沈曉華

（萬順通集團有限公司，福建 漳州 363000）

0 引言

公路工程高邊坡的防護方式主要有擋土墻、錨索框架梁和抗滑樁等，從經(jīng)濟性、先進性和防護效果等方面進行比較，發(fā)現(xiàn)錨索框架梁具有施工簡便、造價低和適用范圍廣等優(yōu)點。鑒于拉力型預(yù)應(yīng)力錨索在錨固段上容易出現(xiàn)粘結(jié)應(yīng)力集中或者分布不均勻現(xiàn)象，從而導(dǎo)致錨索失穩(wěn)破壞，在該情況下，壓力分散型預(yù)應(yīng)力錨索應(yīng)勢而出。該新型錨索通過鋼質(zhì)承載體將拉力轉(zhuǎn)變成壓力，使錨索受力均勻，由于每根錨索設(shè)置單獨的鋼質(zhì)承載體，使各個單元錨索長度不需要一致，從而減少錨索長度，節(jié)約工程造價。但是壓力分散型預(yù)應(yīng)力錨索施工工序復(fù)雜，為了達到預(yù)期的高邊坡防護效果，應(yīng)切實進行可靠的質(zhì)量控制。本文從預(yù)應(yīng)力錨索工作機理出發(fā)，結(jié)合案例工程施工過程中的重要環(huán)節(jié)闡述高邊坡壓力分散型預(yù)應(yīng)力錨索施工技術(shù)的應(yīng)用。

1 工程概況

某公路項目K0+930～K1+130 段左側(cè)邊坡高度為55.1m，邊坡高度較高，表層土為粉質(zhì)黏土，厚度為1.3～4.6m，黏土下面地層為砂土狀強風(fēng)化粉砂巖，厚度為9.8～18.7m，第三層為碎塊狀強風(fēng)化粉砂巖，厚度為15.5～30.1m，邊坡相對陡峭，層面坡度約46°。該邊坡屬于高陡邊坡，存在著滑坡潛在危險，應(yīng)采取行之有效的措施進行加固。

2 高邊坡防護設(shè)計方案

坡腳位置采用A 型半擋墻進行加固，邊坡坡率為1∶0.75；2～5級邊坡采用預(yù)應(yīng)力錨索框架進行加固，第2級邊坡坡率為1∶0.75，其余邊坡坡率均為1∶1.0；6～7級邊坡采用噴播植草灌進行加固，邊坡坡率均為1∶1.25；高邊坡防護設(shè)計方案如圖1所示，邊坡平臺寬度均為2m，按照規(guī)定設(shè)置排水溝渠。坡腳位置擋土墻按照2m×2m的方格布設(shè)塑料排水管，管口應(yīng)朝外傾斜5%，以便將土體內(nèi)水分排出?？蚣芰阂?guī)格為600mm×600mm，混凝土強度為C25，梁體外露長度為150mm。預(yù)應(yīng)力錨索采用4孔6索的壓力分散型錨索，鋼絞線強度為1860MPa，直徑為15.24mm，錨索設(shè)計長度為24～28m，設(shè)計軸力為700kN，錨索與水平面之間的夾角為20°，錨固長度為12m?？蚣軆?nèi)以間距為1500mm插打鋼管，鋼管直徑為50mm，入土深度為5m，再將直徑為10mm鋼筋鋪設(shè)在鋼管上，布筋間距為100mm，再將強度為C20細石混凝土噴射到鋼筋網(wǎng)上。坡頂2級邊坡修整后采用直徑為14mm的錨桿以間距為2000mm進行布置，錨桿打入巖土層深度為0.8m，將直徑為2mm，網(wǎng)格為130mm×90mm 的鍍鋅鐵絲網(wǎng)拉緊鋪設(shè)好，鐵絲網(wǎng)應(yīng)掛設(shè)在錨桿上，鐵絲網(wǎng)搭接寬度為150mm，采用噴射機將帶有種子的有機物質(zhì)噴射到鐵絲網(wǎng)上，并采用無紡布進行覆蓋養(yǎng)生，從而實現(xiàn)噴播植草灌。

圖1 K0+930～K1+130段高邊坡防護設(shè)計斷面圖

3 預(yù)應(yīng)力錨索工作機理

預(yù)應(yīng)力錨索是指根據(jù)巖層地質(zhì)情況在鉆孔內(nèi)進行數(shù)個單元錨索的安裝，而每個單元錨索的錨固長度與自由長度有所不同，錨索的荷載通過千斤頂進行施加，由于自由段長度不同產(chǎn)生的一定補償力，通過張拉對各單位預(yù)應(yīng)力進行補償，從而使錨索所承受荷載一致。壓力分散型錨固體系成功地將荷載由大轉(zhuǎn)化成小荷載，將拉應(yīng)力轉(zhuǎn)變成壓應(yīng)力，使荷載峰值大大降低[1]。預(yù)應(yīng)力錨索通過鋼質(zhì)承載體將荷載傳遞給巖層，錨固段長度能夠?qū)崿F(xiàn)可控效果。由于鋼質(zhì)承載體的巧妙設(shè)置，注漿后，注漿體與巖土層的粘結(jié)力將得到增強，錨索承載力得到顯著提升。

4 高邊坡壓力分散型預(yù)應(yīng)力錨索施工技術(shù)

4.1 工藝流程

壓力分散型預(yù)應(yīng)力錨索的工藝流程如圖2所示。

圖2 壓力分散型預(yù)應(yīng)力錨索工藝流程圖

4.2 施工技術(shù)準(zhǔn)備

項目部應(yīng)根據(jù)工程實際情況編制施工組織設(shè)計，根據(jù)設(shè)計和規(guī)范要求對工藝流程和施工方法進行明確，制定預(yù)應(yīng)力錨索施工質(zhì)量保證措施。為了準(zhǔn)確地確定錨索極限承載力，按照規(guī)定在邊坡上選取3個試驗孔進行基本試驗，根據(jù)試驗需求設(shè)置2個錨索長度為14m，1個錨索長度為16m，而14m長度對應(yīng)錨固段長度則設(shè)置3m和4.5m兩種，16m長錨索則將其錨固段長度設(shè)置為6m，以1.5倍設(shè)計拉力進行施荷，結(jié)果發(fā)現(xiàn)錨頭無明顯位移，位移量均≤1mm，從而驗證了預(yù)應(yīng)力錨索設(shè)計的合理性。如果基本試驗相關(guān)數(shù)據(jù)超出規(guī)范要求，則應(yīng)根據(jù)實際情況對相關(guān)設(shè)計參數(shù)進行調(diào)整，從而保證錨索工作性能與邊坡安全性。根據(jù)設(shè)計邊坡坡率對坡面進行修整，搭設(shè)腳手架，架子寬度為1.5m，立桿和橫桿間距分別為1.5m和1.8m，腳手架采用錨桿與坡體進行連接和固定。根據(jù)框架梁布置情況對錨孔進行測量定位，通常按照從上到下，從左到右的順序進行測放，框架梁測量定位則是先測放豎肋再測放橫梁，錨孔定位精度要求≤5cm，在錨孔中心打入鋼釬。

4.3 鉆孔

根據(jù)施工方案，該工程采用YB-100型潛孔鉆機進行鉆孔，孔洞直徑為150mm，首先根據(jù)錨孔位置將鉆機底座固定在施工平臺上，根據(jù)設(shè)計傾角通過羅盤對鉆桿的角度進行調(diào)整，通常情況下，方位偏差應(yīng)控制在2°以內(nèi)，而傾角偏差則控制在1°以內(nèi)[2]。錨孔鉆進過程以干鉆為主，根據(jù)地質(zhì)情況合理調(diào)整鉆壓、風(fēng)壓和風(fēng)量，該工程正常鉆進鉆壓控制為20kN左右，風(fēng)壓和風(fēng)量則分別控制為0.6MPa和12m3/min左右。在鉆孔過程中，根據(jù)鉆進米數(shù)及鉆進速度對鉆桿的傾角進行檢查，防止出現(xiàn)錨孔傾角超過規(guī)范允許范圍，操作人員應(yīng)詳細記錄相關(guān)施工參數(shù)和地質(zhì)狀況。如果巖層中存在破碎帶情況，鉆孔技術(shù)應(yīng)變成跟管鉆進技術(shù)，潛孔錘鉆頭應(yīng)鉆進1m后再安裝跟管進行鉆進，此時鉆壓應(yīng)調(diào)整為7kN，風(fēng)壓和風(fēng)量分別調(diào)整為0.8MPa和10m3/min左右，確保鉆進順利。在鉆孔過程中遇到任何異常情況應(yīng)及時向監(jiān)理工程師匯報，根據(jù)現(xiàn)場實際情況采取適當(dāng)技術(shù)措施進行處理。實際鉆孔深度應(yīng)比設(shè)計深度深0.5m，達到最終深度時，鉆頭應(yīng)停止向前鉆進而依然保持在原位打鉆1～2min，從而保證孔底直徑符合設(shè)計要求?？變?nèi)所有雜質(zhì)和地下水均應(yīng)清理干凈，利用吹掃作用將孔內(nèi)碎屑全部清出孔外，保證鉆孔光滑和干凈。

4.4 制錨與下錨

預(yù)應(yīng)力錨索錨固段分為3 個單位，錨固段長度為12m，因此每個單位錨固段長度L1、L2和L3均為4m，而該工程錨索自由段長度各不相同，因此，根據(jù)計算公式：自由長度+錨固長度+1.5m預(yù)留長度對錨索進行下料，根據(jù)錨索尺寸進行列表和編號，采用砂輪機切割鋼絞線，錨索長度偏差值應(yīng)控制在50mm之內(nèi)。錨索應(yīng)根據(jù)單元屬性不同采用油漆進行標(biāo)識，錨索應(yīng)擺放順直無扭曲。根據(jù)錨索體設(shè)計圖合理地定位鋼質(zhì)承載體的位置，采用拉桿和限位片進行固定，擠壓裝置應(yīng)安裝牢固，在最末端的鋼質(zhì)承載體點焊上導(dǎo)向帽，而錨索則通過擠壓裝置錨固在鋼質(zhì)承載體上。為了保證錨索安裝順直和準(zhǔn)確，將架線環(huán)安裝在孔口的中軸位置，錨索體自由段位置架線環(huán)的布置間距為1.0～1.5m，架線環(huán)固定牢固。該工程采用PVC管作為錨索體的注漿管，規(guī)格為25mm，要求注漿管能夠抵抗住4MPa的壓力沖擊，PVC管安裝在錨索體中線位置，注漿管采用鐵絲綁扎，其末端應(yīng)伸入導(dǎo)向帽內(nèi)5～10cm左右，管內(nèi)應(yīng)暢通無阻[3]。錨索體制作完成后應(yīng)按照規(guī)定做好編號，制作質(zhì)量驗收合格后應(yīng)將防銹漆涂刷在鋼質(zhì)材料上，錨索體應(yīng)保持順直狀態(tài)。鑒于錨孔具有一定的傾角，為了更好地控制下錨的準(zhǔn)確性，在錨孔處根據(jù)施工方案設(shè)置導(dǎo)向架，錨索體吊運應(yīng)平穩(wěn)和順直，將錨索體輕放在導(dǎo)向架上，操作人員緩慢地將錨索體送入錨孔，下錨施工應(yīng)連續(xù)不中斷，推送應(yīng)平穩(wěn)，防止錨索體出現(xiàn)卡頓現(xiàn)象。

4.5 注漿

該工程水泥漿強度為40MPa，采用純水泥漿，為了提高抗裂性，摻入適量的聚丙烯腈纖維。經(jīng)過試驗確定水泥漿的水灰比為0.4，水泥漿采用先進的制漿裝置進行攪拌，該裝置能夠根據(jù)配合比設(shè)計實現(xiàn)自動稱量、下料和攪拌，從而保證水泥漿攪拌均勻，顏色一致，經(jīng)過計算，該工程聚丙烯腈纖維為1.9kg/m3。通過高壓泵將水泥漿注入PVC管，注漿壓力為2.0MPa，隨著水泥漿的不斷注入與充盈，待孔口出現(xiàn)新鮮的水泥漿返漿時則代表錨孔注漿飽滿，這時候可以停止注漿[4]。如果發(fā)現(xiàn)水泥漿有回落情況，應(yīng)立即進行補漿，使?jié){液充滿錨孔。在注漿過程中應(yīng)時刻關(guān)注巖層有無異?，F(xiàn)象，比如土體出現(xiàn)隆起或者冒漿等情況，如出現(xiàn)異?，F(xiàn)象應(yīng)立即停止施工，查明原因并處理后再開始注漿。

4.6 錨索框架梁施工

根據(jù)框架梁分布情況將其邊線測量定位好，根據(jù)框架梁嵌入巖體45cm的設(shè)計要求對巖體進行刻槽，槽底位置采用水泥砂漿進行找平。待砂漿硬化后，再綁扎梁體鋼筋，錨索位置應(yīng)根據(jù)設(shè)計圖紙要求安裝波紋鋼管和錨墊板，鋼筋綁扎應(yīng)牢固，接頭位置應(yīng)按照規(guī)定進行錯開?？蚣芰耗０宀捎媚z合板模板，模板安裝應(yīng)牢固順直[5]，模板上口標(biāo)高應(yīng)符合設(shè)計要求?；炷敛捎谜駝影暨M行振搗，振搗密實可靠。為了防止框架梁長度過長出現(xiàn)裂縫，每15m設(shè)置1道伸縮縫，縫寬為20mm。

4.7 錨索張拉與鎖定

錨索張拉工具為千斤頂，該工程千斤頂型號為YC-100，錨索張拉前應(yīng)按照規(guī)定對張拉設(shè)備和儀表進行檢定，檢定結(jié)果應(yīng)符合精度要求。待水泥漿和混凝土強度均超過80%設(shè)計值即可進行錨索張拉施工[6]。在錨索張拉之前，根據(jù)設(shè)計軸力和錨索長度對差異荷載進行計算，補足荷載后按照規(guī)定進行分級加荷張拉。為了保證張拉過程各部件的緊密和錨索的平直性，以15%的張拉設(shè)計值對6根鋼絞線進行預(yù)張拉2次，達到預(yù)張拉效果后將荷載卸除。根據(jù)計算出來的差異荷載分別對最長鋼絞線進行張拉后卸載，然后再用第二組差異荷載對最長和中間長度的鋼絞線進行補荷張拉后卸載。該工程設(shè)計軸力為700kN，因此5 級分級張拉荷載對應(yīng)為175kN、350kN、525kN、700kN 和770kN，每級加荷后應(yīng)及時量測錨頭位移和錨索伸縮量，770kN 張拉荷載加荷后應(yīng)持荷15min后，量測好錨頭位移，確保所測數(shù)值符合規(guī)范要求即可卸荷鎖定，錨頭位移要求≤1mm。錨索采用隔位張拉法，從而有效地減少相鄰孔錨索的影響。

5 結(jié)束語

綜上所述，采用壓力分散型預(yù)應(yīng)力錨索對高邊坡進行加固后，經(jīng)試驗檢驗和監(jiān)測得出，錨索在各級張拉荷載作用下，錨頭位移值均≤1mm，錨索伸長量滿足設(shè)計要求。在張拉荷載為1050kN時，錨頭總位移量滿足規(guī)范要求，表明錨索的工作性能符合設(shè)計要求，鋼絞線無斷絲，錨頭處無破損情況，預(yù)應(yīng)力錨索質(zhì)量合格。通過設(shè)置10個監(jiān)測孔收集數(shù)據(jù)，邊坡無滑動現(xiàn)象，錨索預(yù)應(yīng)力無明顯損失，邊坡未出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象，邊坡穩(wěn)定可靠，加固效果良好。壓力分散型錨索能夠有效、穩(wěn)定地解決高邊坡巖層中荷載峰值問題，使注漿體受荷均勻，而一旦發(fā)現(xiàn)錨索預(yù)應(yīng)力有所損失還能采取補償張拉進行補救，該錨索由于各單元長度不同，能夠減少錨索下料長度，降低工程造價。該項目的實踐表明，壓力分散型預(yù)應(yīng)力錨索值得在類似高邊坡加固工程中進行推廣應(yīng)用。