王新建

(北京中色資源環(huán)境工程股份有限公司，北京 朝陽 100012)

1 工程概況

甘肅省隴南市消防支隊后山不穩(wěn)定斜坡坡腳周圍有隴南市消防支隊、世博林橄欖油基底等多家單位和居民。2008年“5.12”大地震發(fā)生后，該不穩(wěn)定邊坡上出現大量裂縫，局部出現小型崩塌。斜坡存在失穩(wěn)隱患，威脅著周圍單位及居民的人身與財產安全，治理迫在眉睫。

工程治理措施包括：(1)搬遷避讓；(2)削坡減載；(3)坡面防護，包括錨索格構防護、錨桿格構防護、擋土墻防護3種；(4)截水溝工程；(5)夯填裂縫工程。

工程依據地形，采取分段治理的原則。按照設計分區(qū)，該工程坡面防護工程分為錨桿格構梁防護區(qū)(位于南部)和錨索格構梁防護區(qū)(位于北部)。其中錨桿格構梁防護區(qū)又劃分為3個區(qū)，錨索格構梁防護區(qū)劃分為3個區(qū)。見圖1。

2 錨索結構和格構梁結構設計

錨索框架梁間距4 m×3 m，為豎向間距4 m，水平間距3 m。

在每根格構梁交點設計一根錨索，第一排錨索距柱頂2 m，錨索采用8束鋼絞線，錨固端應進入中風化千枚巖中，錨固段長度5 m，自由端長度11～28 m，傾角25°。

錨索材料采用?15.2 mm、公稱抗拉強度1860 MPa、截面積139 mm2鋼絞線，每根鋼絞線極限張拉荷載Pu為259 kN。

錨索孔內灌注水泥砂漿，采用從孔底到孔口返漿式注漿，注漿壓力為0.6～0.8 MPa。

格構梁斷面長×寬為400 mm×300 mm。格構梁鋼筋保護層厚度50 mm，混凝土強度等級為C25，格構梁下端基礎伸長1.0 m與小擋墻連為整體。3～4根豎梁與5根橫梁組成一片框架，每片框架段整體澆灌，一次完成，兩片框架之間設置伸縮縫，縫寬2 cm。

3 錨索偏離設計意圖的問題及原因分析

偏離設計指的是格構梁的縱橫向間距與設計值存在一定的偏差，如果錨索間距過小，勢必引起“群錨效應”的安全問題。

群錨效應指的是格構梁間距過小，如果仍按照設計張拉控制值張拉，勢必造成局部拉拔值過大，超出了滑坡體推力要求，造成邊坡更不穩(wěn)定。

圖1錨索格構梁和錨桿格構梁分布

本工程錨索格構梁的錨索在施工中，嚴重偏離了設計意圖，主要表現是：

(1)已澆筑完成的錨索格構梁間距未按照設計圖進行測量放線，致使梁間距不符合要求，設計錨索框架梁間距4 m×3 m，豎向間距4 m，水平間距3 m，而實際施工間距為3 m×3 m，一部分水平間距變小，極個別甚至小于2 m。經詳細量測，相對問題較嚴重的出現在錨索Ⅱ區(qū)。

(2)有幾處節(jié)點的錨索露出梁面的長度不足45 cm，造成錨索無法按多束同時張拉。

經詳細調查，鋼絞線外露長度不足的情況集中分布在錨索施工區(qū)Ⅱ區(qū)第3片的北半部分和第4片，也就是自北向南數第(1)～(7)道豎梁之間的節(jié)點，共有20個節(jié)點處的鋼絞線外露長度不足45 cm，其中第4片的第(1)、(2)道豎梁上的6個接點處的鋼絞線問題比較嚴重，僅露出5～15 cm。見圖2、圖3。

圖2 錨索Ⅱ區(qū)錨索露出長度現狀

由于施工時的粗心，造成局部格構梁間距過小和鋼絞線外露長度不足，同時治理范圍隨之進一步縮小，就違背了治理前的初衷。

圖3 錨索Ⅱ區(qū)錨索分布現狀

4 關于偏離設計意圖的錨索處理措施研究

4.1 錨索框格梁不拆除的理由

在預應力錨索框架梁張拉時必須采用整片框架梁循環(huán)進行張拉，分兩次張拉鎖定到設計荷載，防止局部應力集中導致構筑物破壞。

上述問題嚴重違背了設計要求，突破了設計原則底限，如果按正常的施工程序施工，可能會造成局部拉應力過大，對邊坡穩(wěn)定造成不可估量的影響；鋼絞線外露長度不足，造成不能用多束千斤頂同時張拉，程序變得復雜；按照設計意圖和規(guī)范要求，應該拆除重做，但鑒于以下幾個方面的情況，最好能不拆除。

4.1.1 拆除重做對邊坡造成很大的影響，易造成邊坡不穩(wěn)

現在邊坡從上到下已按設計圖紙完成刷坡，格構梁已經全部完成，如果拆除重做，邊坡暫時就失去了防護，加上重新挖土開槽，重新鉆孔，勢必對邊坡造成一定程度的破壞，易出現邊坡失穩(wěn)的險情。

4.1.2 重新鉆孔存在技術上的困難

按照設計圖，在錨索Ⅱ區(qū)錨索長度從下到上依次是16、19、22、24、26 m，已完成壓漿，錨索已經無法拔出。如果重新鉆孔，按照設計4 m×3 m布孔，由于距原來的錨索位置很近，鉆孔角度不易掌握控制，可能會鉆到先前施工的錨索，造成鉆孔無法繼續(xù)。

4.1.3 拆除重做會造成工期嚴重滯后

僅問題相對較嚴重的錨索Ⅱ區(qū)就有11道豎梁(153 m長)和5道橫梁(153 m長)、51根錨索。如果拆除重做，工期可能會延遲3個月，又將面臨下一個雨季。

4.1.4 造成較大的經濟損失

按照拆除11道豎梁、5道橫梁、廢棄51根錨索來計算，初步估計經濟損失約102萬元。

綜上所述，針對該工程出現的問題，建議不拆除。

4.2 解決措施的研究

如果不拆除格構梁，可通過采取一系列技術措施，達到不降低使用功能的目的。經過仔細勘察，查閱資料，認真研究，我們提出單束張拉工藝與多束張拉工藝聯合治理不穩(wěn)定斜坡的解決措施，得到了設計單位及監(jiān)理單位的認可。

4.2.1 格構梁間距不符合設計的問題

這個問題主要是所有的錨索格構梁豎向間距全部由4 m變?yōu)榱? m。通過查閱一些資料了解到，根據錨索框格梁防護的設計理念，為避免出現群錨效應，框格梁間距一般4～6 m為宜，最小不宜小于3 m。據此我們認為，3 m×3 m間距不至于影響錨索的功能。但為此帶來的問題是由于豎向間距的變小，所控制的范圍也變小了。對于這個問題，我們認為可以在設計要求的范圍內增加一排錨索和格構梁，費用自理，見圖4。

圖4錨索護坡Ⅱ區(qū)問題處理技術措施示意

4.2.2 間距小于3 m×3 m的情況

對于這種情況，可以通過減小節(jié)點處的張拉控制值解決，減少到什么數值，請設計院通過驗算提供。對相鄰連續(xù)不足2.1 m的情況，可廢棄其中的錨索。處理方案具體見圖4。

張拉方案按正常的千斤頂方案進行，張拉控制值一般減到圖4中的規(guī)定。

4.2.3 鋼絞線外露長度不足問題

對于鋼絞線外露長度不足的問題，我們計劃分兩部分區(qū)別處理。

錨索施工區(qū)Ⅱ區(qū)自南向北數第(3)～(7)道豎梁之間的節(jié)點，鋼絞線外露長度均大于15 cm，可以采取用單根張拉的小千斤頂分5級循環(huán)張拉的方法。

第4片的第(1)、(2)道豎梁上的6個接點處的鋼絞線問題比較嚴重，僅露出5～15 cm。這種情況采用單點張拉也解決不了問題了，只有把縱橫梁鑿除，加大梁的槽深，重新澆筑縱橫梁。

采用單束張拉千斤頂逐根鋼絞線單束循環(huán)張拉，張拉程序同上面一樣，分5級張拉。

張拉采用壓力表讀表為主、伸長量校核為輔的雙控施工方法，因此必須做好錨索實際伸長值的量測。

5 錨索張拉的補救施工方法

5.1 錨具斜承臺的施工

所謂斜承臺就是錨墊板的混凝土支撐臺座。錨索安裝完成后，還沒有進行工作錨具斜承臺的施工，這一定程度上影響了工程進度。錨斜承臺施工重點是錨墊板的安裝，關鍵點是錨墊板承壓面與錨索必須垂直、必須保證“三同心”。

首先要擴孔，將用PVC管預留的錨索孔鑿擴孔，以便能將螺旋筋和錨墊板安裝上去；與錨斜承臺接觸的梁面必須鑿毛并沖洗干凈；安裝錨墊板時一定要使用直角拐尺從兩個方向量角度，確保錨墊板承壓面與錨索垂直；錨墊板調整到位后應采取固定措施，保證澆筑混凝土時不發(fā)生位移。

5.2 張拉前的準備工作

機具材料準備和技術準備要先進行，張拉正式開始前，必須已經完成錨索抗拉拔試驗。梁體及錨斜承臺混凝土強度達到設計要求的強度方可張拉，要有試驗報告。壓漿強度達到設計強度方可張拉。特別是后來增加的錨索及格構梁必須確保強度達到設計值后才可以進行，且保證錨具、夾片等檢驗合格。

5.2.1 張拉補救方案

不穩(wěn)定斜坡先在錨索Ⅱ區(qū)頂部加了一道橫梁，設置錨索，豎梁與下面的相接(見圖3)。

該工程錨索施工偏離原設計意圖的原因就是錨索格構梁間距過小，如果仍然按設計控制值張拉，就很可能會造成邊坡的進一步破壞。因此錨索框構梁應盡可能使整體框構發(fā)揮作用，為防止局部應力集中導致構筑物破壞，張拉必須分兩次張拉到位鎖定。第一次張拉到50%設計荷載，第二次張拉到110%設計荷載。

按照錨斜承臺混凝土澆筑順序試壓試塊，初步計劃按照下面的順序：

首先按“錨桿Ⅲ區(qū)→錨索Ⅰ區(qū)→錨索Ⅱ區(qū)→錨索Ⅲ區(qū)”的順序逐級張拉到50%設計荷載，然后從錨索Ⅲ區(qū)轉到錨桿Ⅲ區(qū)，再按照“錨桿Ⅲ區(qū)→錨索Ⅰ區(qū)→錨索Ⅱ區(qū)→錨索Ⅲ區(qū)”的順序由50%設計荷載逐級張拉到110%設計荷載。完成兩次循環(huán)后，仍然從錨索Ⅲ區(qū)轉到錨桿Ⅲ區(qū)，仍然按照“錨桿Ⅲ區(qū)→錨索Ⅰ區(qū)→錨索Ⅱ區(qū)→錨索Ⅲ區(qū)”的順序進行補償張拉。

鑒于現場的實際情況，張拉方法分兩種情形：

(1)錨索外露長度足夠的，按通常的方法，采用穿心式千斤頂，多束同時張拉，見圖5。

(2)錨索外露長度不夠千斤頂長度的，采用單束張拉千斤頂逐根鋼絞線單束循環(huán)張拉，張拉程序同上面一樣，分5級張拉，見圖6。

圖5 多束千斤頂張拉

圖6 單束張拉千斤頂

采取用單根張拉的小千斤頂分5級循環(huán)張拉的方法具體如下：

(1)將張拉程序分成5級，分別是25%σk、50%σk、75%σk、100%σk、110%σk。

(2)校驗千斤頂，根據校驗方程換算張拉讀數、油表讀數。

(3)先選一束鋼絞線張拉至25%σk，接著換第二根同樣張拉至25%σk，一次類推，8根全部張拉至25%σk后，開始第二輪張拉。第二輪張拉至50%σk，然后以此類推，直至8束鋼絞線從25%σk到110%σk張拉一遍。

5.2.2 張拉程序計算

無論是小千金頂單束張拉還是180 t穿心式千斤頂多束張拉都按照下面的5級張拉程序進行：0→25%σk→50%σk→75%σk→100%σk→110%σk。

這里特別提出注意卸載程序不能忽視，同樣不能掉以輕心，同樣需要兩級控制。

正常張拉時，往往忽視穩(wěn)壓時間，這是必須加強注意的事。一般穩(wěn)壓時間是2、5、5、10、15 min。

5.2.3 實測伸長值的計算

ΔL=ΔL1+ΔL2

式中：ΔL——錨索實際伸長值，mm；ΔL1——從初始應力到最終應力之間的實測總伸長值，mm；ΔL2——初始應力下的推算伸長值，mm。

這里有一個伸長值ΔL1如何計算的問題，一般初始應力階段和每一級張拉控制值的測量方法都是相同的，一般用標定過的鋼尺測量并記錄。同時計算油缸伸出長度遞增值和夾片外露長度遞減值。遞增值和遞減值均為與初始應力時的數值相比較。

補償張拉后，最后量測油缸伸出長度及工具錨夾片外露長度，用最后的油缸伸長值遞增值減去夾片的遞減值即為實際鋼絞線伸長值。

5.3 張拉作業(yè)

張拉時，錨斜承臺的承壓面應平整(若不平整，則必須經過鑿磨處理)，并與錨筋的軸線方向垂直。錨具安裝應與錨墊板和千斤頂密切對中，千斤頂軸線與錨孔及錨索體軸線在一條直線上，不得彎壓或偏折錨頭，應確保承載均勻同軸，防止張拉過程中錨索折斷。

5.3.1 千斤頂、錨具和夾片安裝

第一步，將工作錨的錨環(huán)套入鋼絞線束，安裝夾片。

第二步，安裝千斤頂。千斤頂的型號要符合本次處理方案的要求，一般采用穿心式千斤頂和單束張拉千斤頂。

第三步，安裝工具錨。

如果給千斤頂加力的泵體的油量不足時，需先向泵中加入工作油才能工作。張拉前，應估計錨索張拉所需要的荷載，切忌超載使用。

5.3.2 預應力筋的張拉

將計算好的張拉程序放大后放在油泵上，或張貼，或懸掛在明顯位置，采取防風防雨措施。

預應力筋的張拉與其它治理工程的做法相似，也分為初始應力階段、張拉階段、卸載階段3個階段。

特別強調的是，100%σk級和110%σk級穩(wěn)壓時間分別是10、15 min，其余每級穩(wěn)定5 min。

(1)初始應力即初應力主要是為了使鋼絞線從松弛狀態(tài)達到受力狀態(tài)，使其各部位接觸緊密，鋼絞線完全平直，消除伸長值測量誤差，并使同束各根鋼絞線受力趨于一致。

(2)張拉階段要做好伸長值的記錄。從25%至110%逐級張拉。在穩(wěn)壓過程中，要隨時補油，保持油表指針始終在規(guī)定的位置。

(3)卸載(即油缸回程)也分兩級控制，必須嚴格注意。110%σk→75%σk→0。

卸載過程也要注意穩(wěn)壓時間，一般采取2 min即可。

最后一級張拉完畢后鎖緊。7 d后進行補償張拉，以減少預應力損失。經檢測符合要求后，最后鎖定。

5.3.3 特殊邊坡張拉必須注意的問題

雖然解決了單束錨索的張拉問題、錨索區(qū)張拉的順序問題、張拉的程序問題、張拉的記錄問題，但還是必須注意錨索張拉的質量。具體來說包括以下內容：

(1)千斤頂的標定必須進行，這是計算張拉程序的關鍵。

(2)錨索實際伸長值的要求、鋼絞線回縮、錨索重復張拉的次數、穩(wěn)壓時間持荷，這些必須符合規(guī)范。

(3)張拉記錄非常重要，記錄人員必須認真記錄，清晰明確，保存完整。

(4)斷絲、滑絲情況，夾片的更換必須認真仔細地檢查、記錄，提供科學的依據。

(5)施工中，簡單地問題，如果不嚴格管理，會造成很大的問題：邊坡錨索孔的放樣看似簡單的問題，如果由于大意，格構梁的外觀會很不美麗；錨索鉆孔如果不嚴格控制，會造成錨索與斜承臺不垂直，造成工具錨不能進入墊板的槽刻內；沒有高壓風管，造成補漿壓力不足，對錨具的銹蝕帶來嚴重影響。

(6)為了防止張拉時所用的鋼絞線斷裂，必須認真檢查鋼絞線，不得有銹蝕或電焊火花燒傷等缺陷。

(7)張拉工作應聽從千斤頂處的人員統(tǒng)一指揮；操作高壓油泵人員，必須按規(guī)定的信號開機與停機。

(8)張拉過程中，必須保證電力正常。如果發(fā)生臨時停電時，應立即關閉油泵的電門，以防突然來電轉動，引起安全事故。

(9)應該對變形進行觀測。一旦出現構筑物及坡面異常變形、開裂、突起等現象必須立即停止張拉，并分析查找原因。

6 錨索鎖定及檢驗

錨索張拉完畢后卸載的同時，錨環(huán)及夾片即完成鎖定。錨索鎖定后10 d內，若發(fā)現明顯的預應力損失現象，應及時進行補償張拉。

錨索張拉鎖定完畢后，應邀請第三方檢測單位檢驗單束張拉和正常張拉的有效性，檢測數量依據設計要求。

7 錨頭補漿和封錨

錨索張拉完成后應及時對錨頭實行補漿和封錨。錨頭就是卸載并割絲后剩余的錨索部分。

外錨頭應采用與格構梁同標號的混凝土包封，以防銹蝕破壞。一般會采用C30細石混凝土。

對于錨具和格構梁等空隙的補漿，應作為錨頭防腐的一項關鍵工序認真進行。錨筋外露部分應嚴格進行去銹除油后封錨。

7.1 錨索割絲

錨索割絲應符合施工規(guī)范。一般是在補償張拉和鎖定24 h后，使用砂輪片切割，切割不會對錨具造成損害。人員在邊坡上行走要注意安全，千斤頂操作人員必須帶安全帶并系到安全桿上。

7.2 臨時封錨頭

臨時封錨頭很重要，這是經驗之談。用M10砂漿臨時封閉錨具外側鋼絞線之間空隙，待凝固后才可壓漿。臨時封錨主要用以增加壓漿時的壓力，確保壓漿飽滿。壓漿完成后，予以鑿除。

7.3 二次壓漿

二次壓漿主要是把格構梁內及錨具內一段空隙補滿漿。方法是從錨墊板的注漿口注漿，采用有螺絲的壓漿閥與錨墊板及壓漿管連接。漿液必須保證要求的稠度，與原來一次壓漿時相比，應減少用水量或增加水泥和砂的用量。壓漿機必須保證一定的壓力，待從錨頭鋼絞線里冒出漿后停止壓漿。

7.4 錨索封錨砼施工

當全部264束工作錨索施工完畢，經抽樣，進行驗收試驗，結果達到合格后，方可進行封錨作業(yè)。

首先清理臨時封錨砂漿、清理壓漿時殘留的漿液。

封錨時，應將錨頭砼鑿毛后，用C20細石砼封閉，以防止錨索銹蝕并保持美觀。人工灌注，人工搗實。因為外露且體積小，混凝土容易產生裂紋，注意加強養(yǎng)護。

8 實施效果

大膽提出采用單束張拉工藝和多束張拉工藝聯合處理不穩(wěn)定斜坡，沉著應對錨索施工偏離設計理念的問題，處理了錨索Ⅱ區(qū)格構梁間距小于設計尺寸、治理范圍縮小、可能會出現“群錨效應”等安全問題。

首先在錨索Ⅱ區(qū)上部增加了一道橫梁和數道縱梁，重新施工錨索；第二，對于鋼絞線露出長度僅5～15 cm的重新澆筑橫梁和縱梁，至少保證單束張拉的條件；第三，采取單束張拉和多束張拉聯合處理工藝，當然必須張拉控制值小于設計值；最后進行后續(xù)的錨固施工。工程在施工單位技術人員和質檢人員的有效監(jiān)管下，按建設單位要求的工期順利完成。

中鐵西北科學研究院有限公司工程檢測試驗中心對“隴南市武都區(qū)消防支隊后山不穩(wěn)定斜坡錨索防治工程”進行了檢測，并出具了檢測報告。從檢測結果來看，長度符合設計要求，注漿基本密實。2014年年初竣工驗收，專家評議質量合格。結合監(jiān)測裝置結果，從驗收到現在，治理工程一直安全。

因為兩種工藝的聯合應用，為施工單位避免了102萬元的損失。單束張拉工藝技術并不復雜，在應用前景上仍然有開發(fā)空間。

9 結語

多束張拉工藝在各種工程中應用比較廣泛，單束張拉工藝只是在更換錨具和其它一些材料時才應用。本工程將單束張拉工藝應用在地質災害治理中，是一次大膽的嘗試。經過不斷的總結，應該可以在較大范圍內使用。

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