预应力锚索在边坡加固中的应用
2010-04-15张宏伟
张宏伟
0 引言
在边坡加固措施当中,预应力锚索是一种使用较为广泛的施工方法。这种方法适用于加固坡度较陡,在施工过程中易产生滑塌的深路堑边坡,与其他方法相比,预应力锚索具有施工方便灵活、强度高、稳定性好等特点。目前,预应力锚索已广泛应用于铁路、公路工程的边坡加固当中。
1 工程概况
武九客车联络线站前工程DK12+727.5~DK12+810段右侧边坡地处剥蚀低丘,地形较陡,岩体为强风化粉砂岩,节理裂隙发育。一二级边坡设计坡度为1∶1.25,坡顶最大高差34 m,框架梁预应力锚索加固,总计93孔,一级边坡锚索长 20 m,二级边坡锚索长15 m,锚孔直径110 mm,每孔3根钢绞线,锚固段长9 m。锚索体与水平面的夹角为20°,锚索竖向间距 3 m,沿线路纵向间距4 m,设计吨位300 kN。锚梁为C30钢筋混凝土梁,纵梁为8 m与10 m两种。
2 作用机理
预应力锚索主要由锚固段、自由段和外锚段(张拉段)三部分构成,外锚段由锚具和钢筋混凝土框架梁组成。
锚索采用高强度低松弛的预应力钢绞线制作,自由段钢绞线涂抹黄油,外套波纹管,锚固段每1 m间隔设置扩张环,每两个扩张环间用铁丝绑扎以增大钢绞线与浆体的摩阻力。锚固段作为锚索拉力的固定端应嵌入稳定的岩体中,通过灌注水泥砂浆使钢绞线与稳定岩体连为一体。外锚段通过锚具锁定钢绞线,并由锚梁将拉力分散至边坡上,从而达到加固边坡的效果。
3 施工工艺
3.1 施工器械
QZJ-100B型潜孔钻、压风机、注浆泵、砂浆搅拌机、LC-3/300型千斤顶,千斤顶经九江市计量所校验合格。
3.2 施工工艺及流程
预应力锚索施工工序见图1。
3.2.1 测量定位
由挖掘机分级开挖边坡,人工配合修整坡面。根据预应力锚索坡面布置图,将锚孔位置准确测设出来,锚孔位置误差不超过±10 cm。
3.2.2 钻孔
1)钻孔前先搭设钻机作业平台,平台要满足承载要求,同时能保证在钻机工作时有较好的稳定性。根据测量点位固定并调整钻机位置,倾角允许误差在±2°以内。2)钻孔采用干钻方式匀速钻进,在钻进过程中,根据高压风吹出来的岩粉记录不同深度的地层状况。在二级边坡钻孔过程中,当第7号~第9号孔钻进到8 m左右处时,作业人员发现吹出的岩粉为淡黄色,并伴有颗粒较大的原状石块混杂其中,判定前方进入岩层破碎带,发生了塌孔。此时立即停止作业,撤出钻头并插入导管,注入水泥和水玻璃混合浆,注浆压力0.2 MPa,待24 h后重新钻进。3)孔深:为确保锚索锚固长度,钻孔深度要超出锚索设计长度0.2 m。
3.2.3 清孔
钻孔结束,逐根拔出钻杆和钻具。用一根聚乙烯管复核孔深,并以高压风吹孔,待孔内粉尘吹干净,拔出聚乙烯管,塞好孔口,防止杂物落入孔内。
3.2.4 锚索制作安装
锚索在钻孔的同时于现场进行编制,锚索采用3根杭州浙锚预应力有限公司生产的高强度低松弛的预应力钢绞线(φ=15.24 mm)制作,经江西铁建工程检测有限公司检测,钢绞线强度均大于1 860 MPa,符合设计要求。内锚固段采用波纹形状,张拉段采用直线形状。钢绞线截取长度为锚固段+自由段+外露张拉段(1.5 m)。截好的钢绞线平顺地放在作业台架上,量出内锚固段和自由段长度,分别作出标记;在内锚固段的范围内安装扩张环,间距1 m,两扩张环之间绑扎铁丝一道;自由段涂强力防腐涂料,用波纹管穿套,内涂黄油;最后,在波纹管两端缠绕工程胶布封闭。
在向锚索孔装索前,核对锚索编号是否与孔号一致,以免将15 m长锚索放入20 m深的锚孔内。确认无误后,再以高压风清孔一次,人工缓缓将锚索放入孔内,用钢尺量出孔外露出的钢绞线长度,计算孔内锚索长度,误差控制在5 cm范围以内,确保锚固长度。
3.2.5 注浆
注浆采用M40水泥砂浆,选用P.O52.5普通硅酸盐水泥和中粗砂,水泥砂浆的水灰比通过试验确定为0.48∶1。浆液要搅拌均匀,随搅随用。锚索安装时应先将注浆管出口用胶布封住,以免阻塞。注浆采用孔底返浆法,注浆压力保持在0.5 MPa左右。注浆结束前稳定5 min~10 min,必要时可适当加入添加剂。实际注浆量一般要大于理论注浆量,以锚具排气孔不再排气且孔口浆液溢出浓浆作为注浆结束的标准。如一次注不满或注浆后产生沉降,要补充注浆,直至注满为止。注浆完毕后,将自由端锚索用胶带缠绕防止锈蚀。
3.2.6 施工锚梁
先采用跳槽方式开挖同一高度的锚梁基础,清除浮土之后绑扎钢筋,在插入钢筋骨架的锚索自由段插入φ=110 mm的孔口PVC管,如遇锚梁钢筋干扰,适当调整钢筋间距,预埋锚垫板,安装模板,浇筑C30混凝土。在浇筑过程中,锚孔处横纵1 m范围内的锚梁混凝土要振捣均匀。锚梁施工完成后进行养护。
3.2.7 锚索张拉
当水泥砂浆达到设计强度(不少于10 d),并且锚梁混凝土强度达到设计强度的70%时,锚索才能进行张拉。锚索张拉分五级进行,各级张拉力分别为设计张力的25%,50%,75%,100%及110%,张拉前先计算出锚索各级张拉力对应的千斤顶油压表读数,千斤顶压力表与油泵的线性回归方程如下:
其中,F为施加荷载值,kN;P为压力表读数,MPa。
对应各级拉力为:75 kN,150 kN,225 kN,300 kN,330 kN;
计算出油压表读数:6.9 MPa,13.3 MPa,19.8 M Pa,26.3 MPa,28.9 MPa。
张拉前,锚具安装应与锚垫板和千斤顶密贴对中,千斤顶轴线与锚孔及锚索体轴线在一条直线上,确保同轴承载均匀,必要时用钢质垫片调整。
张拉时,每级间隔2 min~5 min,最后一级间隔30 min,并分别记录每级张拉时钢绞线的伸长量。锚具采用杭州浙锚预应力有限公司生产的OVM15-3型锚具。
3.2.8 补张拉、锁定及封锚
第一次张拉锁定后30 d左右,进行一次补偿张拉以弥补锚索的预应力损失。
通过补偿张拉能减小预应力损失。补偿张拉后锁定,从锚具量起,留出长10 cm的钢绞线,其余部分用机械切割。最后用水泥净浆注满锚垫板及锚头各部分空隙,并用C30混凝土封锚。
4 结语
本工程高边坡DK12+727.5~DK12+810段预应力锚索施工,锚孔总计93孔,于2009年11月份完工。从现场情况来看,边坡稳定,未出现滑移现象,锚索结构可靠,锚梁平顺美观,两者结合的施工工艺符合要求,达到了预期目标。
[1] GB 50330-2002,建筑边坡工程技术规范[S].
[2] TB 10414-2003,铁路路基工程施工质量验收标准[S].
[3] 常瑞杰.预应力锚索加固高边坡施工技术[J].铁道标准设计,2004(7):18-19.