粵贛高速公路高邊坡錨索銹蝕及有效應力檢測分析

戴巍　侯文騰　李清　馮青山

作者簡介：

戴 巍（1988—），碩士，工程師，主要從事高速公路路基工程、巖土工程檢測、設計、咨詢等工作。

摘要：粵贛高速公路高邊坡錨固結構已服役十多年，長期處于地下水豐富、排水不暢、水質具有腐蝕性的環境，錨索的錨固性能可能受到銹蝕影響造成預應力損失，使邊坡存在一定的安全隱患。文章通過對五處錨索錨固邊坡的外觀檢查和錨索工后有效應力檢測，分析了錨索腐蝕性及有效應力檢測情況。結果表明：粵贛高速公路邊坡錨索檢測主要病害為錨頭輕微銹蝕，預應力損失情況與錨頭腐蝕程度情況成正比，其中，開錨后銹蝕較為嚴重的強風化花崗巖地層錨索預應力損失近55%，與砂巖、板巖地層相比，強風化花崗巖地層錨頭銹蝕和錨索有效應力損失更為嚴重。

關鍵詞：高邊坡;錨索;銹蝕;有效應力;檢測

中國分類號：U418.5+2A070234

0 引言

隨著我國山區高速公路的建設，為了保證高速公路邊坡的穩定性，大量的公路邊坡采用預應力錨索結構進行加固[1-4]。錨索結構屬于隱蔽性工程，在經歷較長的工作時間后，受巖土體的蠕變、鋼絞線的松弛、銹蝕以及降雨等因素的影響，錨索結構出現預應力損失以及承載能力降低，存在極大安全隱患，而一旦預應力錨索失效，有可能引起治理工程的整體失效。因此對錨固工程邊坡在工后一段時間進行安全檢測及承載力評估是十分必要的[5-7]。

粵贛高速公路高邊坡錨固結構已服役十多年，長期處于地下水豐富、排水不暢、水質具有腐蝕性的環境，錨索的錨固性能可能受到銹蝕影響造成預應力損失，邊坡存在一定的安全隱患。本文根據近幾年粵贛高速公路路塹邊坡病害情況以及變形監測情況，共選取了五處錨索錨固的邊坡進行專項檢測，主要檢測內容為：錨索錨固結構的外觀檢查和錨索工后有效應力檢測。

1 工程概況

廣東粵贛高速公路是國家規劃的重點干線——內蒙古自治區阿榮旗至廣東深圳高速公路的重要組成部分，是粵贛兩省的運輸大通道，也是構筑泛珠三角經濟圈的戰略通衢，其全長為138.103 km，于2005-12-28建成通車。

廣東粵贛高速公路沿線穿越丘陵、洼地，大部分路段處于山區，有多處深路塹路段。所經地段地形復雜多變，地質情況較為復雜，巖質邊坡從淺層至深層的風化情況大多為全風化、強風化、弱風化，局部存在軟弱夾層現象，部分邊坡淺層分布著不同厚度的坡積土，個別山谷有軟土地質分布。底層巖性軟弱，且分布不均，地質結構面發育，巖體破碎，風化程度較高，降雨充沛，地下水發育構成了邊坡失穩破壞的不良地質條件。

2 檢測目的

通過對邊坡錨固工程結構開展銹蝕檢測和試驗，使得運營養護部門能夠根據該邊坡檢測結果，及時掌握高邊坡錨固工程結構的工作狀態及安全情況。同時，檢測結果可為采取相應的補強維護措施提供直接的數據依據。因此，對典型高邊坡錨固工程結構開展銹蝕檢測和試驗很有必要，[JP4]重點摸清錨索目前的錨墩完好情況、錨索銹蝕情況，以及錨索預應力狀態，判斷邊坡的穩定性，為排除邊坡安全隱患提供科學依據[9-11]。

3 檢測內容及方法

本文根據近幾年粵贛高速公路路塹邊坡病害情況以及變形監測情況，選取了五處錨索錨固的邊坡進行一次專項檢測。五處邊坡工程概況如表1所示。主要檢測工作內容為：安全拆除封錨混凝土后，對錨索錨固結構的外觀工作狀況進行檢查和對錨固工程結構的工后有效應力進行檢測。

3.1 錨頭外觀檢查

錨頭外觀檢查內容如下：

（1）檢查抽檢錨索結構封錨混凝土是否完整、是否損壞。

（2）檢查錨頭各部位的工作狀態：錨板、夾片是否松動;檢查鋼絞線滑移、滑脫、斷絲、外露鋼絞線切割長度;錨墊板的位置、角度、完整性等其他表觀情況。

（3）檢查錨頭各部位的銹蝕及滲水情況：錨頭滲水、錨板、錨墊板、夾片及外露鋼絞線的腐蝕情況。在進行相關檢查時做好相應的文字及圖像記錄。

3.2 錨索工后有效應力檢測

錨索工后有效應力試驗，采用接長鋼絞線的辦法，檢測方法及步驟如下：

（1）搭設腳手架和工作平臺，檢查錨索格梁結構及封錨混凝土的工作狀況，然后安全拆除封錨混凝土，并將附著于鋼絞線、夾片、錨具及錨墊板上的混凝土清理干凈，詳細記錄錨頭的工作狀況。

（2）依次安裝專用連接器、千斤頂、錨具、夾片、位移計等設備儀器，并調整設備位置。

（3）試拉幾次，使連接器件消除間隙，以確保記錄的數據為錨索的真實伸長量。

（4）加荷至設計值的10%后安裝記錄用百分表。

（5）初始荷載宜為設計值的30%，加載采用逐級等量加載，分級荷載宜為錨桿設計鎖定的5%;錨頭出現松動后（松動即0.5～1.0 mm塞尺可插入工作錨具與承壓板之間），繼續加載（2～4）級，加載后終止試驗。最大試驗荷載取1.5倍設計荷載，若達到1.5倍設計荷載仍未松動，則停止加載。

（6）完成上述檢測步驟后，對抽檢的錨索重新進行封錨。

根據相關規范規定，預應力錨索下有效應力的確定采用拐點法或插板法。具體流程如下所述：

利用拐點法確定錨索有效應力：首先利用采集到的荷載和錨索拉伸數據繪制荷載-位移關系曲線，從曲線特征點確定有效應力。若當荷載-位移關系曲線上位移突變明顯時，應取其陡升起始點所對應的荷載值，如圖1（[HTSS]a）中所示;若荷載-位移關系曲線難以準確確定其陡升起始點時，利用相關數據處理軟件對曲線兩側進行擬合，取曲線兩側擬合直線的交匯點所對應荷載值的前一級加載荷載為錨索有效應力，如圖1（[HTSS]b）中所示。

利用插板法確定錨索有效應力：在加載過程中，在某一級荷載加載完成后，利用0.5～1.0 mm塞尺可插入工作錨具，即將松動時對應加載荷載的前一級荷載確定為錨索有效應力，如圖1（[HTSS]c）中所示。

在試驗荷載加載過程中，當試驗荷載加載至最大時，即1.5倍設計荷載，且未出現錨頭位移突變或工作錨具松動，則取最大試驗荷載為錨索有效應力。

4 檢測結果分類依據

4.1 錨頭各部件銹蝕程度劃分

從外觀角度對錨頭各部件的銹蝕程度做了如下劃分：

（1）良好：表面光潔或僅有少數點蝕，浮銹面積覆蓋率在30%以下。

（2）輕微銹蝕：浮銹面積覆蓋率達到30%以上，粉狀顆粒銹斑面積覆蓋率在30%以下。

（3）較嚴重銹蝕：粉狀顆粒銹斑面積覆蓋率在30%以上，清洗擦拭后銹面面積略微減小。

（4）嚴重銹蝕：表面出現銹片或銹坑，清洗擦拭后銹面面積有較大損失。

4.2 錨索應力工作狀態分類

根據邊坡工程錨索結構設計參數及相關規范并結合目前邊坡變形現狀，結合文獻[9]中相關規定，錨索結構常見的應力工作狀態主要有：

（1）應力不足：錨索有效應力低于設計荷載的80%，屬于非正常工作狀態。其中，當有效應力低于80%設計荷載但高于50%的設計荷載，認定為持有力尚可;當有效應力低于50%設計荷載但高于20%的設計荷載，認定為持有力不佳;當有效應力低于20%的設計荷載認定為持有力極差。

（2）應力損失：錨索有效應力低于設計荷載，但高于設計荷載的80%，此時屬于正常工作狀態。

（3）應力增加：錨索有效應力處于100%～120%設計荷載之間，屬于正常工作狀態。

（4）應力超限：錨索有效應力超過120%設計荷載，持有力增加需注意，認定為持有力極差，屬于非正常工作狀態但未失效。

（5）錨固段破壞：錨固段由于強度不足引起的錨固段結構破壞，屬于非正常工作狀態且已失效。

5 檢測結果及分析

5.1 錨索腐蝕性情況及分析

下頁表2給出了各個工點錨索相關信息，各個工點錨索腐蝕性情況具體如下：工點1邊坡封錨質量較好，8處錨索開錨檢查后未見明顯腐蝕，1處錨索存在輕微銹蝕;工點2邊坡封錨質量較好，5處錨索開錨檢查后未見明顯腐蝕，4處錨索存在輕微銹蝕;工點3邊坡封錨質量較好，7處錨索開錨檢查后未見明顯腐蝕，2處錨索存在輕微銹蝕;工點4和工點5邊坡封錨質量好，開錨后均未見嚴重銹蝕痕跡。

由下頁表3給出的錨索腐蝕性檢測情況統計表分析可知：開錨檢測45處錨頭封錨質量均較好。開錨后，34處錨索（75.6%）外觀良好，11處錨索（24.4%）開錨檢測顯示存在輕微銹蝕跡象，未見銹蝕嚴重跡象，強風化花崗巖地層較砂巖、板巖地層錨頭銹蝕更為嚴重。

5.2 錨索有效應力檢測情況及分析

本次共抽檢30孔錨索進行了錨索有效應力檢測，表4僅給出了各個工點錨索工后有效應力檢測結果。錨索序號編號原則如下：以工點號加坡面級數加錨索編號進行標記，例如，“1-1-10”表示工點1的一級坡面第10根錨索。通過對表4分析可知各個工點邊坡錨索有效應力的具體結果。

工點1邊坡錨索有效應力剩余百分比為54%～83%;工點2邊坡錨索有效應力剩余百分比為52%～63%，檢測錨索均出現現存應力不足現象，主要原因為該邊坡位于橋下，地下水較為豐富，對邊坡錨固結構有一定影響;工點3邊坡錨索有效應力剩余百分比為52%～74%;工點4邊坡檢測錨索均出現現存應力不足現象，錨索有效應力剩余總應力為47%～74%;工點5邊坡錨索均出現現存應力不足現象，錨索剩余應力百分比為45%～74%。

錨索拉拔檢測試驗結果顯示：抽檢預應力錨索出現不同程度預應力損失，預應力損失情況與錨頭腐蝕程度情況成正比。其中開錨后銹蝕較為嚴重的強風化花崗巖地層錨索預應力損失近55%;封錨完好、開錨后未見明顯銹蝕的錨索預應力損失約為18%。強風化花崗巖地層較砂巖、板巖地層錨索錨下預應力損失更為嚴重。

6 結語

（1）封錨混凝土破損或封錨混凝土質量較差的錨頭比質量好的錨頭容易銹蝕，錨下預應力損傷較大，初步推斷主要原因為大氣、地表水以及腐殖質更容易滲入，造成錨頭鋼絞線、錨墊板、錨具及夾片銹蝕，導致錨索有效應力損失。目前粵贛高速公路邊坡錨索檢測主要病害為錨頭輕微銹蝕。

（2）預應力損失情況與錨頭腐蝕程度成正比，其中開錨后銹蝕較為嚴重的強風化花崗巖地層錨索預應力損失近55%。強風化花崗巖地層較砂巖、板巖地層錨索有效預應力損失更為嚴重。

（3）地下水豐富且具有腐蝕性、巖性破碎裂隙發育的邊坡為錨索腐蝕提供了環境因素，對錨索自由段腐蝕造成潛在威脅。在錨索套管完好、注漿飽滿的情況下地下水不易滲入;若套管破損，腐蝕性地下水滲入，則易引起錨索銹蝕。這類病害無法從表觀直接判斷，但是會引起錨頭錨索、夾片銹蝕、錨下預應力嚴重損失，需重點關注。

（4）錨頭各部位的防腐措施及錨索套管完好、注漿飽滿對錨索防銹蝕起到重要的作用。施工質量較好的錨索在很大程度上能防止錨索銹蝕，這些在工后難以檢測，需要在施工期間重視。

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