高边坡整治工程中预应力锚索应用

2021-04-17周心经

绿色科技 2021年6期

周心经

(广州市地质调查院，广东广州 510440)

1 工程概述

巫山师范附小边坡(以下简称巫师附小边坡)位于巫山县城集仙中路内侧，横宽60 m，高35 m，整体坡度50°，新城建设修建集仙中路时形成。边坡坡顶建有巫师附小教学楼(九层)，由于新城建设的需要，边坡除道路红线外要求向内推进7.0 m，该边坡地质结构上为斜向坡，但倾角很缓，地层为三叠系巴东组中厚层灰岩，局部发育小溶洞，边坡表层风化破碎，节理裂隙发育，且中下部发育一倾向坡外的断层破碎带，层面与断层面的组合形成了对边坡稳定不利的结构面。由于边坡向内开挖必将造成斜坡的变形，从而造成坡顶房屋及坡脚道路的安全。为了改善边坡应力及稳定状态，阻止不利结构面向坡外滑移变形，对斜坡采取了三排预应力锚索加固，施工分三批进行。

2 设计说明

2.1 锚索的布置

巫师附小边坡由于整体稳定性采用预应力锚索进行加固。第一阶段，在高程▽320.0 m处设置一排深30 m与25 m交错布置的锚索，在高程▽310.0 m处设置另一排深25 m与20.0 m交错布置的锚索，间距为2 m。第二阶段，在对边坡进行开挖设计的同时，设置一排25 m与20 m交错布置的锚索。共设计深度不等的1000 kN级预应力锚索42束，孔径150 mm，相间锚索的倾角分别为15°与20°。

2.2 设计要求

钻孔孔斜误差不大于3%；采用7根7φ5的钢铰线，其抗拉强度为1860 MPa；内锚固段砂浆为M30；垫座混凝土设计标号为C30。

2.3 锚索结构设计

内锚固段长度为10 m，每2 m设置一架线环。自由段做无粘结处理。孔口钢套管为φ150，钢垫板为500 mm×500 mm×20 mm，与钢套管丁字焊接。

3 锚索施工流程

搭脚手架→造孔及清孔编索→下索→锚固段注浆→垫座砼浇筑→张拉锁定→变形监测→封孔注浆→外锚头封墩保护。

4 锚索施工工艺

4.1 钻孔及编索

(1)钻孔选用风动潜孔钻机KSZ100型，体重轻小，定位灵活，适于高边坡脚手架上作业、潜孔锤选用宣化—英格索兰生产的空压机中风压额定风量17 m3，风压1.2 MPa。

(2)锚索体制作与安放。锚索钢铰线选用1860 MPa高强度低松驰预应力钢铰线，根据每孔的钻孔长度多下1.0 m，用砂轮机割切下料，每束7根钢铰线，必须整齐准确，避免长短以免受力不均匀，编索场地必须干净无杂物，将架线环、止浆环、一次注浆管及出气管对应编号，止浆环安装在自由段与锚固段交界处，安装前进行充气检查，环内用环氧树脂和丙酮封填密实，索体每2.0 m安装一个架线环，两架线环之间进行一次捆扎提高索体的握裹力。索体前端焊接一个导向帽，自由段作无粘接处理，涂黄油包薄膜(图1)。

4.2 下索体

由于巫师附小坡顶已建有房屋(九层楼房)，桩基嵌于坡内14.0 m深，坡体荷载增大，根据地质资料，坡内岩层中风化泥质灰岩，节理裂隙发育，有破碎带和裂隙出现，对造孔和下索体都有一定影响，采用钻完一孔就下索体注浆，再隔一孔打一孔下索体注浆的施工方法，既实现了坡面稳定，又提高了工作效益。锚索下索前应用高压风清孔一次，下索全部采用人工操作。考虑索体的最小弯曲度，增大了脚手架工作平台，在运输过程中，每2m处就有一人，避免索体下垂扭曲，在下索过程中，利用人力控制索体均速下滑，遇索体卡住，需拨出索体，重新套孔钻进，高压风清孔后再下索。在编索到下索完成过程中，保证索体无扭曲、无损伤，无散乱和坚固牢靠。再检查索体的牢固实用性，把下好的索体拔出检查发现索体无任何变形，达到了持久耐用的效果。

4.3 锚固段注浆

注浆设备为挤压式灰浆泵，注浆用理论注浆量为依据，同时考虑岩层裂隙，利用双导线配万用表观察，当表显示注浆锚固段满了时，保压3 min，提高锚固段的密实性，保证锚固力，注浆压力0.3～0.5 MPa，浆材采用水泥砂浆，水灰比0.38∶1，砂浆强度M30，浆材加入0.2%的三乙醇早强减水剂。注浆完毕进行孔口钢套管安装导向管。钢套管1.2 m φ148 mm与锚垫板外锚头钢筋网垂直正交焊接。在浇筑砼前清除碎渣和不稳定岩块。并使孔口岩面基本垂直于孔轴线，垫座砼为正梯状(图2)。强度C30，配合比水泥∶细砂∶碎石∶水=1∶0.76∶3∶0.47。

图1 锚索结构图

图2 锚墩及钢垫板结构

5 张拉和锁定

5.1 张拉及锁定

(1)张拉设备：千斤顶、顶紧千斤顶RCM50，对锚索钢铰线逐根预紧，整体张拉千斤顶YCM650型，锚具OVM15-7型及锁片(三片式)。

(2)张拉前对千斤顶、油泵车进行配套标定，通过标定得出千斤顶张拉力与油压表读数的对应关系。预紧张拉进行锚板、夹片安装，以单根33 kN的荷载为标准由内向外，对称进行。预紧后夹片要平整，再对锚索分级张拉，整体张拉每级加荷完成后测量钢铰线伸长值并作好记录和理论伸长值比较，钢铰线理论伸长量：

△L=PL/SE

(1)

式(1)中：△L为钢铰线理论伸长量(mm)；P为压力表读数(kN);S为钢铰线截面积之和(mm2);L为张拉长度(m)；E为钢铰线弹性模量(kN/mm2)。

锁定后测回缩值。巫师附小边坡锚索设计有效吨位1000 kN，考虑被锚固岩体破碎和应力松驰，进行超张拉到1150 kN,并安装测力计进行监测，无异常，对张拉段进行封孔注浆，水灰比0.4∶1，灌浆压力0.2～0.3 MPa，待回浆后迸浆5 min充密张拉段。封孔注浆后将外留锚索预留100 mm，将多余的钢铰线用湿布加砂轮机切割，用C25细骨料砼将锚头密封保护。

5.2 锚固效果分析

综合张拉钢铰线伸长值，测力计监测成果，并对第一阶段的一排13束锚固效果进行分析。

经比较，实际伸长值与理论值吻合较好，全部误差率小于10%。60%的误差率在5%以内，说明锚索全部达到锚固力(表1)。

表1 锚索体张拉理论伸长值与实际伸长值对比

6 施工中出现的问题及解决措施

任何工程难免出现问题和事故，因此，正确解决问题、处理事故、提高工作效率并从实践中找到合适的技术方法很重要。

(1)卡钻。初期施工中，锚索孔S103钻进到14 m时，遇到裂缝带漏风，孔口返风很少，排渣困难，潜孔锤不下去，也退不回，只能缓慢旋转，分析原因认为是孔内残渣过多潜孔锤不能钻进，孔内漏风，加高风压没有作用，只有从外部入手，从空压机上另接一气管，接φ32 mm耐高温高压橡胶管伸向孔内，配合钻机工作，钻机采用低转数，高风量，风管接高压管辅助工作。结果发现排渣效果良好，潜孔锤恢复工作。

(2)原设计编索时将一次注浆管和充气管捆绑在索体外层。这样在穿索过程中易受磨损，将一次注浆管挤破，使一次注浆时，浆材不能到达孔底从而不能保证锚固段的有效锚固力。发现问题后，编索时增大对中支架内径，将一次注浆管绑在钢铰线内，安放架线环内、外编钢铰线，这样保证了注浆的有效性。

(3)下索时有的孔内有破碎带，容易卡住下不去，等钻机扫孔后再下，又有掉块卡住索体，如再扫孔往复几次影响锚索质量，我们在遇到这种问题时，下索体时打开空压机将气管接在一次注浆管上，利用高风压，辅助下索体，将碎块吹开，索体安然下放。