高邊坡整治工程中預(yù)應(yīng)力錨索應(yīng)用

周心經(jīng)

(廣州市地質(zhì)調(diào)查院，廣東 廣州 510440)

1 工程概述

巫山師范附小邊坡(以下簡(jiǎn)稱巫師附小邊坡)位于巫山縣城集仙中路內(nèi)側(cè)，橫寬60 m，高35 m，整體坡度50°，新城建設(shè)修建集仙中路時(shí)形成。邊坡坡頂建有巫師附小教學(xué)樓(九層)，由于新城建設(shè)的需要，邊坡除道路紅線外要求向內(nèi)推進(jìn)7.0 m，該邊坡地質(zhì)結(jié)構(gòu)上為斜向坡，但傾角很緩，地層為三疊系巴東組中厚層灰?guī)r，局部發(fā)育小溶洞，邊坡表層風(fēng)化破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育，且中下部發(fā)育一傾向坡外的斷層破碎帶，層面與斷層面的組合形成了對(duì)邊坡穩(wěn)定不利的結(jié)構(gòu)面。由于邊坡向內(nèi)開(kāi)挖必將造成斜坡的變形，從而造成坡頂房屋及坡腳道路的安全。為了改善邊坡應(yīng)力及穩(wěn)定狀態(tài)，阻止不利結(jié)構(gòu)面向坡外滑移變形，對(duì)斜坡采取了三排預(yù)應(yīng)力錨索加固，施工分三批進(jìn)行。

2 設(shè)計(jì)說(shuō)明

2.1 錨索的布置

巫師附小邊坡由于整體穩(wěn)定性采用預(yù)應(yīng)力錨索進(jìn)行加固。第一階段，在高程▽320.0 m處設(shè)置一排深30 m與25 m交錯(cuò)布置的錨索，在高程▽310.0 m處設(shè)置另一排深25 m與20.0 m交錯(cuò)布置的錨索，間距為2 m。第二階段，在對(duì)邊坡進(jìn)行開(kāi)挖設(shè)計(jì)的同時(shí)，設(shè)置一排25 m與20 m交錯(cuò)布置的錨索。共設(shè)計(jì)深度不等的1000 kN級(jí)預(yù)應(yīng)力錨索42束，孔徑150 mm，相間錨索的傾角分別為15°與20°。

2.2 設(shè)計(jì)要求

鉆孔孔斜誤差不大于3%；采用7根7φ5的鋼鉸線，其抗拉強(qiáng)度為1860 MPa；內(nèi)錨固段砂漿為M30；墊座混凝土設(shè)計(jì)標(biāo)號(hào)為C30。

2.3 錨索結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

內(nèi)錨固段長(zhǎng)度為10 m，每2 m設(shè)置一架線環(huán)。自由段做無(wú)粘結(jié)處理。孔口鋼套管為φ150，鋼墊板為500 mm×500 mm×20 mm，與鋼套管丁字焊接。

3 錨索施工流程

搭腳手架→造孔及清孔編索→下索→錨固段注漿→墊座砼澆筑→張拉鎖定→變形監(jiān)測(cè)→封孔注漿→外錨頭封墩保護(hù)。

4 錨索施工工藝

4.1 鉆孔及編索

(1)鉆孔選用風(fēng)動(dòng)潛孔鉆機(jī)KSZ100型，體重輕小，定位靈活，適于高邊坡腳手架上作業(yè)、潛孔錘選用宣化—英格索蘭生產(chǎn)的空壓機(jī)中風(fēng)壓額定風(fēng)量17 m3，風(fēng)壓1.2 MPa。

(2)錨索體制作與安放。錨索鋼鉸線選用1860 MPa高強(qiáng)度低松馳預(yù)應(yīng)力鋼鉸線，根據(jù)每孔的鉆孔長(zhǎng)度多下1.0 m，用砂輪機(jī)割切下料，每束7根鋼鉸線，必須整齊準(zhǔn)確，避免長(zhǎng)短以免受力不均勻，編索場(chǎng)地必須干凈無(wú)雜物，將架線環(huán)、止?jié){環(huán)、一次注漿管及出氣管對(duì)應(yīng)編號(hào)，止?jié){環(huán)安裝在自由段與錨固段交界處，安裝前進(jìn)行充氣檢查，環(huán)內(nèi)用環(huán)氧樹(shù)脂和丙酮封填密實(shí)，索體每2.0 m安裝一個(gè)架線環(huán)，兩架線環(huán)之間進(jìn)行一次捆扎提高索體的握裹力。索體前端焊接一個(gè)導(dǎo)向帽，自由段作無(wú)粘接處理，涂黃油包薄膜(圖1)。

4.2 下索體

由于巫師附小坡頂已建有房屋(九層樓房)，樁基嵌于坡內(nèi)14.0 m深，坡體荷載增大，根據(jù)地質(zhì)資料，坡內(nèi)巖層中風(fēng)化泥質(zhì)灰?guī)r，節(jié)理裂隙發(fā)育，有破碎帶和裂隙出現(xiàn)，對(duì)造孔和下索體都有一定影響，采用鉆完一孔就下索體注漿，再隔一孔打一孔下索體注漿的施工方法，既實(shí)現(xiàn)了坡面穩(wěn)定，又提高了工作效益。錨索下索前應(yīng)用高壓風(fēng)清孔一次，下索全部采用人工操作。考慮索體的最小彎曲度，增大了腳手架工作平臺(tái)，在運(yùn)輸過(guò)程中，每2m處就有一人，避免索體下垂扭曲，在下索過(guò)程中，利用人力控制索體均速下滑，遇索體卡住，需撥出索體，重新套孔鉆進(jìn)，高壓風(fēng)清孔后再下索。在編索到下索完成過(guò)程中，保證索體無(wú)扭曲、無(wú)損傷，無(wú)散亂和堅(jiān)固牢靠。再檢查索體的牢固實(shí)用性，把下好的索體拔出檢查發(fā)現(xiàn)索體無(wú)任何變形，達(dá)到了持久耐用的效果。

4.3 錨固段注漿

注漿設(shè)備為擠壓式灰漿泵，注漿用理論注漿量為依據(jù)，同時(shí)考慮巖層裂隙，利用雙導(dǎo)線配萬(wàn)用表觀察，當(dāng)表顯示注漿錨固段滿了時(shí)，保壓3 min，提高錨固段的密實(shí)性，保證錨固力，注漿壓力0.3～0.5 MPa，漿材采用水泥砂漿，水灰比0.38∶1，砂漿強(qiáng)度M30，漿材加入0.2%的三乙醇早強(qiáng)減水劑。注漿完畢進(jìn)行孔口鋼套管安裝導(dǎo)向管。鋼套管1.2 m φ148 mm與錨墊板外錨頭鋼筋網(wǎng)垂直正交焊接。在澆筑砼前清除碎渣和不穩(wěn)定巖塊。并使孔口巖面基本垂直于孔軸線，墊座砼為正梯狀(圖2)。強(qiáng)度C30，配合比水泥∶細(xì)砂∶碎石∶水=1∶0.76∶3∶0.47。

圖1 錨索結(jié)構(gòu)圖

圖2 錨墩及鋼墊板結(jié)構(gòu)

5 張拉和鎖定

5.1 張拉及鎖定

(1)張拉設(shè)備：千斤頂、頂緊千斤頂RCM50，對(duì)錨索鋼鉸線逐根預(yù)緊，整體張拉千斤頂YCM650型，錨具OVM15-7型及鎖片(三片式)。

(2)張拉前對(duì)千斤頂、油泵車進(jìn)行配套標(biāo)定，通過(guò)標(biāo)定得出千斤頂張拉力與油壓表讀數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系。預(yù)緊張拉進(jìn)行錨板、夾片安裝，以單根33 kN的荷載為標(biāo)準(zhǔn)由內(nèi)向外，對(duì)稱進(jìn)行。預(yù)緊后夾片要平整，再對(duì)錨索分級(jí)張拉，整體張拉每級(jí)加荷完成后測(cè)量鋼鉸線伸長(zhǎng)值并作好記錄和理論伸長(zhǎng)值比較，鋼鉸線理論伸長(zhǎng)量：

△L=PL/SE

(1)

式(1)中：△L為鋼鉸線理論伸長(zhǎng)量(mm)；P為壓力表讀數(shù)(kN);S為鋼鉸線截面積之和(mm2);L為張拉長(zhǎng)度(m)；E為鋼鉸線彈性模量(kN/mm2)。

鎖定后測(cè)回縮值。巫師附小邊坡錨索設(shè)計(jì)有效噸位1000 kN，考慮被錨固巖體破碎和應(yīng)力松馳，進(jìn)行超張拉到1150 kN,并安裝測(cè)力計(jì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，無(wú)異常，對(duì)張拉段進(jìn)行封孔注漿，水灰比0.4∶1，灌漿壓力0.2～0.3 MPa，待回漿后迸漿5 min充密張拉段。封孔注漿后將外留錨索預(yù)留100 mm，將多余的鋼鉸線用濕布加砂輪機(jī)切割，用C25細(xì)骨料砼將錨頭密封保護(hù)。

5.2 錨固效果分析

綜合張拉鋼鉸線伸長(zhǎng)值，測(cè)力計(jì)監(jiān)測(cè)成果，并對(duì)第一階段的一排13束錨固效果進(jìn)行分析。

經(jīng)比較，實(shí)際伸長(zhǎng)值與理論值吻合較好，全部誤差率小于10%。60%的誤差率在5%以內(nèi)，說(shuō)明錨索全部達(dá)到錨固力(表1)。

表1 錨索體張拉理論伸長(zhǎng)值與實(shí)際伸長(zhǎng)值對(duì)比

6 施工中出現(xiàn)的問(wèn)題及解決措施

任何工程難免出現(xiàn)問(wèn)題和事故，因此，正確解決問(wèn)題、處理事故、提高工作效率并從實(shí)踐中找到合適的技術(shù)方法很重要。

(1)卡鉆。初期施工中，錨索孔S103鉆進(jìn)到14 m時(shí)，遇到裂縫帶漏風(fēng)，孔口返風(fēng)很少，排渣困難，潛孔錘不下去，也退不回，只能緩慢旋轉(zhuǎn)，分析原因認(rèn)為是孔內(nèi)殘?jiān)^(guò)多潛孔錘不能鉆進(jìn)，孔內(nèi)漏風(fēng)，加高風(fēng)壓沒(méi)有作用，只有從外部入手，從空壓機(jī)上另接一氣管，接φ32 mm耐高溫高壓橡膠管伸向孔內(nèi)，配合鉆機(jī)工作，鉆機(jī)采用低轉(zhuǎn)數(shù)，高風(fēng)量，風(fēng)管接高壓管輔助工作。結(jié)果發(fā)現(xiàn)排渣效果良好，潛孔錘恢復(fù)工作。

(2)原設(shè)計(jì)編索時(shí)將一次注漿管和充氣管捆綁在索體外層。這樣在穿索過(guò)程中易受磨損，將一次注漿管擠破，使一次注漿時(shí)，漿材不能到達(dá)孔底從而不能保證錨固段的有效錨固力。發(fā)現(xiàn)問(wèn)題后，編索時(shí)增大對(duì)中支架內(nèi)徑，將一次注漿管綁在鋼鉸線內(nèi)，安放架線環(huán)內(nèi)、外編鋼鉸線，這樣保證了注漿的有效性。

(3)下索時(shí)有的孔內(nèi)有破碎帶，容易卡住下不去，等鉆機(jī)掃孔后再下，又有掉塊卡住索體，如再掃孔往復(fù)幾次影響錨索質(zhì)量，我們?cè)谟龅竭@種問(wèn)題時(shí)，下索體時(shí)打開(kāi)空壓機(jī)將氣管接在一次注漿管上，利用高風(fēng)壓，輔助下索體，將碎塊吹開(kāi)，索體安然下放。

7 結(jié)語(yǔ)

巫師附小邊坡整治工程1000 kN級(jí)預(yù)應(yīng)力錨索通過(guò)變形觀測(cè)，施工上保證了質(zhì)量，錨固力達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。隨著我國(guó)社會(huì)主義建設(shè)的不斷發(fā)展，預(yù)應(yīng)力錨索技術(shù)作為一種新的錨固工藝，在邊坡整治中必將得到廣泛的應(yīng)用，此次錨索施工為今后這種新新技術(shù)、新工藝的應(yīng)用積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。