預應力中空注漿錨桿在橋臺加固中的應用

駱美勇，汪 洋，袁新順

(1.中交二航局建筑科技有限公司，武漢 430040；2.海工結構新材料及維護加固技術湖北省重點實驗室，武漢 430040)

石板大橋位于重慶市九龍坡區S107渝東路，所在線路道路等級為二級公路，2018年，相關人員使用較為先進的探測儀器，按照技術標準規范，對該橋進行了檢測，根據檢測結果，最終將該橋評定為4類橋梁。根據檢測報告資料，該橋臺整體滲水現象比較嚴重，側墻明顯外鼓，并且開裂。嚴重影響橋梁使用功能。因此，需要通過合理的方式，對該橋進行有效的加固，以保障橋梁安全，延長其使用壽命。

根據2007橋臺加固設計圖紙，在橋臺的前墻和側墻處設置三道L型肋梁，肋梁上設置錨桿，每道肋梁在前墻和側墻均設置4根錨桿，主要采用的是現階段較為先進的邁式預應力中空注漿錨桿以及相關的配套設施，型號為R15N，錨桿采用錨固藥包法對其進行錨固。該橋于2017年進行了定期檢測，橋臺豎向開裂，斜向開裂嚴重。檢測單位對此出現的病害進行了原因分析，得出施工不規范、橋臺內部積水、地基不均勻沉降等是造成橋臺側墻開裂的主要原因，此外，再加上長期的車輛通行導致荷載反復，由此加劇了裂縫的范圍和深度。因此，原設計加固方案已不能滿足橋臺正常使用，需制定新的加固設計方案。

1 新設計方案

1.1 施工原則

鑒于該項目是搶險加固工程，確定施工原則為“短、平、快”。需精心組織，結合實際情況，精心施工，最大限度地保證施工的安全以及施工工程的質量水平[1]。

1.2 施工方案

針對橋臺側墻出現開裂情況，采用與原橋臺相同的加固方式即框架錨索加固，結合橋臺的實際情況，在其前墻以及側墻部位，增設肋梁，形狀為L型。同時，在增設的肋梁位置，設置錨桿。施工過程中，橋臺錨桿加固工序，選擇在臺背注漿工序之后執行。

2 施工過程

2.1 原材料

1)錨桿相關的材料，所使用的是邁式預應力中空注漿錨桿以及相關的配套設備，型號為R51N。這一錨桿主要由五個核心部分組成[2]。第一部分為中空錨桿體，是其框架結構部分；第二部分是自進鉆頭，主要作用是固定；第三部分是連接套，主要作用是對錨桿的各個部位進行連接；第四部分是止漿塞，主要作用是用于控制注漿；第五部分是鋼墊板和螺帽，主要作用是固定。本次所選擇的錨桿，外部直徑為51 mm，中空桿體的壁厚為9.5 mm。這一系統，可以借助于中空桿，實現漿料的高壓灌注，并且借助于張拉，作用于巖體，產生預應力，支護后立即提供錨固力，使其能夠緊密聯結圍巖，具有永久支護力[3]。

2)注漿漿液。注漿工作所選擇的水泥砂漿型號為M30，水泥為硅酸鹽水泥，執行標準級為P042.5級。其中，水、水泥以及砂三者之間的比例為0.45∶1∶1，灌注過程中，注漿壓力為0.5～1 MPa[4]。

2.2 施工步驟及方法

首先進行定孔位及鉆孔，根據圖紙設計的位置，進行錨桿孔位置的測量和定點，按照從上至下的順序，對橋臺進行錨桿設置。前四行的錨桿當中，其錨固長度為10 m，錨桿長度為20 m，此外，還有10 m的自由長度。后三行的錨桿當中，其錨固長度、錨桿長度和自由長度有所變化，分別為10 m、16 m和6 m。根據圖紙，進行水平布置，在確定好的定位孔位置，使用工程施工當中常用的潛水鉆機，開展鉆孔工作。

3 施工注意事項

3.1 錨桿施工

為最大限度地保障錨桿的持久性，需要使用水泥漿或者是砂漿，對全部的桿體進行包裹。在施工之前，應當結合具體情況，對錨桿進行試驗，觀察其在不同的巖石當中，完成包裹所需要的條件，以此來確定灌漿壓力、工藝以及漿液配比等等[5]。

按照相關的技術要求，對錨桿進行施工的時候，除了遵循相應的操作規范外，還應當注意以下事項：

1)在設置錨桿之前，因為其為中空錨桿，因此，需要對其的鉆桿通氣性進行檢驗，同時觀察其鉆頭情況，如果出現鉆桿阻塞，需要及時處理。

2)在進行鉆孔的時候，需要根據施工需要，確定好鉆桿仰角角度，并隨時矯正。

3)在插入錨桿的時候，要讓其與錨孔無縫銜接，使用潛孔鉆進行鉆孔，需要先給空氣或水，橋臺鉆進，為了防止鉆頭阻塞，應當緩慢轉孔，多轉少沖。仔細地觀察鉆孔過程中水的流出情況，如果出現水孔阻塞，應當對錨桿進行后撤處理，后撤范圍在0.5 m左右。隨后，進行掃孔，一直到其小孔通暢。

4)在鉆孔達到設計深度的時候，需要使用水或空氣，對鉆孔進行清洗。觀察鉆頭孔是否順暢，隨后將鉆頭卸下。

5)鉆桿鉆到預定位置后開始安裝錨桿，用連接套將錨桿按設計長度進行連接、同時裝上止漿塞和自進鉆頭，錨桿按設計要求外露，便于進行錨固張拉。

3.2 注漿范圍

與傳統固定工藝所使用的超前小導管不同，預應力中空注漿錨桿并未全身分布孔眼，而是僅在鉆頭的頂部，留有注漿孔，因此，在進行注漿的時候需要注意先從孔底開始，使其反流到孔眼，接著四周擴散，固結周圍巖石，其結構如圖1所示。

3.3 注漿施工

注漿前先檢查各種連接件和輸漿管并進行有漿調式。在注漿的時候，需要根據事先試驗的結果，進行材料配比和初始以及中止壓力確定。在注漿完成后，需要對注漿管進行清洗。注漿施工過程中，需要注意以下幾個事項：

1)檢查配備情況，包括注漿泵以及其相關的配件是否齊全，水泥漿或砂漿的配比、濕度、粒徑等是否符合圖紙設計以及施工的標準。

2)檢查錨孔，使用水或空氣，檢查其是否通暢。

3)合理設計砂漿水灰比，保證其符合設計要求，并且從泵口所出來的砂漿必須要保證均勻。

4)做好注漿連接工程，在注漿的時候，需要以最快的速度，連接注漿管以及錨桿，然后持續灌注，依次完成。一直到漿液達到壓力表設計值或者是從漿塞邊緣流出為止。

5)注漿完成后，清理注漿工具，包括軟管、泵等等，若此時注漿泵仍然有壓力存在，需要反轉電機1～2 s，進行泄壓處理。

6)錨桿灌注需要注意時間，完成一根后，迅速清洗，然后進行另一根的灌注，防止長時間停泵。

7)漿液凝固前，不得破壞和敲擊、荷載等等。

8)注漿前，需要對所有的注漿部位進行檢查，觀察其是否存在阻塞或是其它情況，由一名施工人員負責管理，試驗人員和技術人員負責旁站，在注漿的時候，及時觀察注漿是否存在異常，壓力、孔周圍等是否符合要求，并及時做好調整。

3.4 張拉施工

1)張拉時間。張拉時需要保證錨固體達到一定的強度，標準為：20 MPa或設計強度的80%。

2)張拉過程控制。主要采用分級張拉的方式，結束后持荷5 min，并做好相應的記錄。施工中若發現后臺土較差，應適當增大錨固長度，并提高鋼筋和鋼束等級和張拉力。

3)保護措施。所使用的錨桿應做好錨固段的除油除銹及自由端的防腐處理，并在搬運及安裝過程中不得損傷。達到張拉控制力后，錨固并灌漿，使用C40混凝土進行封錨。

4 加固施工特點

1)具有錨固和注漿功能，改善了傳統錨桿的砂漿流失缺陷。

2)從錨桿底部向孔口注漿，主要采用壓力注漿，有效地提升了注漿質量，避免了注漿孔隙，高質量地固結巖體和土層，達到改良圍巖，阻隔地下水的目的。

3)錨桿擁有多種配件，定位性能好，桿體的居中性優良，能夠使用砂漿進行全包裹，避免輻射，增強粘結力。

4)采用全長微波形狀螺紋桿體，可方便安設墊板、螺母，并可根據需用“主動”或“被動”地施加預應力。

5)擁有“連接套”，使得錨桿能夠任意切割或者是增加接長，在比較狹小的空間也可適用。

6)工廠化生產，質量好。

5 加固施工效果

預應力中空錨桿可以有效地實現橋臺巖石固定，通過預應力抬高巖體壓力，避免其破壞，中空結構可以通過高壓灌注，加固橋臺圍巖，并且還實現錨桿加固與圈梁的高效結合，對橋臺側墻出現的開裂和外傾進行了有力的保護，延長了使用壽命，提高結構的受力性能，恢復橋梁耐久性能及提升安全運營功能，同時也實現了加固的設計意圖。

6 結 語

結合石板大橋的加固施工案例，通過對預應力中空注漿錨桿的特點以及其施工進行闡述，表明這類錨桿具備較大優勢，所以目前被廣泛的使用，無論是隧道超前支護、徑向支護，還是橋梁加固等，都充分地發揮出其得天獨厚的優勢，具有較強的經濟效益和社會效益。目前這類錨桿的施工需要較高的技術水平，通過工程實例簡要說明了該方法的實際應用和施工特點，在橋臺的加固應用較好地解決了橋臺在軟弱性圍巖中的整體穩定性。