山嶺重丘地區(qū)高速公路建設(shè)中的預(yù)應(yīng)力錨索加固高邊坡施工技術(shù)

徐學(xué)西 孟紅利

1.中交一公局集團(tuán)有限公司；2.石家莊市軌道交通集團(tuán)有限責(zé)任公司

1 引言

受地形條件的影響，西部山區(qū)高速公路建設(shè)難度偏大，路塹施工中則時常遇到高邊坡防護(hù)工作。在常規(guī)的防護(hù)工作中常采用的是片石混凝土擋墻、漿砌片石擋墻等方式。這些傳統(tǒng)方式都存在兩個典型問題，分別是結(jié)構(gòu)安全性低、工期較長。預(yù)應(yīng)力錨索框架梁技術(shù)的引進(jìn)為路基高邊坡的防護(hù)帶來了新方法，它的廣泛使用不僅解決了傳統(tǒng)方式存在的問題，而且?guī)砹肆己玫慕?jīng)濟(jì)效益。

2 預(yù)應(yīng)力錨索框架梁的原理及特點

以高強(qiáng)度鋼絲和鋼絞線為主要原材料，構(gòu)建預(yù)應(yīng)力錨索框架梁結(jié)構(gòu)。滑動體存在危險時，將該類材料與巖層和邊坡的混凝土框架穩(wěn)定結(jié)合，對該整體施加預(yù)應(yīng)力，從而達(dá)到加固坡體的效果[1-2]。經(jīng)預(yù)應(yīng)力施工后滑動體處于受壓的狀態(tài)，此受力條件下有利于提高邊坡的穩(wěn)定性，進(jìn)而給公路路塹施工以及后續(xù)施工創(chuàng)設(shè)了良好的條件。

預(yù)應(yīng)力錨索框架梁邊坡防護(hù)技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢突出，主要體現(xiàn)在如下四方面。

（1）在施加預(yù)應(yīng)力的過程中錨索屬于受力構(gòu)件，不僅具有較高的強(qiáng)度，而且具有較大的柔性，當(dāng)其與坡體結(jié)合后可以有效改善坡體的狀態(tài)，使其具有足夠的強(qiáng)度，在后續(xù)公路施工以及使用過程中可以維持穩(wěn)定。

（2）加固深度最低為幾米，最高可達(dá)幾十米，適用范圍較廣。

（3）當(dāng)施工過程中出現(xiàn)強(qiáng)度與要求不符的情況時，施工人員可以通過增強(qiáng)預(yù)應(yīng)力以及補(bǔ)充注漿等方法進(jìn)行彌補(bǔ)，體現(xiàn)了施工的靈活性。

（4）框架梁自身的體積較小，而且結(jié)構(gòu)較輕，因此在坡度較小的地方較為適用，具有占地面積小、整體性高、抗震能力強(qiáng)的優(yōu)勢。

（5）能夠保證施工進(jìn)度，節(jié)省施工時間，確保工程在規(guī)定時間內(nèi)完成，由于該結(jié)構(gòu)的體積不大，因此花費的材料較少，從而節(jié)省施工成本。

綜上所述，與其他防護(hù)形式相比，預(yù)應(yīng)力錨索框架梁邊坡防護(hù)技術(shù)具有明顯優(yōu)勢，既能取得良好的經(jīng)濟(jì)效益，又能達(dá)到防護(hù)的效果。但也需意識到，該項施工技術(shù)在實際應(yīng)用中仍存在諸多局限性。例如錨索和水泥漿的握裹力小于張拉應(yīng)力時，則有較明顯的預(yù)應(yīng)力損失現(xiàn)象，甚至完全失效[3]。

3 預(yù)應(yīng)力錨索框架梁施工的關(guān)鍵材料

關(guān)鍵材料類型及基本特性如下。

（1）高強(qiáng)鋼絞線。縱觀現(xiàn)階段的預(yù)應(yīng)力錨索框架梁邊坡防護(hù)施工，應(yīng)用較為廣泛的當(dāng)屬無黏結(jié)PC鋼絞線，其通常由7根鋼絲共同組成。在正式使用前先組織錨索試驗，通過此途徑對錨索的質(zhì)量情況做出判斷，進(jìn)而為后續(xù)施工提供參考。

（2）錨具。最常見的錨具類型為OVM13-7型。以設(shè)計圖紙的相關(guān)要求為準(zhǔn)，由相關(guān)人員規(guī)范化操作。

（3）水泥漿。水泥漿通常為M35水泥砂漿。注漿時需保證壓≥0.35MPa。壓漿施工以孔底注漿法較為合適，漿液濃度控制具有動態(tài)變化的特點，即先稀、后濃。

（4）混凝土。提前組織配合比試驗，確定混凝土在滿足工程質(zhì)量要求時所對應(yīng)的配合比，據(jù)此正式拌制混凝土。

4 預(yù)應(yīng)力錨索框架梁的施工工藝

4.1 工藝流程

預(yù)應(yīng)力錨索框架梁的施工工藝流程，如圖1所示。

圖1 施工流程圖

4.2 施工準(zhǔn)備

施工準(zhǔn)備主要分為兩個部分。首先是對錨孔進(jìn)行測設(shè)，并將鉆機(jī)放置在合適的位置。要求各錨索孔位均滿足設(shè)計位置要求，以測放的孔位為準(zhǔn)打入標(biāo)樁、依次編號。需要注意的是，施工人員應(yīng)控制孔位之間的偏差，保證偏差在1mm以內(nèi)。選擇合適的位置搭建鉆孔工作平臺，隨后將鉆機(jī)固定，并明確鉆孔的方向。錨孔下傾角與水平角的夾角以15°較為合適，盡可能減小鉆孔傾角的偏差，即該差值需在10°以內(nèi)；其次是進(jìn)行錨索拉拔試驗。此外，為充分保證錨索參數(shù)的可行性，在試驗階段應(yīng)當(dāng)合理選擇巖層，保證該部分的地質(zhì)條件與設(shè)計錨固段一致。試驗期間采集試驗數(shù)據(jù)并展開分析，從而對錨索參數(shù)的可行性做出準(zhǔn)確的判斷，針對不足之處做靈活的調(diào)整。

4.3 鉆孔

造孔以干鉆法為主，不宜采用濕鉆法，否則將加劇邊坡巖體的失穩(wěn)程度。鉆孔速度的控制具有靈活性，具體根據(jù)鉆機(jī)運行性能以及錨固地層的地質(zhì)條件而定，精細(xì)化施工，確保成型的鉆孔在孔位、孔徑、深度等方面均可滿足要求[4]。完整記錄鉆孔期間產(chǎn)生的各項數(shù)據(jù)，以作為質(zhì)量分析的依據(jù)。常見的不良鉆進(jìn)現(xiàn)象有塌孔、偏孔等，對于此類問題，應(yīng)當(dāng)在第一時間暫停鉆孔作業(yè)，利用固壁灌漿或是其他方法處理，直到水泥砂漿初凝后方可繼續(xù)施工。

鉆孔過程中，施工人員及時測量傾角，保證鉆孔圓直，一旦發(fā)現(xiàn)測量結(jié)果與要求不符立即糾正。與設(shè)計要求相比，鉆孔的實際長度應(yīng)大于設(shè)計長度，超出的這部分長度作為沉渣段。經(jīng)前述鉆孔作業(yè)后，孔內(nèi)易堆積巖粉等不利于后續(xù)施工的雜物，因此用高壓空氣深度清理孔內(nèi)的雜物，全程風(fēng)壓穩(wěn)定在0.2MPa~0.4MPa，直至孔內(nèi)恢復(fù)至潔凈狀態(tài)為止。清孔后及時對孔口采取封堵措施，以免外部雜物落入其中。

4.4 清孔

鉆孔后及時清孔，將孔內(nèi)雜物堆積量控制在許可范圍內(nèi)，以免影響水泥漿與孔壁巖體的正常黏結(jié)[5]。待清孔工作落實到位后詳細(xì)檢查各錨索孔，要求其在孔徑、孔深等方面均可滿足要求。清孔存在一套特定的流程，應(yīng)當(dāng)有條不紊地開展各項工作，具體如圖2所示。

圖2 清孔流程圖

4.5 錨索制作、下錨

以鋼絞線或高強(qiáng)鋼絲為主要原材料，制作預(yù)應(yīng)力錨索。制作過程中，施工人員應(yīng)對每根鋼絞線進(jìn)行檢查，確保鋼絞線既沒有受到污染，也沒有發(fā)生交叉。隔離支架應(yīng)設(shè)置在錨索軸線方向，且每個隔離支架的間隔約為1.75m。考慮到下錨的順暢性要求，有必要在錨索底端設(shè)導(dǎo)向帽。

錨索自由段的隔離處理所用材料為防護(hù)油和塑料管，要求錨座鋼墊板和錨索保持垂直的位置關(guān)系，同時需深度清理錨固段錨索上附著的雜物（鐵銹、油污等）。在后續(xù)使用中，錨索自由段在與外部潮濕空氣等環(huán)境因子接觸后易銹蝕，為避免此問題，需對該部分采取防腐處理措施。

4.6 注漿

順利下錨后在24h內(nèi)組織錨孔注漿作業(yè)，較適宜的是水泥砂漿材料，要求其強(qiáng)度至少達(dá)到35MPa。注漿遵循的是一次到位的原則，并從孔底處開始，依托于漿液的流動性有效填充空隙。待出孔口冒出水泥漿液后方可結(jié)束注漿。

4.7 混凝土框架梁

縱觀邊坡錨固結(jié)構(gòu)體系，鋼筋混凝土框架梁為關(guān)鍵組成部分，在該裝置的施工中，首先根據(jù)設(shè)計要求將鋼筋安裝到位，隨后再緊密拼接模板，構(gòu)成完整、嚴(yán)密的模板系統(tǒng)。混凝土灌注施工前，將波紋管和錨墊板穩(wěn)定安裝在框架梁鋼筋處，并使其與錨孔的方向相同。

4.8 張拉

張拉前，施工人員需首先標(biāo)定和檢驗張拉設(shè)備及相關(guān)機(jī)具。正式張拉前先試張拉，通過此途徑檢驗施工情況，驗證張拉工藝參數(shù)的可行性，要求各部位密切接觸，若無誤則整索張拉。張拉作業(yè)遵循的是分級的原則，每級間隔時間以5min為宜。張拉采取的是雙控的方法，以張拉應(yīng)力為主要的判斷依據(jù)，利用伸長量輔助檢驗，要求兩項指標(biāo)均可滿足要求，否則需隨即暫停張拉，分析成因并采取處理措施，恢復(fù)正常狀態(tài)后方可繼續(xù)張拉。

對框架錨索進(jìn)行張拉時，施工人員必須保證千斤頂?shù)臄?shù)量為4個，且這4個千斤頂?shù)膹埨峭瑫r同步的。若實際張拉力超過設(shè)計值的10%則鎖定錨索，此后對預(yù)應(yīng)力的損失情況作出判斷，若損失量超出許可范圍則補(bǔ)張拉。經(jīng)前述施工后，確定多余的鋼絞線并將其切除，隨后封錨。

4.9 錨索驗收

全面檢驗錨索，為保證驗收結(jié)果的可靠性，驗收單位必須具有相關(guān)資質(zhì)。此外，驗收數(shù)量至少達(dá)到3根，同時需達(dá)到錨索數(shù)量的5%或更多，否則在驗收數(shù)量過少時易由于偶然誤差而影響驗收結(jié)果的準(zhǔn)確性。

5 施工中應(yīng)注意的問題

為了維護(hù)邊坡的穩(wěn)定性，施工人員應(yīng)自上而下地對邊坡進(jìn)行開挖，同時注意開挖和防護(hù)同時進(jìn)行，避免開挖過快或坡面暴露面積過大、時間過長。

邊坡開挖應(yīng)選擇天氣晴朗的時段進(jìn)行，并在開挖前做好相應(yīng)的排水措施，此舉有利于保證坡體及填料的抗剪強(qiáng)度。

6 結(jié)束語

綜上所述，文章從施工工藝和施工注意事項兩個角度切入，系統(tǒng)性地對預(yù)應(yīng)力錨索框架梁施工技術(shù)展開探討，希望本文闡述的內(nèi)容可為類似工程提供參考。在實際應(yīng)用的過程中，由于地域不同等原因，施工的具體要求及相關(guān)指標(biāo)可能存在不同，應(yīng)根據(jù)實際情況靈活變通。