每級(jí)加載過(guò)程中，當(dāng)達(dá)到預(yù)定載荷后持續(xù)加載5～10 min，待達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后對(duì)拉拔力值以及位移值進(jìn)行記錄。如果發(fā)現(xiàn)位移量大于1 mm，需要將載荷持續(xù)60 min，并且在時(shí)間分別為15、20、25、30、45和60 min時(shí)記錄對(duì)應(yīng)位移量，觀察位移量隨時(shí)間的演變情況，將載荷完全卸載后記載殘余位移量。將載荷加載至最大試驗(yàn)載荷并且位移達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后，將載荷卸載至拉拔力設(shè)計(jì)值的0.1倍，可以獲得整個(gè)拉拔過(guò)程載荷與位移的關(guān)系曲線。

本次檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)高邊坡錨索位移量的平均值低于1.02 mm，該數(shù)據(jù)可以理解為錨索在載荷作用下發(fā)生的自然伸長(zhǎng)量，說(shuō)明錨索在載荷作用下沒有出現(xiàn)顯著的位移。本次檢測(cè)范圍內(nèi)錨索的抗拔力均超過(guò)320 kN，驗(yàn)證了錨索的力學(xué)性能，說(shuō)明本次針對(duì)錨索的施工達(dá)到了預(yù)期效果，可以對(duì)高邊坡起到穩(wěn)固作用。由圖2中的數(shù)據(jù)曲線可以看出，當(dāng)施加的拉拔力低于250 kN時(shí)，拉拔力與錨索位移量之間幾乎呈現(xiàn)出線性比例關(guān)系，此時(shí)曲線的變化過(guò)程基本比較穩(wěn)定，拉拔力為250 kN時(shí)對(duì)應(yīng)的位移量在0.4～0.5 mm范圍內(nèi)。當(dāng)拉拔力超過(guò)250 kN后，錨索位移量呈現(xiàn)出快速增長(zhǎng)的變化趨勢(shì)，拉拔力為320 kN左右時(shí)，對(duì)應(yīng)的位移量在1 mm左右。當(dāng)設(shè)置的拉拔力撤銷以后，錨索的位移量降低至0.5 mm左右。通過(guò)檢測(cè)數(shù)據(jù)說(shuō)明本工程施工的錨索具有良好的性能，在拉力作用下錨索的伸長(zhǎng)率滿足相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.2 邊坡穩(wěn)定情況

完成錨索施工工作后，為了驗(yàn)證高邊坡的穩(wěn)定程度，本研究共設(shè)置了10個(gè)位移觀測(cè)點(diǎn)。施工期間每3天或7天進(jìn)行一次位移測(cè)量，完成施工后每7天或14天進(jìn)行一次位移測(cè)量。此次監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，高邊坡的最大單次水平以及垂直位移量分別為3 mm和3.5 mm，最大累計(jì)水平和垂直位移量分別為18 mm和16 mm，可以看出累計(jì)的水平和垂直位移量均相對(duì)較小，完全能滿足工程使用需求。另一方面，在整個(gè)監(jiān)測(cè)期間，高邊坡沒有出現(xiàn)明顯的裂縫體。綜上所述，本工程使用的預(yù)應(yīng)力錨索施工技術(shù)達(dá)到了預(yù)期效果，有效保障了公路工程高邊波的穩(wěn)定性和安全性

4 結(jié)語(yǔ)

公路工程中的高邊坡實(shí)際運(yùn)行時(shí)特別容易出現(xiàn)滑移現(xiàn)象，從而影響公路路面行車安全，利用預(yù)應(yīng)力錨索技術(shù)對(duì)高邊坡進(jìn)行穩(wěn)定施工，可以顯著提升其穩(wěn)定性和安全性，為公路項(xiàng)目的高質(zhì)量運(yùn)行奠定良好的基礎(chǔ)。本文結(jié)合工程案例詳細(xì)介紹了預(yù)應(yīng)力錨索關(guān)鍵施工技術(shù)及其施工效果，從工程結(jié)果來(lái)看，該技術(shù)確實(shí)能顯著提升高邊坡的穩(wěn)定性，通過(guò)實(shí)踐監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)該技術(shù)的成功應(yīng)用，高邊坡的滑移量得到了有效控制，驗(yàn)證了該技術(shù)方案的可行性。

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