公路施工中高边坡预应力锚索施工技术研究

2022-09-28郑开涌

运输经理世界 2022年24期

郑开涌

（上饶市广信公路事业发展中心，江西上饶 334000）

0 引言

在公路施工中，尤其是在山区公路施工中，经常遇到高边坡，需要采用合理有效的高边坡防护技术。预应力锚索施工技术凭借出色的防护效果在公路高边坡防护中得到了广泛应用，但作为一项复杂的高边坡防护技术，为了发挥理想的作用效果，有必要结合工程实际情况，对其应用进行深入分析和探讨，以此明确具体的施工工艺。

1 工程概况

某公路工程标段总长约10.58km，沿线以低山地貌为主，相对高差可以达到75～150m，导致路堑边坡高度较大，沿线内高度最大的路堑边坡可以达到58m左右。大部分边坡都有四级及以上坡面，根据边坡地形、地质条件设计采用预应力锚索施工技术进行边坡防护，是整个沿线施工中的重难点所在。该标段边坡防护所用的锚索以压力分散型为主，包含三个单元锚索，锚孔的设计孔径为150mm。

2 施工工艺

2.1 施工工艺流程

该标段高边坡预应力锚索施工需按照以下施工工艺流程进行：基本试验—监理与设计验证，当不满足设计要求时需进行设计变更，满足设计要求时方可开始下一步施工—锚孔施工—锚索制安—锚索长度检测—锚孔注浆—框架梁施工—锚索验收试验—锚索张拉—切割封锚—高边坡监测。

2.2 施工工艺方法

2.2.1 锚孔施工

在锚孔放样过程中，需根据施工设计图做好定位，边坡表面的孔位偏差不能超出±50mm。当刷方坡面未能达到平顺或存在特殊场地条件时，需要在得到设计与监理部门的认可，且不影响坡体稳定性与结构安全性的基础上，对定位精度予以适当放宽，或对锚孔定位进行调整。锚孔钻进施工完成后，理论上要采用压缩气体清理锚孔中的岩粉与水体，以防对孔壁和砂浆之间的黏结造成不利影响。除了完整且坚硬的岩体不可使用高压水冲洗。当锚孔中存在承压水时，在水压和水量都明显变小后，才能开始锚索安装及注浆，并在必要的情况下于周围适当位置增设排水孔。当设计要求对孔中积聚的水体进行处理时，可通过二次钻进与灌浆封堵处理[1]。钻孔时，可能发生地层裂隙的现象，对此要增加清孔次数，保证锚孔干净，以免对注浆后的锚固能力造成不利影响。

2.2.2 锚索制安

在锚索编束开始前，应确保所有钢绞线顺直，没有扭曲与交叉的情况。钢绞线下料应严格按照设计要求进行，将每股长度的误差控制在±50mm 以内。对钢绞线进行切割时，需采用专门的机械，不可采用电弧切割方法。对于自由段长度，除了符合设计要求，还要充分考虑现场的施工要求及现有的张拉设备，通常将预留张拉长度控制在1.0～1.5m 范围内。锚固段承载体和挤压套通过对拉栓接相连，对每个钢质材料的外部都要做好防锈处理。在施工过程中，应对挤压套所用的挤压工艺予以严格控制，同时按总量的3%实施抽样检测，以保证每根锚索的挤压强度都达到200kN 以上[2]。在自由段和锚固段均需按照1.0m 的间隔距离设置架线环，材料强度应略大于浆液的强度。在锚索的底端还应连接并安装导向帽，尺寸按照设计要求确定，将误差控制在±5mm 以内。使用铁丝将锚索绑扎到位，不可焊接。注浆管的强度要符合设计要求，确保注浆顺利完成，防止破损、堵塞或发生爆管。通常将注浆管固定在锚筋体中轴处，顶端与锚索体末端之间的距离控制在50～100mm。如果需要进行二次注浆，应另外设置注浆管。在管口处，使用胶布进行封堵，同时根据设计要求设置好孔眼，并在合适位置放置止浆装置。将锚索体制作好以后，应立即开始外观检验，检查锚索体的每个部件。锚索编束绑扎和排列分布必须满足设计要求，不能存在扭曲、交叉和相互贴接，为每根单元锚索分别编号挂牌，确保之后的分步差异张拉得以顺利完成。在正式安装锚索体之前，应先准确量测并记录锚索的实际长度，确认是否达到设计要求，计算验收合格率。在锚索入孔过程中，应做到平顺推送，不可抖动或发生扭转，以免中途散束或发生卡阻。将锚索安装到位后，不可敲击和悬挂任何重物。

2.2.3 锚索长度检测

为了使锚索质量达到要求，需成立专门的检测小组负责检测并验收锚索的实际长度与抗拔力。将锚索安装到位后，必须在张拉开始前做好长度检测。在长度检测过程中，可将单级坡面或其所有锚孔作为一个标准检测批次，将该批次所有锚孔的锚索均安装到位后，填写并上交长度检测申请，同时附带立面图与断面图。在检测小组的工作人员接收到申请之后，需要在10d 之内到达施工现场，按照要求的频率开始检测（长度检测的数量通常为总数的5%）[3]。在检测过程中，各参与方的代表必须在场。长度检测完成前，不可开始锚头张拉。

2.2.4 锚孔注浆

锚孔注浆的材料与水泥净浆为主，强度需达到40MPa 以上。在注浆施工开始前，要对原材料的质量做严格控制，包括水泥与各类外加剂。在制浆过程中，做好水灰比的控制，使注浆完成后达到要求的浆液强度，避免原材料问题对锚固力造成影响。浆液搅拌必须严格按照设计的配合比进行，并做到随拌随用。浆液尽量在达到初凝之前使用完毕，避免浆液中混入其他杂物。锚孔注浆的方法以孔底返浆为宜，注浆结束的标准为孔口溢出稠度与原浆相同的浆液。当孔口处的浆液面发生回落时，需要在30min 之内完成补浆，直到孔口处的浆液达到饱满。当注浆中途停止时，需要在重新作业开始前，用水或浆液对注浆泵及其管路进行润滑。注浆时做好各项记录，所有批次的浆液都要经过试验确定强度能否达到要求，试验组数应达到两组以上[4]。

锚孔注浆时，如果地层有裂隙存在，需要在压浆时做好浆液的饱满度检测及控制，通过适当补浆，避免浆液通过裂隙大量流失，对压浆完成后的饱满度和强度造成不利影响。

2.2.5 锚索验收试验与锚索张拉

待锚孔中的浆液龄期达到28d，同时框架梁施工结束，混凝土的实际强度不低于设计要求后，方可开始对锚索的抗拔力实施验收试验。由监理单位完成一个批次的试验验收并确认达到合格标准后，填写抽检申请，同时附带立面图与断面图。在检测小组的工作人员接收申请后，需要在3d 以内到达施工现场，按照要求的频率进行抽检。在验收试验过程中要分级加荷，将锚索设计荷载的30%作为起始荷载，然后按照设计荷载的50%、75%、100%、120%、133%与150%进行分级加荷，对于最大试验荷载，按照锚索自身承载力标准值的80%控制。考虑到该工程所用锚索主要为压力分散型，故以设计最大试验张拉荷载计算补足差异伸长量后同步张拉到锚索设计荷载的30%作为起始荷载。若最大差异张拉荷载比设计荷载的30%略大，则可直接将最大差异张拉荷载作为起始荷载。在实际验收试验过程中，每增加一级分级荷载，都要持荷至少10min，并对位移读数进行记录。若在持荷过程中位移达到1mm 以上，则需要继续持荷50min，同时按照5min 的时间间隔对位移量进行记录[5]。试验时，荷载从设计值的50%增加至最大值的过程中，发生的总位移量需要超过自由段理论弹性伸长量的80%，同时不能超过自由段和锚固段长度一半之和的理论弹性伸长量。

考虑到该工程所用锚索以压力分散型为主，故锚固段的伸长量可视为0，而自由段的伸长量可针对不同单元根据实际全长通过计算得出。根据相关工程实践可知，对土质地层而言，锚孔可能发生轴向压缩与孔壁剪切变形现象，所以实测位移的最大值通常比理论值大5%～10%。当试验结果符合以下要求时，视为合格：受最后一级荷载持续作用后，锚头位移保持稳定，在持荷时间内实际观测位移量在1mm 以内，或在2h 内蠕变量不超过2mm。当试验发现有一处锚孔的锚索无法达到以上要求时，则需要进行增加抽样检测，直到所有参与验收的锚索均符合以上要求。在发现锚索未能达到要求后，应立即上报，并结合实际情况，通过调查确定导致锚索不合格的具体原因。随即采取以下措施进行处理：直接报废或重新进行安装；减小锚固力后继续使用；实施补救性张拉。在验收试验完成且满足以上各项要求后，即可按照相关设计要求开始张拉锁定与封锚。

锚索张拉需要在锚孔浆液龄期达到28d，且锚墩实际强度不低于设计要求的80%后开始。对于参与试验验收的锚索，需要在荷载降低到0 以后才能进行张拉锁定。张拉开始前要委托相关部门对张拉机具进行检查标定，并对张拉数据进行严格的换算，为现场张拉施工提供指导。在张拉过程中，台座表面应保持平整，如果不平整，要在张拉前进行适当的凿磨处理，同时和锚筋轴线方向保持垂直。对锚具的安装要和锚垫板及千斤顶达到密贴对中，其轴线要和锚索体的轴线处于同一条直线，防止弯压或偏折，保证承载均匀，以免在张拉时导致锚索被折断。对于工程孔锚索，在张拉开始前需做好差异荷载计算，按照设计张拉荷载值的10%～20%预先进行适当张拉，促使各部位之间的接触达到紧密，并确保钢绞线完全平直。预张拉完成后方可开始差异张拉。对锚索施加的预应力需要将差异荷载完全补足之后严格按照相关规范的要求分级施加。该工程共分成五级施加，分别为设计荷载值的25%、设计荷载值的50%、设计荷载值的75%、设计荷载值的100% 与设计荷载值的110%。采用最后一级荷载进行张拉时，要持荷适当的时间，然后进行卸荷锁定[6]。在完成锁定之后的48h 内，如果发现预应力损失，应立即开始补偿张拉。张拉时做好各项记录，当发现锚固力较低或锚筋被拉断时，应立即上报各参与方，及时采取针对性的措施加以处理，保证最终的锚固效果。

2.2.6 切割封锚

将锚索张拉到位后，应立即对锚头进行必要的补浆与封锚处理。在完成锚索的张拉与锁定之后，需利用机械对外露的锚索进行切割。此时要注意不可采用电弧切割的方法，同时要预留适当的外露长度，以免发生拽滑。在外锚头处要使用标号和锚梁相同的混凝土制作封头，防止发生锈蚀破坏。认真做好空隙处的补浆，这是锚头防腐的重要工序，必须引起相关人员的高度重视。对于锚筋直接外露的部分，需要在做好除锈后进行封锚[7]。

2.2.7 高边坡监测

边坡施工过程中的监测以地表位移监测为主，在必要的情况下可进行深孔位移监测。根据坡体变形数据对设计做必要的修正，并为现场施工提供正确的指导，保证施工安全，同时辅以检验工程效果。运营过程中的监测包括地表位移、地下位移、地下水位和锚索预应力，监测周期一般为从坡体开挖到建成运营之后2 年以上。对于复杂程度较高的高边坡，要根据坡体变形情况适当延长。施工过程中的监测频率为：地表位移监测每周进行2～3 次，当有明显变形时每天进行1 次，当变形较为剧烈时继续加密监测；地下位移监测每月进行1～2 次，当有明显变形时每周进行1～2 次，当变形较为剧烈时每天进行1 次；锚索预应力监测需要在张拉锁定完成后的前两个月每周进行1 次，之后每月进行2～3 次。运营过程中的监测频率为：理论上每月进行1 次，当遇到明显变形或连续强降雨等情况时，要对监测进行适当加密。在稳定性相对较差的部位，需要对锚索、锚头辅以液态防腐，并做好预应力实时监测，结合预应力损失状况实施二次张拉。在深孔位移监测的过程中，监测断面布置要严格按照边坡高度、长度和岩土体状况进行。在每个断面上都要有2～3 孔，具体孔数根据实际情况确定和适当调整，孔深则根据边坡高度与地质状况确定，一般要达到15～40m，进入稳定地层至少2m。