錨桿框架工業(yè)化方案研究

楊旭鑫，王志峰

（安徽省交通規(guī)劃設(shè)計研究總院股份有限公司，安徽 合肥 230088）

0 前言

錨桿框架作為一種應(yīng)用廣泛的高邊坡加固防護(hù)方法，它由錨桿錨固體和坡面框架格梁組成，是在邊坡坡面上通過鋪裝鋼筋混凝土框架格梁，格構(gòu)節(jié)點處（縱、橫梁相交處）采用錨桿加以固定而形成的固坡結(jié)構(gòu)型式。這種防護(hù)措施使邊坡表層土體原有的聯(lián)結(jié)力得到一定程度的鎖定，從而提高了表層土體的強(qiáng)度，使邊坡的穩(wěn)定性增加。對于既有邊坡，可根據(jù)邊坡形狀進(jìn)行少量平整，再進(jìn)行快速施工。該加固支護(hù)結(jié)構(gòu)具有技術(shù)先進(jìn)、安全可靠、經(jīng)濟(jì)美觀（框內(nèi)植草）、施工方便等突出優(yōu)勢，尤其針對巖石極易風(fēng)化、崩解，邊坡易崩塌、滑動的邊坡，能有效地保證邊坡的穩(wěn)定性。

1 研究目的與原則

1.1 研究目的

目前，在交通運(yùn)輸部大力推進(jìn)工程建設(shè)工業(yè)化、裝配化，創(chuàng)新建造方式的新形式下，公路工程建設(shè)開始走向機(jī)械化、工廠化、裝配化[1]。開展錨桿框架工業(yè)化研究，一方面可以提高公路路基專業(yè)工業(yè)化建造技術(shù)水平，與路基小型構(gòu)件裝配化、擋墻裝配化研究同步推進(jìn)，實現(xiàn)路基工程全面裝配化；另一方面，與傳統(tǒng)的現(xiàn)澆框架梁施工方式相比，通過框架梁預(yù)制化、預(yù)應(yīng)力錨固設(shè)計可以提高道路邊坡錨固工程質(zhì)量可靠性，并且可以統(tǒng)一施工工藝，提高施工效率，加快建設(shè)進(jìn)度，降低施工成本，也利于養(yǎng)護(hù)管理，使得正常養(yǎng)護(hù)維修簡單化、工廠化、集約化，降低養(yǎng)護(hù)成本[2-4]。

1.2 研究原則

對現(xiàn)狀現(xiàn)澆框架方案進(jìn)行工業(yè)化改進(jìn)，所研究出的創(chuàng)新方案應(yīng)滿足以下原則。

①技術(shù)創(chuàng)新：所提出的方案應(yīng)具備較好的創(chuàng)新性，突出裝配化設(shè)計，工業(yè)化建造的要求。

②技術(shù)先進(jìn)性：所提出的方案應(yīng)具備較好的技術(shù)先進(jìn)性，主要技術(shù)應(yīng)成熟可靠，總體方案無明顯技術(shù)缺陷。

③經(jīng)濟(jì)合理性：創(chuàng)新方案應(yīng)在經(jīng)濟(jì)上可以接受，建造成本提高不超過20%，對工程總造價的影響范圍有限。

④施工可行性：創(chuàng)新方案應(yīng)符合當(dāng)前施工能力水平，不過高要求技術(shù)設(shè)備，盡可能消除人為對工程質(zhì)量的影響。

⑤質(zhì)量可靠性：創(chuàng)新方案應(yīng)能夠保證工程建設(shè)質(zhì)量達(dá)到當(dāng)前行業(yè)先進(jìn)水平，且工程質(zhì)量能夠得到有效控制。

2 錨桿框架工業(yè)化方案研究

錨桿框架工業(yè)化即工廠生產(chǎn)預(yù)制構(gòu)件再運(yùn)送至現(xiàn)場進(jìn)行裝配拼接，在滿足工業(yè)化方案研究原則的前提下，提出節(jié)段預(yù)制和節(jié)點預(yù)制2種方案。

2.1 節(jié)段預(yù)制方案

2.1.1 方案概述

以節(jié)點為界點，將框架拆解為多個獨(dú)立的節(jié)段，預(yù)制好的節(jié)段現(xiàn)場組拼后通過錨定墩（預(yù)制）固定在邊坡上，并將邊坡壓力傳遞至預(yù)應(yīng)力錨桿。

參照以往的現(xiàn)澆框架，每片框架（沿路線方向尺寸為6.0m）拆解為6個豎肋節(jié)段和6個橫梁節(jié)段，由6個錨定段通過預(yù)應(yīng)力錨桿加固組裝在邊坡上。框架節(jié)段預(yù)制方案如圖1所示。

2.1.2 施工工藝

圖1 節(jié)段預(yù)制方案示意圖

預(yù)應(yīng)力錨桿打設(shè)完成并具備充足強(qiáng)度后，以錨桿錨固端為中心，先安裝下部節(jié)段，再安裝橫梁，最后安裝上部節(jié)段，之后將錨定段套裝在錨桿錨固端上，完成定位后施加部分預(yù)應(yīng)力以固定各構(gòu)件。節(jié)段安裝和節(jié)點預(yù)應(yīng)力施加完成一定范圍后，按順序施加設(shè)計預(yù)應(yīng)力完成邊坡加固。

施工過程中如出現(xiàn)部分節(jié)點預(yù)應(yīng)力不能達(dá)到設(shè)計要求的情況，可在節(jié)點預(yù)留錨孔處補(bǔ)設(shè)錨桿進(jìn)行加強(qiáng)，錨固區(qū)域外圍的節(jié)段端部應(yīng)打設(shè)邊緣錨桿。

2.2 節(jié)點預(yù)制方案

2.2.1 方案概述

以節(jié)點為中心，將框架拆解為多個獨(dú)立的十字墩，預(yù)制好的十字墩直接套裝在錨桿錨固端上，底部設(shè)置支撐，通過施加預(yù)應(yīng)力將邊坡壓力傳遞至預(yù)應(yīng)力錨桿。

參照以往的現(xiàn)澆框架，每片框架（沿路線方向尺寸為6.0m）拆解為6個十字墩，分別由預(yù)應(yīng)力錨桿固定在邊坡上。框架節(jié)段預(yù)制方案如圖2所示。

圖2 節(jié)點預(yù)制方案示意圖

2.2.2 施工工藝

預(yù)應(yīng)力錨桿打設(shè)完成并具備充足強(qiáng)度后，先在底部設(shè)置支撐，然后將十字墩套裝在錨桿錨固端上，完成定位后施加預(yù)應(yīng)力固定。中部、上部十字墩預(yù)制時在底部預(yù)留支撐錨桿，下部、中部十字墩預(yù)制時在上部設(shè)置導(dǎo)向槽，以利于吊裝過程中準(zhǔn)確定位。

施工過程中如出現(xiàn)部分十字墩預(yù)應(yīng)力不能達(dá)到設(shè)計要求的情況，可在預(yù)留錨孔處補(bǔ)設(shè)錨桿進(jìn)行加強(qiáng)。

3 方案比選分析

3.1 技術(shù)比選

分別從技術(shù)先進(jìn)性、施工可行性、質(zhì)量可靠性等方面進(jìn)行比選，主要內(nèi)容列于下表1。

方案技術(shù)比選對比表 表1

從方案技術(shù)對比分析可以看出，節(jié)段預(yù)制方案和節(jié)點預(yù)制方案均符合預(yù)制化、裝配化的特點，但節(jié)點預(yù)制方案的集成化程度更高[8]；2種方案均需采取吊裝拼接，節(jié)點預(yù)制方案對拼接精度要求更高，但其裝配過程相對簡單，安全風(fēng)險低；2種方案在錨固力方面均存在一定隱患，均可通過預(yù)留錨孔補(bǔ)設(shè)錨桿的方法進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，節(jié)點預(yù)制相比節(jié)段預(yù)制不存在節(jié)點銜接而影響工程質(zhì)量的問題。

3.2 經(jīng)濟(jì)效益比選

根據(jù)2個方案工程量、施工措施特點進(jìn)行經(jīng)濟(jì)估算指標(biāo)的比較，并與現(xiàn)狀現(xiàn)澆框架方案進(jìn)行比較（以沿路線方向尺寸6m工程量計），主要內(nèi)容列于下表2。

方案經(jīng)濟(jì)效益對比表（單位：元） 表2

從經(jīng)濟(jì)效益對比分析可以看出，由于采用預(yù)制裝配工藝，構(gòu)件質(zhì)量可靠，邊坡與框架、框架與錨桿間受力明確，相比于現(xiàn)澆框架，可以采用較小的鋼筋，同時考慮拼裝特點，取消了框架頂部橫梁。因此在梁體材料方面有所節(jié)約，但預(yù)制方案采用預(yù)應(yīng)力錨桿，相比于現(xiàn)澆方案在錨固方面成本更高。從材料總體造價來看，預(yù)制方案與整體現(xiàn)澆方案相差不大，但綜合施工效率及后期養(yǎng)護(hù)成本，工廠化預(yù)制方案具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益[9-11]。

4 存在的問題

4.1 施工流程控制

考慮吊裝施工難度，邊坡施工時應(yīng)盡可能開挖一級支護(hù)一級，但現(xiàn)實中大部分工程現(xiàn)場開挖多級后才開始實施支護(hù)工程，多級開挖后吊裝難度增大。

現(xiàn)場施工時，錨桿打設(shè)隊伍和框架制作安裝隊伍可能分屬不同部門，需要加強(qiáng)施工流程的協(xié)調(diào)。

4.2 套裝定位控制

路塹邊坡開挖后難以形成理想的平順坡面，十字墩預(yù)制時也存在少量的尺寸偏差，使得安裝時錨定孔和已打設(shè)完成的錨桿可能有所偏差。設(shè)計方案中考慮設(shè)置基礎(chǔ)、導(dǎo)向槽、支撐鋼管等設(shè)施輔助定位，現(xiàn)場過大偏差需要通過墊石、削短鋼管等措施調(diào)整，因缺少施工經(jīng)驗，需要進(jìn)行試驗施工檢驗。

5 結(jié)論

本文通過對錨桿框架工業(yè)化方案進(jìn)行對比分析，得出以下結(jié)論。

①錨桿框架工業(yè)化預(yù)制方案是現(xiàn)行公路實現(xiàn)路基工程全面工業(yè)化、裝配化的重要環(huán)節(jié)，節(jié)段預(yù)制和節(jié)點預(yù)制方案滿足創(chuàng)新性設(shè)計原則。

②節(jié)段預(yù)制和節(jié)點預(yù)制方案均具有一定的技術(shù)可行性，在集成化、施工安全、質(zhì)量可靠性方面，節(jié)點預(yù)制方案較優(yōu)。

③工業(yè)化預(yù)制方案較以往的現(xiàn)澆方案增加不多，但考慮“建管養(yǎng)一體化”及“全壽命周期設(shè)計”，工業(yè)化預(yù)制方案經(jīng)濟(jì)效益更明顯。并且節(jié)段預(yù)制和節(jié)點預(yù)制方案造價相差不大，節(jié)點預(yù)制略低于節(jié)段預(yù)制方案。

④本文的節(jié)段預(yù)制及節(jié)點預(yù)制方案均為在設(shè)計過程中研究討論提出，為原創(chuàng)性方案設(shè)計，需要結(jié)合實際工程進(jìn)一步研究優(yōu)化。