黃道良

廣東省珠海工程勘察院 廣東 珠海 519000

近年來，我國的經(jīng)濟(jì)進(jìn)入快速發(fā)展階段，各類建設(shè)工程項(xiàng)目隨之增多，如建筑土木、公路橋梁、水利水電等。在上述工程建設(shè)中和建設(shè)后形成大量的邊坡，其中部分邊坡比較高，存在穩(wěn)定性問題。對此，要采取行之有效的技術(shù)措施加之治理，從而確保邊坡穩(wěn)定，避免安全事故的發(fā)生。借此就城區(qū)巖質(zhì)高邊坡治理技術(shù)展開研究。

1 工程概況

某城區(qū)內(nèi)有一座水利工程，該工程樞紐區(qū)所在位置的巖層偏右岸，巖體呈破碎狀態(tài)，節(jié)理裂隙發(fā)育，因工程地質(zhì)條件較為特殊，給高邊坡的開挖穩(wěn)定性造成不利影響。為滿足樞紐工程布置需要，形成多種邊坡失穩(wěn)滑塌形態(tài)，由于地質(zhì)條件比較差，導(dǎo)致高邊坡開挖時的穩(wěn)定性問題較為突出，經(jīng)過研究后，決定采用預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)，確保邊坡的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。下面重點(diǎn)對巖質(zhì)高邊坡治理中的預(yù)應(yīng)力錨索設(shè)計與施工展開分析。

2 城區(qū)巖質(zhì)高邊坡治理技術(shù)

2.1 預(yù)應(yīng)力錨索結(jié)構(gòu)

大量工程實(shí)踐表明，在巖質(zhì)高邊坡加固中，預(yù)應(yīng)力錨索的效果非常好，可用于邊坡上體量較大的不穩(wěn)定塊體加固，還能對卸荷引起的受損區(qū)惡化起到有效的限制作用，加固后的巖體穩(wěn)定性顯著提升，變形條件得到進(jìn)一步改善。常用的有端頭錨，索長20-50m，錨固力為1000kN級[1]。錨索設(shè)計為兩點(diǎn)預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)體系，由錨固段（位于錨根內(nèi)）、自由段（位于錨索中間）、錨固墩頭（位于孔口）等部分組成。錨根處設(shè)有導(dǎo)向帽和灌漿管，前者為安裝提供便利條件，后者為灌漿管路，可深入至錨根底部50cm。為使錨索能夠位于鉆孔中心，要在收縮段架設(shè)隔離架，由此可以避免鋼絞線發(fā)生扭曲變形的現(xiàn)象；自由段內(nèi)設(shè)有注漿管，采用PVC管，設(shè)置在2/3孔深部位。錨固墩頭即外錨頭段，位于孔口處的基巖面，通過錐形的喇叭管將孔口與鋼墊板連接到一起，預(yù)埋在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)。預(yù)應(yīng)力錨索的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2.2 預(yù)應(yīng)力錨索設(shè)計要點(diǎn)

2.2.1 內(nèi)錨固段

在對內(nèi)錨固段設(shè)計前，需要做以下假定：段內(nèi)各束鋼絞線的受力均勻；錨索受力后不會產(chǎn)生沿孔壁滑移或是破壞的現(xiàn)象。內(nèi)錨固段設(shè)計兩種類型，分別為有壓式注漿和自流式注漿，前者適用于錨索與邊坡成任意夾角的巖質(zhì)邊坡；后者適用于地下水比較少且俯角在100°以上的邊坡。從工藝上看，自流式更加簡單，注漿管伸入錨索末端50cm，通過定量法完成漿液注入。有壓式需要設(shè)置進(jìn)漿管路、回漿管路、阻塞器等，其中阻塞器要固定在內(nèi)錨固段的頂部，而進(jìn)漿與回漿管理則需要從阻塞器的中心位置處穿過，進(jìn)漿管要伸入到錨孔底部，沿著阻塞器及錨固段布設(shè)出漿孔，回漿管要從段頂引出孔外。注漿管均可選用塑料管，管徑以20mm為宜，而回漿管則應(yīng)選用小一號的塑料管。

2.2.2 自由段

在整個錨索中能夠自由伸縮的部分稱為自由段，在預(yù)應(yīng)力張拉的過程中，自由段由于不受介質(zhì)影響，所以無需灌漿。從錨固段頂部至孔口錨板處為自由段的長度，不同的錨索孔，自由段長度可以隨著孔深的變化而改變。當(dāng)自由段錨索承受預(yù)應(yīng)力后，既有可能伸長，也有可能松弛。設(shè)計時，在自由段布設(shè)隔離架，間距控制在3.0m，利用鉛絲進(jìn)行捆扎固定。隔離架除了能夠?qū)摻g線均勻分隔外，還能使錨索與孔中心對準(zhǔn)。在自由段內(nèi)設(shè)有注漿管，布置在入孔2/3處，當(dāng)錨索施加預(yù)應(yīng)力后，便可注漿，這樣能夠保護(hù)錨索不受侵蝕，并避免預(yù)應(yīng)力松弛的情況發(fā)生。自由段注漿管路的布設(shè)如下：從孔口處將自由段的注漿管引出，進(jìn)入喇叭口形注漿管，伸出墩頭混凝土外部。

2.2.3 外墩頭錨固體

該錨固體為錨索施加預(yù)應(yīng)力的受力體，它的主要作用是將荷載傳遞給巖體，由以下部分組成：墩頭鋼筋混凝土、鋼墊板、錨具等?？卓诶裙?、自由段進(jìn)漿管、排氣管等，全部預(yù)埋在墩頭鋼筋混凝土內(nèi)，預(yù)應(yīng)力施加后，要在錨具外增設(shè)保護(hù)罩，并在自由段灌漿時，將外罩封死。本工程中，預(yù)應(yīng)力錨索選用的錨具為QM15-6型，當(dāng)試驗(yàn)孔內(nèi)加裝測力計時，需要將測力計裝在鋼墊板間，并將錨具裝在外墊板上；鋼墊板用碳素鋼加工而成，尺寸為400mm×400mm×400mm；在巖石基面上，澆注混凝土，按現(xiàn)行規(guī)范及設(shè)計要求配筋，混凝土澆注3d后的抗壓強(qiáng)度應(yīng)當(dāng)達(dá)到20MPa以上[2]。

2.2.4 預(yù)應(yīng)力張拉設(shè)計

錨索預(yù)應(yīng)力張拉噸位可以按照如下因素確定：錨根承載力、錨索工作面范圍、錨孔數(shù)量、施工套件等。目前，在錨索設(shè)計中，要保證材料強(qiáng)度具有一定的安全儲備，依據(jù)現(xiàn)行規(guī)范要求，最大張拉力不得超過材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的75%。通過對同類工程研究分析后發(fā)現(xiàn)，錨索材料利用強(qiáng)度在0.55-0.65之間，超張拉時的平均值為0.705。本次選用的錨索材料為高強(qiáng)低松弛鋼絞線，利用強(qiáng)度系數(shù)取0.70，張拉控制應(yīng)力為1302MPa，設(shè)計拉力為1092kN，鎖定壓力為891kN[3]。為確定張拉力損失情況，采取試驗(yàn)方法，在試驗(yàn)過程中，應(yīng)力松弛系數(shù)取7%，楔片鎖定時的滑移損失系數(shù)取0.03，其它損失包括摩擦、徐變等，損失系數(shù)取0.08。由此得出的試驗(yàn)結(jié)果如下：應(yīng)力松弛損失為91MPa，楔片鎖定時的滑移損失為44.3MPa，其它損失為104MPa，錨索的穩(wěn)定應(yīng)力為1061MPa，與現(xiàn)行規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定要求相符，表明設(shè)計合理、可行。

2.3 預(yù)應(yīng)力錨索施工工藝

2.3.1 主要施工參數(shù)

本工程中，巖質(zhì)邊坡預(yù)應(yīng)力錨索的設(shè)計承載力為1000kN，施工過程中，施加600kN的預(yù)應(yīng)力，傾角為20°，錨索孔的直徑為φ80，選用高強(qiáng)低松弛鋼絞線制作錨索，張拉段上套波紋管，注漿漿液為1:1純水泥漿，注漿壓力不低于0.5MPa，水灰比為0.45[4]。錨索的長度為18-20m，錨固段的長度為5.0-7.0m，每根錨索用7束鋼絞線編制而成。預(yù)應(yīng)力錨索施工工藝流程如圖2所示。

2.3.2 施工技術(shù)要點(diǎn)

（1）按照邊坡的特點(diǎn)，選取潛孔鉆機(jī)，鉆桿直徑為60mm，鉆頭為柱齒型。正式鉆孔前，鉆機(jī)就位，對導(dǎo)軌加以測量，并調(diào)整固定，測量校核開孔口，看誤差是否超限，如果超過1.5°，則應(yīng)當(dāng)對鉆機(jī)加以調(diào)整，以此來消除誤差，確認(rèn)合格后，重新開鉆[5]。

（2）鉆孔時，實(shí)際深度要略大于設(shè)計深度，當(dāng)孔深達(dá)到設(shè)計要求后，應(yīng)當(dāng)將鉆桿立即從孔內(nèi)拔出，邊拔邊用高壓風(fēng)掃孔。若是鉆進(jìn)過程中發(fā)生比較嚴(yán)重的塌孔現(xiàn)象，導(dǎo)致錨桿無法順利送入孔內(nèi)，或是孔內(nèi)出現(xiàn)大量滲水時，則應(yīng)在鉆孔后，采取注漿堵漏的方法予以處理，并向漿液中加入適量的早強(qiáng)劑，當(dāng)水泥砂漿的強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計要求后，重新鉆進(jìn)。鉆孔期間，要隨鉆記錄巖層的變化情況。需要注意的是，在鉆孔施工過程中，因孔內(nèi)吹出風(fēng)壓相對較大，為避免吹出的泥漿或是砂石傷到作業(yè)人員，必須采取有效的安全防護(hù)措施，以此來確保施工安全。

（3）依據(jù)現(xiàn)行規(guī)范和設(shè)計要求選取錨索材料，為避免材料浪費(fèi)，應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格按照現(xiàn)場測量的鉆孔深度對錨索下料。在截取鋼絞線時，為確保長度適宜，除了要考慮孔口位置處墊墩的厚度外，還要考慮張拉千斤頂?shù)母叨?。故此下料長度要比實(shí)際長度多100cm左右。對鋼絞線切割下料時，嚴(yán)禁使用氣焊切割，要用專用的切割機(jī)，外表存在明顯損傷的鋼絞線應(yīng)當(dāng)截掉。在組裝鋼絞線前，要順直排列，避免出現(xiàn)相互交叉的現(xiàn)象，依據(jù)規(guī)定要求，對鋼絞線除油、除銹，并控制好每股鋼絞線的誤差，不得超過50mm[6]。為使錨索能夠在孔內(nèi)居中，確保漿體保護(hù)層的厚度達(dá)標(biāo)，可在錨索上加裝對中支架，按1.5m的間距布設(shè)支架。自由段的錨索表面應(yīng)當(dāng)均勻涂抹潤滑油，隨后用塑料布包裹好，并在塑料布上涂抹潤滑油，裝入波紋管內(nèi)，這樣可以形成雙層保護(hù)，管的兩端用鐵絲綁扎牢固。

（4）錨索制作完畢后，要及時使用，避免存放時間過長，要將加工好的錨索存放在潔凈、干燥的庫房內(nèi)，不得露天存放。向孔內(nèi)安裝錨索前，應(yīng)檢查鉆孔，看是否設(shè)計要求相符，并復(fù)核錨索的各個部位，看是否正確，捆扎的是否牢固可靠。同時檢查自由段錨索的波紋管，看有無明顯的損壞跡象，發(fā)現(xiàn)破損后，要及時修復(fù)。所有檢查工作全部完畢后，確認(rèn)無任何問題，便可向孔內(nèi)安裝錨索，在安裝的過程中，要觀察錨索能否順利送入孔內(nèi)，有無阻礙，若是送入比較困難，則應(yīng)將錨索從孔內(nèi)取出，查明原因，解決處理后，重新送入。需要注意的是，要將注漿管與錨索一并送入孔內(nèi)，管口與孔底之間保持5.0-10cm左右的距離，錨索的入孔角度應(yīng)當(dāng)與鉆孔角度保持一致，入孔深度不得小于設(shè)計索長的95%。

（5）在預(yù)應(yīng)力錨索施工中，注漿是關(guān)鍵工序，直接關(guān)系到錨索的承載力及使用壽命，所以確保注漿的飽滿程度尤為重要。本工程中，采用的是注漿材料為純水泥砂漿，按照0.45的水灰比配制，為使砂漿在7-10天左右達(dá)到設(shè)計要求的張拉強(qiáng)度，在制備砂漿時，摻入適量的早強(qiáng)劑。水泥選用的是42.5#普硅水泥，注漿壓力不低于0.5MPa，采用底部注漿法，具體操作時，要將注漿管伸入孔底，從孔底將水泥砂漿壓入。注漿前，要將水泥砂漿攪拌均勻，按照現(xiàn)行規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定要求，攪拌時間應(yīng)當(dāng)不少于2min，做到隨攪隨用，在初凝前用完。漿液中避免混入粒徑較大的塊石或是其它雜物。注漿應(yīng)當(dāng)一次性完成，邊注邊拔管，待漿液錨索孔后，在孔口部位采取封堵措施。需要注意的是，錨索注漿完畢后，在漿液尚未徹底固化前，不得擾動錨索體，以免對預(yù)應(yīng)力錨索的質(zhì)量造成影響。

（6）在對錨索張拉預(yù)應(yīng)力前，要先標(biāo)定千斤頂、油壓表、油泵等設(shè)備。本工程中，預(yù)應(yīng)力束張拉與鎖定，采用的是國內(nèi)某公司生產(chǎn)的錨具，油泵為電動，千斤頂為液壓。錨索張拉作業(yè)正式開始前，要先對錨索進(jìn)行質(zhì)量驗(yàn)收試驗(yàn)，確認(rèn)達(dá)標(biāo)后，才能張拉。張拉臺座的墊板面要與錨索軸線方向垂直，張拉時，錨具、夾片以及錨索要潔凈，不得存在污物或銹蝕層。先對錨索預(yù)張拉1-2次，當(dāng)各部分緊密接觸后，便可正式張拉。要嚴(yán)格按照程序開展張拉作業(yè)，操作時，應(yīng)避免鄰近錨索之間產(chǎn)生相互影響，當(dāng)張拉至1.2倍軸向拉力值時，持荷10min，隨后卸荷，并完成鎖定。錨索預(yù)應(yīng)力張拉荷載分級及觀測時間應(yīng)當(dāng)與表1的規(guī)定要求相符。

表1 錨索預(yù)應(yīng)力張拉鎖定加荷等級與觀測時間

當(dāng)錨索鎖定之后，如果預(yù)應(yīng)力出現(xiàn)明顯的損失，則應(yīng)及時補(bǔ)償張拉。鎖定前，要先安裝錨具、限位板、千斤頂?shù)仍O(shè)備，隨后加載到鎖定荷載1.10，持荷10min后卸荷。本工程中的錨索預(yù)應(yīng)力采取整體張拉的方法，由于液壓千斤頂比較重，不便于搬運(yùn)，所以在張拉作業(yè)正式開始前，要搭設(shè)鋼管，并鋪設(shè)膠合板形成作業(yè)平臺。當(dāng)錨索預(yù)應(yīng)力張拉完畢后，要及時封錨，采用砂輪機(jī)將多余的鋼絞線切斷，并在錨頭位置處留設(shè)出5.0cm左右的長度。將潤滑油脂注滿錨墊板下的空間，以強(qiáng)度等級為C30的細(xì)石砼對墊板外錨頭全面覆蓋，保護(hù)層的厚度應(yīng)當(dāng)達(dá)到3.0cm以上[7]。

3 結(jié)論

綜上所述，城區(qū)內(nèi)的巖質(zhì)高邊坡治理是一項(xiàng)較為重要工作，為達(dá)到預(yù)期中的治理效果，應(yīng)當(dāng)選擇適宜的支護(hù)技術(shù)，對邊坡進(jìn)行加固。本文結(jié)合工程實(shí)例，采用預(yù)應(yīng)力錨索技術(shù)，對巖質(zhì)高邊坡穩(wěn)定性問題加以處理，確保開挖施工順利完成。