边坡加固预应力锚索框架梁在高速公路中的应用

浙江建筑第２４卷第１Ｉ期２００７年Ｉ１月　边坡加固预应力锚索框架梁在高速公路中的应用　郭光宇　（中铁十二局集团建筑安装工程有限公司，山西太原０３００２４）　摘要：预应力锚索技术是一种土体加固新技术，在高路堑边坡加固工程，特别是高速公路边坡整治工程中得到越来越广泛　的应用。在此结合新河高速公路第五合同段Ｋ１０２＋１２０～＋２３０段地质情况，介绍预应力锚索框架梁施工技术，分析预应力锚索　框架梁施工工艺及注意事项，指出预应力锚索框架梁施工技术已作为高速公路边坡防护等工程措施的主要手段之一。　关键词：预应力锚索；框架梁；边坡加固　中图分类号：ＴＵ７５３．８　文献标识码：Ｂ　文章编号：１００８—３７０７（２００７）１１—００４１—０４　１　工程概况　左侧边坡长１　１０　ｍ，挖方高度６４　ｍ，该段场地狭窄，　边坡陡峭；边坡设置六级平台，第一级边坡坡率为　本路段位于云南省东南部，属云贵高原南缘、横　１：０．５；第二、三级边坡坡率为１：０．７５；第四、五、　断山系纵断谷区南段哀牢山脉的大围山区，属于热　六级边坡坡率为１：１。一至四级边坡采用锚索框　带雨林的易滑坡、泥石流多发地带，地貌类型为构造　架梁防护　’　，设计边坡锚索２８０孔，间距４　ｍ　Ｘ　侵蚀中一深切河谷地貌。自然坡度３０。～３５。，线路　４　ｍ，单孔长２５～３０　ｍ，见图１。采用六束　１５．２４　右侧为冲沟，自然坡较陡。根据地质勘探资料和区　高强度、低松弛钢绞线，间距４．０　ｍ，锚索为二次劈　域地质资料，阿龙古一坝洒断裂由路线右半幅通过，　裂注浆　。　，钻孔采用干钻，成孔直径１３０　ｍｍ，深度　其走向大致与路线平行，但非活动断裂。段内含有　２６～３０　ｍ，３０号纯水泥浆灌注。框架梁采用现浇　块状岩类风化带网状裂隙水，第四系松散层次之，微　Ｃ３０混凝土。框架梁截面为４０　ｅｍ　Ｘ　４０　ｅｍ，嵌入坡　弱含有孔隙潜水，裂隙水平，空隙潜水的补给源为大　面３５　ｅｍ，节点设锚索处加厚２０　ｅｍ。　气降水及段外基岩地下水。　６根４，ｊｌ５．２　ｍｍ钢绞线标准强度为１　８６０　ＭＰａ，　２预应力锚索设计原理　钢绞线使用前做好清污除锈。锚固段设计长１０　ｍ。　锚固段内的高压注浆管上打十字型梅花眼，包裹橡　预应力锚索是通过对锚索体的张拉，在边坡体　胶薄膜；自由段须涂防腐剂外套　２２　ｍｍ聚乙烯管，　上施加应力，使之在可能的滑面上产生正压力和切　用孔底注浆法注浆，第一次注浆完毕，水泥浆凝固收　向抗力，借此平衡顺层下滑力，以提高软弱结构面上　缩前应及时进行二次劈裂注浆。紧固头由斜托、钢　的物理力学性能。岩体坡面以框架梁与锚索　Ｉ２　连　垫板和锚具组成，斜托由Ｃ３０混凝土制作，并在距　成整体，框架梁的设计原理与路堑边坡框架梁的原　其顶面５　ｅｍ处加一层西８　ｍｍ的钢筋网，斜托顶面　理基本相同，即将通过固定框架梁的锚索嵌入边坡　与钻孔轴线必须垂直，确保锚索张拉时千斤顶的张　体，从而使加固边坡形成嵌固效应。　拉力与锚索在同一轴线上。锚索张拉必须等锚孔注　３　具体设计　浆达到设计强度的７０％后方可进行。锚索张拉锁　定后，锚头部分涂上防腐剂后，用Ｃ３０混凝土封闭。　新河高速公路第五合同段Ｋｌ０２＋１２０～＋２３０　见锚索结构图（图２、图３）。　收稿日期：２００７—０３—２７　作者简介：郭光宇（１９７１～），男，山西平遥人，工程师，从事高速公路施工管理工作。　・４ｌ・　维普资讯 http://www.cqvip.com 郭光宇：边坡加固预应力锚索框架梁在高速公路中的应用　图１　Ｋ１０２＋１２０一Ｋ１０２＋２３０锚索框架梁正立面图　头　图２锚头断面详图　、　图３锚索结构细部示意图　４预应力锚索框架梁施工工艺　定出孔位，钻机就位后重新复核孔位。要求水平方　向孔距误差不大于５０　ｍｍ，垂直方向孔距误差不大　４．１　预应力锚索框架梁的工艺流程　，　］　于１０　ｍｍ，同时用罗盘定出钻孔倾斜角度。在本工　预应力锚固是一项工序复杂、制约因素较多、难　程中倾角ｏＬ＝２０。。钻孔采用风动潜孔锤冲击钻进　以补救的隐蔽工程。每道工序的质量好坏都将直接　工艺，不能采用水钻，所钻锚孔保持孔内清洁，孔壁　影响最终的锚固效果，因此就有必要建立健全质量　无污物，以确保水泥浆体与岩体的粘结强度。　保证体系，使每一工序施工均在受控状态下。工艺　钻孔深度＝设计锚索长度一预留张拉段长度　流程见图４。　（１．０～１．２　ｍ）＋导向锥及预留沉碴段长度（１．０　ｍ）。　４．２施工工艺及注意事项　钻孔深度不得小于设计值，也不宜大于设计值　４．２．１锚索孔的钻凿根据设计要求的里程、标高　的１％。　・４２．　维普资讯 http://www.cqvip.com 图４预应力锚索框架梁工艺流程　钻孔应采用风动施工法，有效、高速地钻凿满足　要求的锚孔是预应力锚索技术的关键之一，也是锚　索施工中控制工期的关键工序。按设计要求将锚孔　位置准确测量后放在坡面上进行编号。首先，选择　机具是关键。根据地层的类型、钻孔（直孔）、施工方　案（干作业），选择冲击钻机或潜孔钻机。其次，锚孔　钻进采用无水干钻，以确保锚索施工不致于恶化边坡　岩体的工程地质条件和保证孔壁的粘结性能。第三，　钻进过程应对每个孔的地层变化、钻进状态（钻压、钻　速）、地下水及一些特殊情况作现场记录。　对以下一些特殊问题要作特殊处理。　（１）渗水：在钻孔过程中或钻孔结束后吹孔时，　从孔中吹出来的都是一些小石粒或黄色炳无＿粉　尘，说明孔内有渗水，岩粉多粘于孔壁。这时若孔深　已够，则注入清水，以高风压吹净，直至吹出清水；若　孔深尚浅，虽冲击器工作仍有进尺，也必须停钻，拔　出钻具，清孔后再继续钻进，如此循环，直至结束，否　则易产生卡钻。　（２）塌孔与卡钻：解决此问题主要采取跟套管　的钻进技术。由于双管同步推进，钻具外应有保护　管，可以有效地防止因孔壁坍塌而造成的卡钻事故。　由　双管钻进，高风以正循环的方式从内管进入，由　内管外管之间的环行空间排出，从而大大减少了沿　地层裂隙“跑风”现象；加上反向排风清孔器，可完　全清除孔内滞留的岩渣，确保锚固段孔壁干净清洁，　孔内不滞留岩渣。　郭光字：边坡加固预应力锚索框架梁在高速公路中的应用　（３）钻孔完成后，必须使用高风压将孔中岩粉　及水全部清除出孔外，以免降低水泥浆与孔壁岩体　的粘结强度。　４．２．２锚索制作与安装　该工程锚索材料选用高　强度、低松弛预应力钢绞线，每根锚索设计荷载为　９００　ｋＮ（可根据张拉试验结果验证并调整锚索设计　的总张拉力，以框架梁不塌陷变形为宜，但最小值不　得小于６００　ｋＮ）。钢铰线使用前做好清污除锈。锚　固段采用紧箍环和隔离架使之成波纹状，锚固段内　的高压注浆管上打上十字型梅花眼，孔径为６　ｍｍ，　间距２０～３０　ｅｍ，包裹橡胶薄膜；自由段需涂防腐剂　外套＋２２　ｍｍ聚乙烯塑料套管隔离防护；张拉段长　１．５　ｍ，需作防腐处理。锚索编排时要确保每根钢绞　线都顺直排放不缠绕，锚固段架线环与紧箍环每隔　１．２５　ｍ间隔交替设置。自由段每隔１　ｍ设置一处　定中件，以保证钢绞线顺直、居中，保证锚索周边有　一定的保护层厚度。安放锚索入孔时，可在锚索头　部加开孔导向头，安放到位后在孔中设置注浆塞，预　埋注浆排气孔。　４．２．３静压注浆静压注浆采用排气注浆法施工。　下倾的孔，注浆管插至孔底，砂浆由孔底注入，空气　由锚索孔排出；上倾和水平孔，砂浆由孔口注入，空　气压向孔底，由孔底进入排气管排出孔外（水平锚　索，空气经限浆环进入排气管）。　上倾和水平锚索孔注浆过程中，当排气管不再　排气，且有稀水泥浆从排气管压出时，说明注浆已　满；对于下倾锚索注浆，采用砂浆位置指示器控制注　浆位置。　锚索孔注浆采用注浆机，注浆压力保持在０．３　～０．６　ＭＰａ。　４．２．４二次劈裂注浆静压注浆结束８～１２　ｈ后，　浆体产生初凝前进行二次劈裂注浆；然而在有些情　况下可能在２０　ｈ后再劈裂注浆，视施工时气温及地　层地质情况而确定。　二次高压注浆管不易置于孔底，可主要在自由　段距锚固段１　ｍ处至锚固端４～５　ｍ处埋设带梅花　眼的二次注浆管进行高压注浆。一般情况下，开始　高压注浆时，大约经过１　ｍｉｎ压力读数就会上升到　４．５～７　ＭＰａ，此时静压注浆的浆体就被劈开。此　后，压力读数急剧下降，然后慢慢上升，土体被挤密，　压力读数就会出现第二个峰值。第二个峰值的压力　控制量和压力控制时间要根据岩体性质和现场注浆　试验确定。为防止岩体过度劈裂和减少注浆量，出　・４３・　维普资讯 http://www.cqvip.com 郭光宇：边坡加固预应力锚索框架梁在高速公路中的应用　现第二个峰值后，可以将注浆压力控制在１～２　ｍｉｎ。　显预应力损失时，应进行补偿张拉。　注浆量统计值见表１。　表１注浆量统计表　４．２．５框架梁、锚墩、紧固头施工框架梁施工与　一般钢筋混凝土施工工序大致相同，框架梁施工前　应整平坡面，使之平整、顺适，以保证框架梁充分发　挥作用。施工时应根据实际情况调整平台附近框架　梁长度，使锚索、锚杆框架梁单元处于每级边坡中　央。沉降缝与伸缩缝在一起间距为２０　ｍ，缝宽　２　ｃｍ。框架梁应做得顺直、美观，埋设应尽量做到与　其垂直，或采用特殊措施作一平面与其垂直。急流　槽（检查梯步）设于沉降缝处，其间距为４０　ｍ。框架　梁施工完毕要及时浇注锚墩。　紧固头由斜托（垫墩）、钢垫板和锚具组成。斜　托由Ｃ３０混凝土制作，并在距其顶面５　ｃｍ处加一层　西８的钢筋网，网的钢筋间距１６　ｃｍ，并不与预留孔　相冲突。斜托顶面与钻孔轴线必须垂直，确保埋设　张拉时千斤顶的张拉力与锚索在同一轴线上。锚具　应符合国家现行《预应力筋用锚具、夹具和连接器　应用技术规程（ＪＧＪ　８５）》的规定。　４．２．６张拉与锁定　对预应力锚索的张拉要求也　不能等同于预应力混凝土。锚固段注浆和外锚墩浇　注养护达到设计强度７０％后，方可进行预应力张拉　锚固。为避免相邻锚索张拉的应力损失，可采用　“跳张法”，即隔一拉一的方法。采用“跳张法”，超　张拉力为设计张拉力值的１．１倍，以确保前期预应　力值。第１次张拉按３级张拉（分别为预应力的　３３％、６６％、１００％），前２级稳定时间为３～５　ｍｉｎ，第　３级为２０～３０　ｍｉｎ。第１次张拉６～１０　ｄ后进行一　次补张拉，目的是补偿锚索和地层徐变等因素造成　的预应力损失。锚索张拉采用穿心式千斤顶，必须　待孔内水泥浆及钢筋混凝土地梁的强度分别达到　２２　ＭＰａ后方可进行锚索预张拉，至再无变化可以锁　定。采用ＸＭ１５—６型锁定锚具锁定后，若发现有明　・４４・　４．２．７　锚索防护锚索张拉锁定后，即可通过预埋　在锚墩内的二次注浆管对自由段进行注浆防护，注　浆材料采用水灰比为０．５～０．６的纯水泥浆，注浆压　力《０．８　ＭＰａ，待有浆液从排气管内溢出，即可缓缓　减小压力停止注浆。张拉锁定后的端头钢绞线长度　预留１５　ｃｍ以上，将多余部分割掉，然后将钢绞线散　开打弯，埋于Ｃ２５细石混凝土内，进行锚固。　坡面输干孔采用１２　ｍ深的４，１３　ｃｍ钻孔，内套　，４１ｏ　ｃｍ打孔ＰＶＣ管，ＰＶＣ管外侧和底部包裹一层　滤水土工布，口部３０　ｃｍ采用３０号水泥砂浆固定于　钻孔孔壁，再接４，１ｏ　ｃｍＰＶＣ管将水引入排水沟　。　５　结　语　锚索斜托与钢管的定位及防止钢铰线锈蚀的措　施在施工中尤为重要，如果钢管位置偏移，张拉时张　拉侧压力对框架梁造成开裂损坏，破坏边坡的整体　稳定性；防止钢铰线锈蚀的措施如果不当，造成钢铰　线断裂等质量隐患，会直接影响锚索框架梁的寿命；　另外，对软岩高边坡，框架梁受力会呈现不规律变　化，对局部的岩层变化处需要重新设计框架梁的结　构，读者可参照文献［３］，因为文献［３］在这方面做　了详细的研究。　预应力锚索框架梁锚固技术作为治理边坡病　害、深基础处理和隧道围岩加固等工程措施的主要　手段，在泥石流多发地带、易滑坡地段采用预先的主　动支护　，既保证了高速公路的安全，又减少了后　期维修及边坡病害整治的费用。　参考文献　［１］　王家海．预应力锚索施工技术及单价分析［Ｊ］，铁路工程造价　管理，２００３（５）：６—１０．　［２］　黎明．预应力锚索施工及其质量控制［Ｊ］，水力发电，２００３，　２９（８）：４４—４６．　［３］　曹兴松，周德培．软岩高边坡预应力框架梁的一种新型设计方　法［Ｊ］．公路交通科技，２００４（８）：２５—２８．　［４］　杨志庆，虞黎均，诸葛盛世．预应力锚索＋框架梁结构在边坡　防治中的应用［Ｊ］．探矿工程（岩土钻掘工程），２００５（２）：３７—　３９．　［５］　史彦文．锚索框架梁和抗滑桩联合支护在路基高边坡滑坡处　理中的应用『Ｊ］．公路．２００４（２）：８９—９１．