預應力錨索在公路高邊坡施工中的應用

王曉

摘 要：【4#公路】K0+780～K880段為高邊坡，此段地質條件較差，巖石類型為二長花崗巖，邊坡自然坡度巖體風化主要表現為礦物蝕變、裂面銹染等，弱風化巖體以裂隙風化為主，對于高邊坡的穩定，錨索施工起到了關鍵性作用，文章以公路高邊坡錨索施工為例，介紹了預應力錨索施工的施工方法，其施工經驗值得本工程其他施工部位和其他工程借鑒。

關鍵詞：預應力錨索；公路高邊坡；施工

1工程概述

藏木水電站位于山南地區加查縣，是雅江中游桑日至加查段規劃五級電站中的第四級，工程等級為二等大（2）型，裝機容量51萬千瓦（6×8.5萬千瓦），年發電量25億千瓦時。

預應力錨索主要用于【4#公路】K0+780～K880段高邊坡支護，該邊坡巖性單一，節理發育，與坡面大角度相交，巖體質量主要受節理裂隙及風化卸荷作用，淺表部位順坡向卸荷裂隙發育，普通張開，局部充填次生泥，巖體總體屬弱風化、強卸荷，結構破碎，鑲嵌松馳。

2 施工布置

2.1、施工用風

由2臺20m3和1臺40 m3電動空壓機供風，供風能力80 m3/min，布置在4#公路K0+650～K0+700段路基上。

2.2、施工用水

在江邊布設兩級泵站，分別設置揚程為100m的水泵，采用管道輸送至施工作業面。

2.3、施工用電

在K0+650～K0+700段安置8000KVA變壓器，提供施工用電。

2.4、灌漿系統

灌漿系統和混凝土拌合系統布置在路基超寬平臺上，平臺面積約7m2，高50cm，采用C20混凝土鋪底超平，漿液采用ZL-400制漿機制漿，灌漿采用3SNS灌漿機。

3 主要施工程序

錨索施工工藝流程：設備材料進場→搭設腳手架→鉆機就位→鉆孔→安裝錨索→澆筑砼墊墩→一次性注漿→張拉→檢測→封孔→錨頭防護處理

4錨索施工主要方法

4.1、施工主材

4.1.1、鋼絞線

采用符合《預應力混凝土用鋼絞線》GB/T5224-2003和ASTM A416-98標準的1860 Mpa，高強度低松弛無粘結ф15.24mm鋼絞線。

4.1.2、錨具

采用符合《預應力筋用錨具、夾具和連接器》GB/T14370-2000標準的OVM.M15-6系列。

4.1.3、鋼筋

采用符合國家有關標準鋼筋。

4.1.4、水泥

采用祁連山普硅P.O42.5水泥。

4.2、施工排架

根據錨索分布情況需搭設承重施工排架。排架采用Φ48mm普通腳手架鋼管搭設，排架鋼管密度為1.5m×1.3m×1.8m（間距×排距×步距），臨空側一排設剪刀撐，每4跨設置一道斜撐。排架緊靠坡面，并與坡面通過連接筋進行連接和加固。連接筋采用Φ25mm，L=1.0m，入巖0.7m，按2步3跨，梅花布置。

4.3、鉆孔

4.3.1鉆機及孔徑

800KN預應力錨索采用MG—80型錨固鉆機+DHD240A沖擊器+DHD340-15B釬頭，孔徑120mm。

4.3.2成孔和清孔

1）鉆孔根據設計圖紙，用全站儀進行測量放點，確定錨索孔位，經過監理工程師確認后才能進行鉆孔。

2）鉆孔深度應滿足錨固段的有效長度及安全儲備并不小于0.5m的預留深度，孔深允許偏差為 0—+20cm

3） 鉆孔的孔徑水平方向，垂直方向的誤差不大于3cm，傾角的誤差不大于3.5°。

4） 成孔一般采用風動潛孔錘干鉆成孔，但在遇到覆蓋層松散 ，成孔困難時，宜用螺旋鉆具成孔。

5） 成孔時，鉆機使用的風壓 、轉速與成孔速度和鉆具的使用壽命有很大的關系，工作壓力只需使潛孔錘壓緊鉆頭即可。壓力過大，不但不會提高成孔速度，反而會增加回轉裝置的載荷；過小則會長時間讓鉆頭與潛孔錘脫離運轉，使鉆頭肩部的溫度上升結果不是使鉆頭肩部破裂就是柱齒脫落；

6） 回轉速度太低，鉆頭會沖擊以前破碎過的巖石上，因而降低成孔速度 ：轉速太高，會過度磨損鉆頭。以下數據是實際工程中的經驗值：粘土：40-60rpm；硬巖 ：20-40rpm；軟巖：30-50 rpm；

7） 清孔時要把孔內的巖粉或泥漿排干凈 ，以保證錨索的握固力；

4.4、錨索制安

4.4.1鋼絞線下料：

鋼絞線切斷采用砂輪切割機，要求切口整齊無散頭現象，下料長度為各級錨頭鋼絞線下料長度L為：

Ln=鉆孔深度Lk（包括錨墩厚度）-距n組錨頭之距離△L+錨具及測力計厚度Lj +預留張拉長度Lh。其中：

錨固段長度：8m；

錨具及測力計厚度：30cm；

張拉千斤頂長度：50cm；

錨墩厚度：40cm；

必要的安全外露長度：≥30cm；

40m錨索下料長度為：41.5m。

錨索在錨索加工廠統一下料，鋼絞線存放地點墊高（離地面至少20cm）并覆蓋，以防潮防塵，并登記每卷鋼絞線的編號。

4.4.2錨索編號：為Mi，j。

①M代表錨索；

②i為行數，由低高程向高高程按自然序列遞增，i=1，2，3，...。

③j為列數，對應于i行，面向邊坡，由下游向上游按自然序列遞增，j=1，2，3，...。

4.4.3錨索制作

錨索各種附件經檢查滿足要求后，方可進入現場編制，進、回漿管定長下料，并做不同標記，編束時先將鋼絞線在編束存儲料架上順次平鋪，然后將隔離架、束線環按施工詳圖所示尺寸與數量穿好，在開始編簾扎束。制作程序分為：

①將鋼絞線順直排列在平臺上，保持每級鋼絞線長度一致。

②套管處鋼絞線清洗。

③順直裝置注漿管和排氣管，錨固段注漿管端部距孔底為10～20cm，并在端部以上0.5和1m處制作斜向剖口，防止端部堵塞無法注漿，排氣管深入錨固段0～20cm。

④捆扎：為使錨索處于錨孔中心，要求錨固段每隔1.0m設置隔離架一塊，之間50cm處用無鋅鉛絲綁扎成棗核狀；張拉段沿軸線方向上每隔2.0m安設一個隔離架，之間每1米須用無鋅鉛絲綁扎牢固，且經過架線環的每根鋼絞線均須用無鋅鉛絲綁扎牢固。

⑤用無鋅鉛絲在隔離架兩側將其綁扎牢固，以免隔離架移動。之后，在兩個架線環中間采用無鍍鋅鐵絲進行綁扎，使內錨段錨索綁扎成棗核狀，且錨索綁扎時保證鋼絞線進回漿管平行，并不出現交叉現象。錨索尾端按照鋼絞線排列編簾，尾端2.5米范圍內不得綁扎架線環。

⑥導向帽按要求制作，并與錨索端頭牢固可靠連接，可用鐵絲與錨索端頭牢固連接或用環氧水泥膠結。

⑦錨索制成并經檢驗合格后，進行編號掛牌。合格錨索整齊、平順地存放在距地面20cm以上的間距1.0m～1.5m（錨固段間距1m，張拉段間距1.5m）的支架或墊木上，不疊壓存放，并用彩條布覆蓋進行臨時防護。

4.4.4下錨

錨索驗收合格后采用人工安裝，各支點間距離不得大于2.0米，轉彎半徑不得小于3米。

下錨前，應仔細檢查錨索編號是否與錨孔號相符，并再次檢查錨索長度是否與所要下錨孔深相符。應防止錨體扭曲、壓彎。

往孔內推送錨索，操作人員要協調一致、動作均勻，為防止錨索體在孔內彎曲，可選取一根鋼絞線作為標記并對應孔口定位標記，確保整束錨索定位推入。另外，為了防止錨索體在孔內彎曲，錨索下完后檢查鋼絞線的外露長度，并用錨索總長減去外露長度是否與孔深相同，就可以判斷錨索在孔內是否彎曲。

4.5錨索注漿

4.5.1預應力錨索灌漿

1）注漿方式

注漿采用全孔一次性注漿工藝。

2）錨索注漿前，檢查制漿設備、灌漿泵是否正常；檢查送漿及注漿管路是否暢通無阻，確保灌漿過程順利，避免因中斷情況影響錨索注漿質量。

3）注漿施工

① 采用3SNS泵灌注。

② 灌注前先壓入壓縮空氣，檢查管道暢通情況。

③ 全孔一次性孔內無阻塞注漿，壓力0.3～0.5Mpa，直至孔口返出漿液濃度與注入的漿液濃度相同時為止，同時做好注漿記錄。

④ 內錨段及張拉段在鉆孔過程中如果發現巖石不完整，采用固結灌漿方式處理， 先采用水灰比1：1起灌，再采用水灰比0.5：1續灌，進漿壓力0.3～0.5Mpa，結束標準為小于5L/min持續灌注10min，若灌入量大，可以采取間歇、濃漿、待凝、摻加速凝劑等方法處理。

⑤所有灌漿參數以灌漿自動記錄儀處理數據為準。

4）注漿漿液取樣試驗

為檢查注漿漿液質量并給錨索張拉提供依據，注漿時對每一批預應力錨索的灌漿漿液取樣做抗壓強度試驗。

5）錨索注漿設備清洗

①制漿結束后，立即清洗干凈制漿機、送漿管路等，以免漿液沉積堵塞。

②注漿結束后，立即清洗干凈注漿設備、管路等。

4.5.2混凝土墊座澆筑

內錨段灌漿結束后即可進行外錨頭墊座砼澆筑，立模前將巖石面清洗潔凈，然后安裝孔口管與錨墊板，埋設骨架鋼筋、鋼筋網，架立模板后澆筑砼。預埋前，首先用手風鉆按模板設計圖打預埋插筋孔，保證孔口管與錨墊板埋設準確、牢固，再埋設螺旋筋及鋼筋網；立模同時埋設鋼套管，孔口用水泥砂漿封裹，并調整鋼筋網片位置。墊座砼采用C40砼，外錨頭采用C15砼。

4.6錨索張拉錨固

1）機具的率定

張拉設備的標定：為保護張拉控制力的準確性，在張拉作業前需對張拉設備系統（包括千斤頂、油管、壓力表等）進行“油壓值—張拉力”對應關系的率定，并經監理工程師批準后方可使用。

2） 錨索張拉操作

a、安裝錨板、夾片、限位板、千斤頂及工具錨。安裝前錨板上的錐形孔及夾片表面應保持清潔，為便于卸下工具錨，工具夾片可涂抹少量潤滑劑。工具錨板上孔的排列位置需與前端工作錨的孔位一致，不允許在千斤頂的穿心孔中鋼絞線發生交叉現象。

b、錨索正式張拉前，先對每股鋼絞線施加50KN的張拉荷載進行預張拉，以使錨索各鋼絞線受力均勻、完全平直，并將該荷載鎖定在錨板上，再將所有錨索一起張拉至安裝荷載。張拉控制以拉力為主，輔以伸長值校核，張拉時按以下分級進行，并進行及時準確的記錄。張拉應力對應值：

錨索噸位 s0 s/2 3s/4 s 1.1s

800KN 350KN 500KN 750KN 800KN 880KN

注：表中s0與預緊應力一致，即單根50KN。

循環張拉：

① 第一循環張拉：s0→s/2（穩定2min）。

② 第二循環張拉：s/2→3s/4（穩定3min）。

③ 第三循環張拉：3s/4→s（穩定3min）。

張拉過程中當達到每一級的控制張拉力后穩定5分鐘即可進行下一級張拉，達到最后一級張拉力1.1s后，壓力無下載穩定20min，2次讀數，即可鎖定。

張拉過程中當達到每一級的控制張拉力后穩定5分鐘即可進行下一級張拉，達到最后一級張拉力1.1s后，壓力無下載穩定20min，2次讀數，即可鎖定。

c、張拉時，升荷速率每分鐘不宜超過設計應力的1/10，卸荷速率每分鐘不超過設計應力的1/5。

d、在設計有特殊要求時或根據旁邊的監測錨索受力情況進行判斷是否需要對錨索進行補償張拉。鎖定48h內，若錨索應力下降到設計值以下時，應進行補償張拉。對于有補償張拉要求的錨索，在張拉鎖定后7d左右進行，補償張拉的張拉力為超張拉力。補償張拉：實際張拉力→超張拉力（穩定5min）。

e、當實際伸長值大于理論計算值10%或小于5%時，應暫停張拉，查明原因并采取相應措施予以調整后，方可繼續張拉。

f、錨索張拉時應通知監理工程師到場，并及時準確記錄油壓表編號、讀數、千斤頂伸長值、夾片外露長度等。

4.7錨索錨頭保護

1） 錨索張拉灌漿完畢后，從錨具外端量起50mm以外鋼絞線用砂輪切割機截去。預應力錨索張拉鎖定，回灌補漿結束后，可將錨具外150mm的鋼絞線用錨索切割機割除。

2）用黃油保護錨具及外留鋼鉸線，澆筑C15的混凝土封閉錨頭，混凝土保護厚度不小于10cm。

3） 距錨索部位20m范圍不得進行爆破作業，后期亦不得在鄰近錨索施工部位進行大規模爆破作業。

5 結語

【4#公路】K0+780～K880段高邊坡采用預應力錨索支護施工對于邊坡的穩定效果顯著，錨索施工質量好，技術水平高，起到了很好的邊坡防護效果。