預應力錨索加固高邊坡施工技術探析

邱河鈺

（龍巖交通建設集團有限公司， 福建 龍巖 364000）

1 工程概況

莆永高速新增坎市互通工程位于福建省龍巖市永定區坎市鎮西南側佛子甲村附近，起點樁號為MK209+860，終點樁號為MK211+233，全長1.37km，雙向四車道，互通主線路基寬度為24.5m，設計時速為80km/h，設計荷載為公路-Ⅰ級。共設置10條A～J匝道，匝道設計時速為40km/h，其中A匝道為分離型車道，單側寬度為8m，AY匝道長度為591m，AZ匝道長度為858m，B～J匝道為單車道匝道，寬度為9m，長3686.87m。其中MK210+863～MK210+983段邊坡長度為120m，最大高度為47.8m，除了第6級邊坡高度為7.8m外其余級邊坡高度均為8m，第一級邊坡坡率為1:0.75，第二級邊坡坡率為1:1.25，其余級邊坡坡率均為1:1.5。邊坡類型為類土質邊坡，邊坡最上面覆蓋層為坡積粘性土，層厚為0.6～12.3m，其下為全風化粉砂巖，層厚為7～21m，下伏砂土狀強風化粉砂巖，坡度為240°∠50°，邊坡較為陡峭，需要加固處理。

2 預應力錨索加固設計

第3～6級邊坡為保持原狀坡面不變，第2級邊坡加固防護為拱形骨架植草喬，第1級邊坡加固防護為預應力錨索框架梁，框架內施打小導管掛網噴射混凝土，小導管長度為5m，采用外徑為50mm的無縫鋼管，壁厚為5mm，間距為1.5m，梅花形布置，導管外露10cm；掛網鋼筋直徑為12mm，布設間距為10cm，噴射混凝土厚度為15cm，混凝土強度為C20。框架梁的高度為8m，寬度為8m，框架梁混凝土強度為C30。框架梁設置4孔4束預應力錨索，錨索類型為壓力分散型，每束錨索的設計拉力為500kN，第一排和第二排錨索總長度為32m，錨固段長度為16m，錨索孔直徑為150mm，錨索俯角為20°。錨索采用無粘結高強度低松弛鋼絞線，直徑為15.24mm，錨具型號為HVM型。框架梁嵌入坡面深度為30cm，外露30cm，框架梁間設置變形縫，縫寬為2cm，塞縫材料為浸瀝青木板。框架刻槽后基底調平采用水泥砂漿，厚度為2～5mm，局部架空采用C30混凝土嵌補。

3 壓力分散型預應力錨索作用機理

壓力分散型預應力錨索的受力傳遞介質為無粘結鋼絞線，根據設計要求分為自由段與錨固段，錨孔內高壓注漿形成注漿體，當施加設計預應拉力時，由于自由段的錨索與注漿體處于無粘結狀態，預應拉力直接由錨固段的鋼質承載體分解傳遞給注漿體，鋼質承載體將預應拉力分散轉變成壓應力作用于注漿體，再由注漿體與巖土體之間的接觸作用產生剪應力擴散到巖土體，使得巖土體的受力均勻，減小注漿體應力峰值，提高圍巖巖土體的抗剪強度，使得邊坡整體穩定性得以提高。

4 預應力錨索加固高邊坡施工技術

4.1 施工工藝

預應力錨索嚴格按照施工工藝流程組織施工，具體施工工藝如圖1所示。

圖1 預應力錨索施工工藝圖

4.2 施工準備

將邊坡上的松動石塊全部清除，采用挖掘機將坡面坡度修整成設計坡度，個別不平整部位采用人工修整。根據施工作業面布置情況搭設工作平臺，尺寸為3m×2m（寬度×高度），采用雙排鋼管腳手架進行搭設，工作平臺臨空面應按照規定做好安全防護措施，腳手架搭設應穩定與牢固。按照設計里程樁號拉鋼尺并以經緯儀輔助對錨孔的位置進行測量定位，采用油漆或鋼釬進行標識，錨孔位置偏差≤5cm。根據錨孔深度、直徑和錨固段巖土層地質條件選擇100B型的潛孔鉆機，鉆頭直徑為150mm，空壓機規格為22m3/min。根據錨孔位置將潛孔鉆機固定在搭設好的工作平臺上。在正式施工之前，根據設計要求在高邊坡斷面上選擇3個試驗孔在錨墩混凝土強度為80%設計強度且注漿體施工完成時間為28d時進行錨索抗拔拉破壞試驗，以此來驗證設計合理性、預應力錨索施工工藝、設計質量、工作錨索的性能與性質、預應力錨索施工中抗物理破壞能力以及錨索的設計安全儲備等。基本試驗時應做好各級荷載施加下錨頭的位移的試驗記錄，將試驗報告在工程錨索施工前提交給設計單位，從而對邊坡錨固工程設計進行調整與驗證，確保邊坡設計合理性。

4.3 鉆孔

將潛孔鉆機的底座墊平，將鉆桿與孔位對準，鉆桿的角度為20°，角度校核采用羅盤，要求錨孔軸線方位偏差≤±2°，錨孔的軸線傾角偏差≤±1°。鉆進方式為無水干鉆，風壓為0.6MPa，空壓機提供的風量為13m3/min，鉆壓為20kN。當鉆桿鉆進0.5m時應重新校核方位與傾角，確保鉆具軸線傾角符合設計要求。每鉆進5m對錨孔的傾角誤差進行檢查，出現偏差應及時采取糾偏措施進行校正。在鉆進過程中根據巖層的地質情況來控制鉆進速度，切不可開足馬力全程猛鉆，防止錨孔出現變徑或者扭曲的現象。詳細記錄鉆進中不同巖土層、鉆進速度、鉆壓和有無地下水等情況。遇到不良地質情況出現塌孔現象，應立即停止鉆進，分析塌孔原因后，采用水泥砂漿固壁灌漿處理或者采取跟管鉆進方式重新施鉆。錨孔實際深度應比設計深度超深0.2m以上，錨孔深度滿足設計要求后持續穩鉆1～2min，確保孔底不出現尖滅現象。鉆孔完成后采用壓力為0.2～0.4MPa的高壓空氣將錨孔內的地下水和巖粉全部清除干凈，孔壁不得有水體粘滯或者沉渣，確保圍巖巖土體與注漿體的粘結強度。錨孔的傾角、位置、孔深、孔徑和軸線方位等在監理工程師旁站下檢驗合格即可進行錨索的安裝。

4.4 制錨與下錨

本工程錨索采用壓力分散型錨索，錨筋材料為無粘結鋼絞線，強度等級為1860MPa。預應力錨索體由2個單元錨索組成，錨固段L1=L2=8m，各單元的鋼絞線長度按照設計長度+1.5m進行下料，鋼絞線采用機械切割，鋼絞線的長度誤差≤±5cm，各單元錨索應做可靠醒目的標記，以便后續的差異分步張拉。鋼質承載體的厚度為20mm，采用45號鋼材制作而成，鋼絞線與鋼質承載體之間通過擠壓套和擠壓簧對稱錨固牢固，單根鋼絞線的連接強度≥200kN，每個單元錨索由1個鋼質承載體與2根鋼絞線組成。采用拉桿將鋼質承載體與限位片通過栓接固定，拉桿外露長度應≥20mm，鋼質承載體與鋼絞線的錨固大樣圖如圖2所示。將帶有溢漿孔的導向帽焊接在靠近孔底的鋼質承載體上，以便順利下錨。鋼絞線應平直編排，架線環順著預應力錨索體軸線按照間隔1.0～1.5m進行布置，錨孔孔口地方必須設置1個架線環，錨固段的2個架線環的中部應設置1道緊箍環，并采用鐵絲纏繞3圈，架線環的定位應準確，綁扎應牢固。注漿管采用PVC管，管徑為25mm，注漿管綁扎在錨索體中軸位置，其強度應滿足設計要求，PVC注漿管與錨索體末端的距離為5～10cm。錨索體制作完成后應對各部件質量及外觀進行檢查，所有部件安裝位置準確，綁扎牢固可靠，錨索體應不扭不叉，平順整齊。錨索體檢驗合格后應編號掛牌。錨索體運輸過程中應保持順直，無損傷。錨索體采用導向架進行安裝，下錨時應按照設計的方位與傾角緩慢順直入孔，一步到位，孔口預留1.5m的張拉長度。錨索安裝后應注意保護，不得污染或者懸掛重物。

圖2 鋼質承載體與鋼絞線的錨固大樣圖

4.5 孔內注漿

注漿材料為純水泥漿，水灰比為0.45～0.5，摻加1.8～2.0kg/m3的聚丙烯腈纖維，漿液應攪拌均勻，注漿體強度為40MPa。下錨后采用擠壓式注漿機進行孔底返漿法注漿，注漿壓力為2MPa，當孔口溢出新鮮的水泥漿即可停止注漿。如果注漿后出現孔口漿面回落現象，應立即孔底壓漿補注2～3次，補漿時間控制在30min之內，確保孔口注漿充滿。當錨固段處于富水且土層為砂土狀強風化粉砂巖時，為了提高地層的錨固力，需要采用二次高壓劈裂注漿法。當一次注漿體強度為5MPa即可進行二次高壓劈注，注漿管應采用鍍鋅鋼管。

4.6 錨索框架梁施工

根據框架梁的施工平面圖在邊坡上測放出框架橫梁和豎梁的位置，坡面按照設計要求進行刻槽，采用水泥砂漿對基礎底面進行找平，綁扎鋼筋骨架，同一截面鋼筋接頭應錯開35d且接頭數≤50%。模板安裝應嚴密與平整。按照設計要求將鋼制波紋管、錨墊板和螺旋鋼筋固定在框架梁的鋼筋上，擺放方向與錨孔方向一致。混凝土澆筑時，錨孔位置混凝土應振搗密實，框架梁應分片施工，相鄰框架梁按照設計要求留設2cm寬的變形縫。框架內按照設計要求施打小導管掛網噴射混凝土。

4.7 錨索預應力張拉與鎖定

當臺座混凝土及注漿體的強度≥80%設計強度時即可進行錨索預應力張拉與鎖定，錨斜托臺座承壓面垂直于錨索軸線，千斤頂和錨墊板應與錨具對中密貼，千斤頂軸線與錨索體和錨孔的軸線保持一致，確保承載均勻。張拉用的儀器儀表和設備應進行標定，確保其精度滿足規范要求。正式張拉之前，應采用10%～20%的設計拉力對錨索進行預張拉1～2次，將4根鋼絞線張拉平直，使得各部位連接緊密。由于各單元壓力分散型錨索的長度不一致，根據錨索長度及設計拉力計算出差異荷載，根據設計要求采用差異分步張拉方法分單元進行張拉，錨索在補足差異荷載后按照設計張拉力（500kN）的0.25、0.5、0.75、1.0和1.1倍分級進行張拉，最后一級荷載張拉時，應持荷穩定10～15min后卸荷鎖定。錨索張拉質量應以油表讀數為主，以錨索伸長量為輔的“雙控法”進行控制，錨頭位移應≤1mm。當錨索鎖定后48h內發生明顯的預應力損失情況則應做補償張拉處理。錨索鎖定后采用水泥砂漿對錨墊板和錨頭進行補漿，鋼絞線與錨具采用C30的混凝土進行封頭，做好防腐工作。

5 錨索質量驗收

根據設計要求對錨索進行驗收試驗，在1.5倍設計拉力即750kN的荷載作用下，錨索的總位移量滿足施工規范要求，錨頭位移穩定，錨索的抗拉拔承載力符合設計要求。錨索的伸長量和長度實測值均滿足施工規范要求，錨索質量驗收合格。

6 結束語

MK210+863～MK210+983段高邊坡按照設計要求設置邊坡穩定監測孔，深孔位移及錨索預應力等監測數據均滿足施工規范要求，邊坡穩定，實踐表明，采用壓力分散型預應力錨索加固高邊坡施工技術是成功的。預應力錨索施工過程中應嚴格按照施工工藝標準組織施工，做好技術交底工作，統一指揮，嚴格控制關鍵工序的質量，確保加固的高邊坡整體穩定。