公路高边坡工程中预应力锚索施工技术

2016-12-20卢建勋

设备管理与维修 2016年11期

关键词：张拉锚索灌浆

卢建勋

（中铁十九局集团第五工程有限公司，辽宁大连116100）

公路高边坡工程中预应力锚索施工技术

卢建勋

（中铁十九局集团第五工程有限公司，辽宁大连116100）

公路高边坡工程施工中，预应力锚索施工技术不仅可以提升公路工程的施工质量，而且可以降低洪水、地震等自然灾害对公路边坡结构的威胁。以实际工程为例，对预应力锚索施工技术在高边坡施工中的应用造孔、下索、注浆、张拉等施工技术进行探讨。这些技术的使用效果良好，施工路段经过持续一年的跟踪观察，边坡稳定性良好。

公路；高边坡工程；预应力锚索

0 前言

在公路高边坡防护工程施工过程中，经常会通过修建护坡、护面墙、土墙等措施来保证土体的稳定性，但是这些方法不仅施工成本高、施工工程量大，而且还会破坏环境，已经不适应在现代化工程公路工程施工中。随着预应力锚索技术日益成熟和完善，预应力锚索施工技术在高边坡施工中的应用也日益广泛。利用水泥砂浆将设计深度内四周的岩体和锚孔底部连接成锚固体，利用锚固体和孔壁体之间产生的摩擦力作为反作用力，借助框架岩坡面将应力传递到岩土层，进而达到提升岩土层的稳定性和安全性的目的。

1 工程概况

某公路工程所处地区为中低山地貌区，公路边坡坡度为25～30°，公路边坡倾斜度比较大，相对倾斜差值为66 cm，平均地面标高差值处于740～835 m。在对地质情况进行勘察后发现，该位置边坡最大的开挖深度要控制在55 cm以内。此外，工程边坡四周岩土结构稳定性不高，当遇到强降雨气候时，岩体风化界面会有很多的地下水渗入，导致边坡应力加大，再加边坡高度比较大，坡率比较陡，会导致地质条件变差，出现滑坡的事故。

2 边坡稳定性分析

通过对工程进行全面分析，得出该边坡上部纵向拉张裂缝现象较为突出，中下部位有部分开裂，有的区域出现了不同程度的变形现象，由此也充分说明了边坡的稳定性较低，需要及时进行整修。造成边坡不稳定的因素是多方面的，比如施工技术的不规范或者自然环境的影响等。研究人员通过深入调查研究，采取钻探等方法对边坡各个部位进行检查，发现边坡虽然稳定性不高，但所出现的滑动面不是连续的，表层岩体被侵蚀程度较为严重。因此可将边坡近似设定为处于临界状态的均质边坡，若受到外界因素的影响，则此种破坏会顺着边坡拉张裂缝部位扩张，最终破坏整个边坡滑动面［1］。为有效得出不利滑动面的范围，在实际计算中还应将地下水的影响以及岩石分化带深度等内容考虑其中，综合权衡后根据公式得出不利滑动面。继而按照极限平限原理与瑞典条分析算出边坡剩余下滑力，为施工人员提供一定的借鉴，促使后期施工得以顺利开展。

3 工程整改设计思路

3.1 整改方案的有效选取

考虑到此次边坡施工的实际特征，若采取普通的整改方法则一方面收不到理想的效果，很难从根本上解决边坡上部裂缝现象，特别是遇到雨天时，边坡上部滑动问题会加剧；另一方面也会加大施工成本，造成资源的无故浪费，施工成效性低［2］。因此在施工方案的选择上应秉承经济、安全、高效的基本原则，研究人员通过综合协商后，决定采用预应力锚索梁加固挡土墙技术进行施工，横断面设计示意图见图1。

3.2 治理工程工作量

（1）锚索工程的工作量。以K459+860断面为例加以说明，当锚索纵向距离为3 m时，剩余下滑力Tm=1365 kN，平均锚固角α=64°，滑面综合强度φ=36°，荷载安全系数K0=1.2，故锚固力公式为式（1），计算后得Qm=1487.56 kN。

图1 横断面设计示意图

通过调查可知该断面一共设置了3根500 kN级锚索，能够提供的锚固力达到1500 kN，所承受的锚固力大于实际需求，符合工程所需。

（2）排水工程量。此次施工原计划泄水孔应达到15个，后与相关人员经过协商后再结合工程实际特征等，将泄水孔的数量设定为3个，施工区域定为地下水丰富的锚索孔部位，单孔设计孔深为15 m，泄水管的安装应遵循一定的边坡斜度，并使直径7.5 cm的热镀锌滤管作为此次施工的主要材料。

（3）锁梁工程量。锚索施工完成后，即可进行承压台环节的施工，在此阶段需准备3条锁梁，而且设计总长度应达到349.9 m，C30砼浇注量55.07 m3，在实际施工中在满足施工相关要求的基础上为了尽可能地达到美观，可将锁梁长度设计为333.84 m。C30砼浇注量35.53 m3。

4 施工实施过程

（1）施工整体布局。本工程左侧为公路车辆，右侧为陡峭的边坡，在施工中公路的正常运营不能中断。考虑到种种因素，为确保施工顺利实施，对施工做了5点整体规划。①施工人员日常生活设施设置在距离施工区域300 m左右的山脚下。②为了不影响车辆的正常通行，在设备的选择上挑选性价比高而且轻型施工设备。③生产以及生活用水均从施工附近的山泉中获取。④将高速公路紧急停车道作为施工临时检修区域。⑤采用高架式索孔施工平台，这样不致影响车辆的正常行驶。

（2）钻孔。钻孔环节也是施工中的重要流程。通过分析此次锚索孔孔径深度为130 mm，锚索之间的间距为6×3 m（高×宽）。使用型号为MGJ-50型锚杆钻机，让吊车垂直移动钻机，为了确保安全，水平移动可借助人工完成。钻孔平台共设置3层，施工中采取从下向上的顺序进行施工。

（3）锚索的有效制作。在进行锚索的制作过程中，应严格按照设计图纸的相关要求进行合理设计，所选择的材料应具有一定的抗压能力，提高锚索的稳定性。

（4）灌浆。在锚固施工的各个环节中，灌浆是最为重要的一个因素，其直接关系着锚固施工质量的高低。为了达到施工所需，此次锚固施工中选取型号为M30的砂浆进行处理，砂浆比例应进行严格控制。在进行锚索灌浆时先使用纯水泥浆进行处理，达到一定要求后再使用砂浆进行灌注。灌注采取从下向上的方式进行，直至水泥浆到达孔口即可。

（5）锁梁的制作。待锚固段注浆工作完成后，施工人员需在第一时间浇制张拉承压锁梁。由于承压锁梁属于一种抗压部件，其会将锚索所受到的外力均匀地传至岩体各个部位，因此要使承压锁梁表面与锚索轴线处于垂直状态，可对其进行焊接处理并加以固定。承压梁要采取现浇制作的方式进行，以提高其使用效率，制作完成的锁梁还应做好养护工作。

（6）压力化学灌浆阶段。在进行锁梁施工中，施工人员还应对挡土墙部位进行压力化学灌浆处理，所采用的材料是水泥、粉煤灰、水玻璃、水，将这4种材料按照一定的比例混合均匀。施工中首先进行钻孔处理，当孔深度达到设计要求后，即可进行灌浆处理，灌浆中要注意严格按照自下而上的方式进行，待孔口有浆液冒出即可。

（7）预应力张拉。借助YCW系列A型千斤顶实现锚索的预应力张拉。一般情况下，为了确保施工的顺利完成，锚索张拉分两次实施：首先是对每根钢绞线进行预紧张拉，张拉力应控制在50～10 kN；第二次分别将张拉力按照15%，25%，50%，75%，100%的比例进行张拉处理，前四阶段的张拉处理时间控制在5 min，最后一阶段时间应达到30 min，完成后立即将锚索进行锁定处理。

（8）封锚。待以上各个流程施工完成后，施工人员需将剩余的锚索立即切除，并使用型号为M30的砂浆将接头部位进行封闭处理，以延长锚索的使用年限。

（9）泄水孔施工。按照锚索孔内水位实际情况依次在挡土墙面设置3个泄水孔，不管是在孔径大小上还是泄水孔的深度方面都应满足施工要求。通常情况下，选取的通径7.5 cm的热镀锌管作为泄水管，每节长度应达到3 m，各个泄水管之间使用接箍进行有效连接［3］。钻孔工作结束后，施工人员即可进行泄水管的安装工作，要注意的是为了确保其稳定性，可使用铝质砂网进行包扎固定，并设置渗水滤管，确保地下水顺利排出，不致对泄水管造成腐蚀。此外在孔内的空隙部位还应使用水泥砂浆进行填充处理。通过长期地投入使用，未发现不良现象，而且采取此种施工方法，在遇到暴雨或者连阴雨时，地下水能够顺着孔道及时排出，大大降低了边坡的承受力，提高了边坡的使用年限。