高路堤锚索桩板墙相关问题探讨

2015-03-21宋迎军

黑龙江交通科技 2015年6期

宋迎军

(贵州桥梁建设集团有限责任公司)

1 引言

高路堤边坡的破坏形式主要有边坡坡面及坡脚冲刷破坏、填土内部结构失稳等。高路堤坡面冲刷破坏主要发生在表面，导致边坡坡面发生破坏的主要原因是降水导致。高路堤填土发生失稳可能会诱发局部坍塌甚至边坡整体性失稳。路堤填土不均匀，土的固结性质不同，密实度不足，内部排水不通畅等原因都会导致路堤产生不均匀下沉或沉降。在路堤防护中要特别注意水对边坡的影响，深入分析边坡破坏产生的内因和外因。传统的边坡的防护可以采用植草防护、砌石防护等措施，这些传统的路堤边坡防护措施防护效果有限，在实际施工过程中也暴露出诸多弊端。锚索桩板墙是新近发展起来的一种新型轻型支挡结构，其主要组成部分包括:锚索(锚杆)、桩、挡土板等构件，在支护结构内部要采用工程性质和力学性质都较为优良的填料进行填充。锚索桩板墙的主要工作原理是通过桩后的填土和行车荷载的作用所产生的水平土压力传递到挡土板，挡土板将所承受的力均匀的分散传递到桩上，之后通过预应力锚索将这部分力传递到处于结构稳定的岩体之上。

2 高路堤锚索桩板墙相关问题探讨

2.1 锚索桩板墙设计

(1)土压力确定及活荷载确定

计算按照《公路桥涵设计通用规范》中的相关要求进行计算，可以把作用在破坏棱体上的车辆荷载换算为均布土层，通过计算可以获得均布土层的厚度，计算过程中可以结合实际的交通量状况，考虑车辆超载情况来确定荷载的大小。

(2)土压力计算

土压力的计算按照库伦理论进行计算，计算过程中要对桩板墙后没有产生较大的位移而形成的库伦主动土压力大小，由于主动土压力的存在，桩板墙在设计时要具有一定的柔性。土压力的大小值介于主动土压和静压之间。设计时可以适当考虑采用的土压力值为主动土压力的1.2 倍左右。

(3)桩外侧被动土压力

参考《公路路基设计规范》中的相关规定，可以不对挡土墙的被动土压力进行计算，如果锚索桩板墙的埋入深度较深、不受外部环境影响时可以将桩外侧的被动土压力计入，计入分项系数的内容。

(4)总土压力计算

参照相关规范内容，当永久荷载对结构的整体受力不利时要采用永久荷载的效应进行控制，取该组合的分项系数为1.35，特殊情况不便于采用公路规范进行计算的可以参照建筑结构相关规范内容进行计算。

(5)锚索设计

通过计算可以获得桩后的最终土压力大小，对锚索的受力计算可以简化为简支点的连续梁来进行求解，求得支点的反力作为控制锚索拉力的参考值。

(6)挡土板设计

挡土板选择为预制的矩形板，按照简支板的受力原理来对其进行内力计算。

(7)锚索桩板墙稳定性验算

目前对锚索桩板墙稳定性计算可以参考克朗兹理论进行求解。

2.2 锚索桩板墙施工研究

(1)桩的施工

桩的施工工法采用挖孔灌注桩，护壁每一米设定为1节，在护壁和护壁之间采用纵向钢筋进行搭接，施工期间要做好对桩孔的变形观测。终孔之后对孔底进行清理，放入钢筋笼。桩身混凝土浇筑采用连续浇筑法进行施工，桩身不能出现施工接缝。当桩身长度较长时也可以采取分段浇筑法，但是在桩身连接位置处必须对主筋进行焊接，并且主筋的焊接长度不能小于30 cm，在灌注混凝土过程中，注意防止地下水进入，不得有超过50 mm 厚的积水层，否则，应设法把混凝土表面积水层用导管吸干，才能灌注混凝土。如渗水量过大(＞1 m3/h)时，应按水下混凝土规程施工。边浇边插实，采用插入式振动器和人工插实相结合的方法，以保证混凝土的密实度。在桩的整个施工过程中都要做好对桩位移的监控，保证施工的质量和安全。

(2)挡土板的施工

挡土板一般选择为钢筋混凝土矩形板，挡土板的两端要预留吊装孔以方便施工，同时吊装口也可以作为排水孔来进行使用，挡土板安装过程中要进行竖向起吊，按照设计要求准确就位，在吊装和安放过程中要避免板与桩发生碰撞。桩和板的连接位置处可以采用水泥砂浆或者沥青麻絮进行填充。

(3)锚索施工

在高路堤锚索桩板墙施工过程一般采用预应力锚索，预应力锚索是一种将拉力传至稳定岩层或土层的结构体系，主要由锚头、自由段和锚固段组成。其主要组成结构为:

①锚头:锚杆外端用于锚固或锁定锚杆拉力的部件，由垫墩、垫板、锚具、保护帽和外端锚筋组成;

②锚固段:锚杆远端将拉力传递给稳定地层的部分锚固深度和长度应按照实际情况计算获取，要求能够承受最大设计拉力;

③自由段:将锚头拉力传至锚固段的中间区段，由锚拉筋、防腐构造和注浆体组成;

④锚杆配件:为了保证锚杆受力合理、施工方便而设置的部件，如定位支架、导向帽、架线环、束线环、注浆塞等。

锚索施工首先要按照设计要求进行造孔，造孔过程要对施工范围内的地质状况有一个充分的了解，从而更好的保证成孔的精度，施工过程中锚索的水平和垂直方向孔距误差要控制在10 cm 以内。

在锚索的施工过程中注浆作业是极为关键的一个施工环节，因为注浆的主梁直接关系到了锚杆是否能够正常工作，对整体锚固效果会产生直接的影响。在锚索施工过程中所采用的注浆材料主要为水泥砂浆或水泥浆。浆液的配合比设计、水泥质量和采用的灌注工艺都会对灌注效果产生影响，好的灌注施工能够给锚杆提供足够的锚固强度，同时能够将锚杆跟周围的空气、水分等隔离，避免锚索的锈蚀。所以在注浆施工作业过程中要严格控制浆液的质量，采用合理的施工工艺。

在锚索桩板墙施工过程中要结合工程的实际情况选取具有不同力学特性的钢绞线，高路堤防护工程中选用的钢绞线一般为具有高度和低松弛量的钢绞线，其标准强度值要不小于1 860 MPa。之后对锚索紧张预应力张拉，施加的张拉力要根据设计要求并结合实际情况来选取，一般张拉量控制在10%左右。通过对锚杆的张拉作用能够使得钢绞线产生一定程度的自由弹性变形，通过施加的预应力能够更好的起到锚固作用。在预应力的张拉过程中要根据所选用的张拉控制力来选择合适的张拉设备，确定好施加荷载的分级，对张拉过程中张拉量的变化进行精确测量，避免出现张拉量不足和过度张拉现象出现。一般在对锚索完成张拉30 d 左右之后，要对锚索进行一次补偿张拉，以消除由于钢绞线的弹性变形所产生的回弹，在完成补偿张拉之后就可以对锚索端进行锚固固定。在完成锚固之后要对锚索的整体施工质量进行验收，验收的主要指标是对锚杆的抗拉拔性进行检验，锚杆的检测数量一般不小于总施工量的5%。