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预应力锚索边坡防护加固施工质量控制

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2011年第O4期 总第154期 福 建 建 筑 N004・2011 Vol・154 Fuj ian Architecture&Construction 预应力锚索边坡防护加固施工质量控制 潘恩庭 (福}[1JlI达公路养护工程有限公司福建福州 350007) 摘要:预应力锚索施工的质量直接关系到边坡加固工程的效果;分析预应力锚索在边坡加固中的应用及施工过程中各工序工艺 的技术要点,把握锚索施工过程中各个环节的质量,以确保达到预期的锚固目的,达到一次根治,消除后患。 关键词:边坡加固 预应力锚索 施工技术 中图分类号:U213.1 58 文献标识码:B 文章编号:10¨O4—6135(2011)O4—0111--04 Quality control of prestressed anchor rope slope protection construction Pan Enting (Fuzhou highway maintenance engineering company limited Fuzhou 350007) Abstract:The quality of prestressed anchor cable construction is directly related tO the slope reinforcement engineering effect,an— alysed the prestressed anchor cable applied in slope reinforcement and in the process of construction on all kinds of working proce— dure and technique of technical points,hold the quality of all links in the process of anchor cable.To accomplish a expected purpose, achieve a radical,elimination in the future. Keywords:Slope reinforcement Prestressed anchor cable Construction technology 1概述 预应力锚索自70年代中期在我国开始使用以来,目前以 得到了广泛发展应用,工艺型式也在不断得到创新发展;预应 高10.5m,坡度1:1.25,采用浆砌片石网格骨架,坡面植草防 护,坡顶平台宽2m;第四级高4.4m,坡度1:1.25,采用浆砌 片石网格骨架,坡面植草防护,距坡顶边级2m处设有浆砌片 石截水沟,截水沟外侧为较平洼果园种植地。发现滑动体仅集 中在第二级边坡体,表面滑动层约2m厚,坡面体下部分渗水 较严重,坡体土质松软,第二级顶平台原浆砌铺砌大部分开裂 或勾缝脱落,易造成渗漏水.为充分考虑分析边坡体地质状 况,经对边坡体地质进行补充钻探,钻孔柱状图分析:山坡体约 土表至15.8m间为残积粘性土,层厚约15.8m;15.8~16.7m 间为砂土状强风化凝灰熔岩,层厚约0.9m;16.7~18.1m间为 碎块状强风化凝灰熔岩,层厚约1.4m;18.1~22.3m间为中风 化凝灰熔岩,层厚约4.2m以上。 2.2锚索加固选择 力锚索在边坡抗滑支护、防毁加固等领域发挥了可观的社会效 益和经济效益,越来越受到工程建设者的青睐;福建在近年来 的高速公路建设中,特别是在山区高速公路建设、养护防毁、水 毁修复中也得到了较好的发展应用,为确保高速公路“畅、安、 舒、美”的运营发挥了重要作用。 选择安全、合适的防护加固措施,提高防毁能力至关重要, 选择预应力锚索加固无疑是目前最可靠有效的方案之一。 2边坡锚索加固案例 2.1边坡地质状况 福建山区高速公路某路堑高边坡,2010年6月因连续强 降雨影响,山体吸水饱和,自重增加而失稳,造成边坡体表层土 体下滑水毁。经现场堪察原边坡防护情况:边坡高31.1m,分 四级,第一级高8.2m,坡度1:0.5,采用浆砌片石护面墙防 护,坡顶平台宽2--6m呈梯形状;第二级高8m,坡度1:1.5,采 用浆砌片石网格骨架,坡面植草防护,坡顶平台宽2m;第三级 根据现场堪察及地质补充钻探分析,决定对第二级滑动体 边坡采用预应力锚索地梁进行加固,预应力锚索为孔径  ̄p150mm,6束钢绞线锚索,上层锚索长30m,下层长28m,考虑 锚索锚固段进入中风化凝灰熔岩层不小于12m.地梁间距 5m,地梁间边坡体采用浆砌片石护面墙防护;考虑边坡体含水 量及坡脚渗水,在第二级及第一级坡脚以上im处按间距5m 作者简介:潘恩庭,男,1978年1月出生,本科,路桥工程师, 工程部主任。 增设平孔排水钻孔,孔深15m,为防止坡面平台渗水,对各级边 坡平台采用厚5cm的CZ5细石混凝土铺砌进行封闭导水,防 收稿日期:2011 o3—31 止雨水集积下渗。经2010年11月该工程施工完成,经多次观 测,目前边坡未再发生移动或渗水,边坡稳定。 2011年O4期总第154期 潘恩庭・预应力锚索边坡防护加固施工质量控制 ・112・ 2.3相关图片及图纸 3预应力锚索方案的选择 3.1方案选择的要素 预应力锚索方案的选择应根据具体的路基边坡地质条件, 应充分了解掌握边坡体的断层裂隙发育、岩层相对破碎状况、 岩面架空层、土岩石夹层、滑动面位置、滑坡体稳定性等地质土 质特征,因地制宜进行分析设计。要充分了解边坡体地质资 料,以作为预应力锚索的基础数据,那么首先就要对边坡体进 行足够的地质钻探,分析岩土结构、成分等物理力学性能并以 此为理论依据对预应力锚索的设置位置、范围、锚索深度、锚固 长度、锚索钢绞线规格、设计荷截、倾角等结构细节进行分析设 计,以方便指导施工,顺利起到有效的加固效果。 在采用预应力锚索方案进行边坡加固的时候还应综合考 虑边坡体的山体水系、坡面汇水等其他可能影响边坡稳定的因 素对边坡体配以其他防护措施。如边坡体内水系发达,坡面或 坡脚常有地下水流出,就应辅以平口钻孑L排水;若边坡面汇水 汇流面积较大,那么应充分考虑坡面的排水需求看采用锚索地 梁,还是采用锚索框架进行设计,同是对地梁间或框架梁间坡 面进行适当的植草或植灌木丛防护;当坡面有易受冲刷或坡体 土质较松软易渗水情况下应采取浆砌片石满铺防护,同时设置 相应的流水槽或检查踏步以利于引导坡面水流,并对边坡碎落 台进行防渗漏水处理。若在已出现滑动体的坡面进行预应力 锚索加固施工,还应充分考虑滑动体的稳定性,以及旅工过程 中对滑动体的稳定分析和监测,对滑动体的临时防护及施工秩 序进行科学合理的安排,避免造成施工过程中边坡失稳滑动加 大,影响施工安全。 3.2预应力锚索的构造 预应力锚索主要由:内锚固段、自由段、外锚固段三部分 组成。内锚固段一般指钢绞线嵌入岩层的段落,锚索的具体嵌 岩深度根据岩层结构、风化程度、设计荷载要求不同而易,内锚 固段的钢绞线为不外套塑料管或涂防腐材料的裸线,以达到与 水泥浆体、岩体的充分粘结锁固;内锚固段配有中架线器和注 浆导管套,并由导向帽等一起绑扎而成;导向帽设置于锚索的 最前端与锚索焊接,在进行锚索推入时起到导向,防止顶卡孔 的作用;中架线器对各锚绞线束起到均匀的布设于锚孔中,每 根钢绞线居于孔中间并相互留有一定间隙,保证钢绞线间有足 够均匀的砂浆握裹,三者粘结在一起共同提拱锚固段的锚力作 用;砂浆保护层对钢绞线也起到防腐、防锈的保护作用;注浆导 管套主要是防止注浆时砂浆压瘪注浆管,保证注浆管在注浆过 程中可以自由抽拔。自由段为采用每根钢绞线均外套有塑料 管或厂制的PE钢绞线的防腐型段落,钢绞线中每延米处设有 注浆管套,并用铁线绑扎牢固,一般处在边坡土体或破碎断层 岩体段;自由段钢绞线外套塑料管与砂浆隔离主要是保证张拉 时钢绞线的自由伸长和工作时应力的内部调解,避免应力局部 集中,同时也具有防腐作用。外锚固段一般指钢绞线与地梁或 框架梁混凝土相粘结,配有钢垫片和工作锚具的外部锚锭段 落;锚具由锚环和卡片组成,共同起到夹紧钢绞线,保证张拉后 的钢绞线应力不损失,使锚索处理正常的工作状态。 4预应力锚索施工技术要点 预应力锚索的施工质量直接关系到边坡加固工程的效果, 只有牢牢把握施工过程中各个环节的质量才能达到锚索预期 的目的,避免施工不当,给工程带来的极大隐患和事故的发生, 避免不良后果的发生,达到一次根治,不留后患。 4.1施工现场准备和放样 现场施工准备主要有锚索钻孔平台脚手架的搭设、安全防 护、制料场整理等。钻孔平台脚手架搭设一定要确保牢固、稳 定,避免在施工钻造时钻机晃动摇摆,造成锚孔偏位或造成机 械伤害。锚索加固一般设置在高边坡位置,地势一般较高较为 复杂,脚手架搭设的牢固性和做好防高处坠落等安全防护,确 保充足的作业平台空间至关重要。若是在已产生滑动的边坡 体上进行锚索施工,还应加强对边坡体的观测及相关配套防护 的进行,把握施工的先后顺序,避免大面积或基础长距离开龛 影响边坡进一步失稳,造成事故。在已经开通运营的道路边坡 2011年O4期总第154期 潘恩庭・预应力锚索边坡防护加固施工质量控制 ・113・ 进行防护锚索加固施工还应按相关规范做好交通安全布控,加 强设置警告提示标志,防止施工影响行车或行车对施工造成伤 害,在靠近行车的路侧施工还应注意做好锚孑L钻造时的防尘措 施,避免影响行车安全,造成不必要的损失。 锚索孑L位的放样准确性至关重要,放样时应采用钢制尺拉 线定位,对照公路里程桩号辅以经纬仪对锚孑L的空间位置进行 准确定位,用钢仟或油漆做好孔位标记,避免孑L位轴线偏差,既 影响锚索效果,又影响外观;孔位误差不得超过±5cm。 钻机应根据地质条件的不同选择相适宜的设备,通常有 100B型、5O型和3O型潜孔钻机;100B型钻机在岩体比较完整 或有破碎岩体但不致塌孑L的工程中较为常用,耗风量一般为 11~13m3/rain,当岩体较为破碎易造成塌孔时可选用5O型或 3O型钻机,采用麻花钻杆,以便排出碎块石。为确保锚孑L直 径,要求实际使用钻头直径不得小于设计孑L径。 制料场地要根据锚索设计长度有足够的制料摆放空间,场 地要求进行必要的硬化,做好备料及锚索制作过程中的防尘、 防泥土污染处理,同时做好相应的防雨遮棚,避免钢材锈蚀,同 时做好相应的材料标识。 4.2锚孑L钻造 将钻机架设在牢固的脚手架工作平台上,钻杆对准孔位, 钻具轴线倾角严格按锚孔设计倾角设置,误差孔轴线倾角 ±1。、孑L轴线方位±2。内,在钻进50cm时即应进行倾角和方位 校正;钻进过程要随时校对倾角和方位,当发生超过允许误差 范围时应停钻,退出钻杆灌浆处理后重新定位钻造。 钻孑L应用于钻,不得用水钻,避免水钻破坏或恶化原有岩 体结构,保证孔壁较好的粘结性能。钻进速度应根据不同的地 质条件地层分别进行把握,不宜开足全部马力猛钻,避免扭曲 或变径,或在塌孑L卡钻时能顺利退杆,防止意外事故发生。钻 进过程中对不同的地质结构层,钻进压力、速度状态、地下水位 或其他特殊情况要做好现场施工记录和分析。钻进过程中如 遇塌孔缩孑L等不良钻进现象,应立即停钻,采用跟管钻造或退 杆进行固壁灌浆处理(灌浆压力0.1~0.2MPa),在水泥砂浆 初凝后,重新扫孑L钻进。 达到钻孔设计深度时不能立即停钻,应继续钻进0.2m以 上,以保证足够的锚孔深度;达到要求后继续稳钻3 ̄5mim,防 止孑L底尖灭,达不到设计深度要求。钻孑L完成后应及时进行孑L 道清理,孔壁不得有沉渣或水体粘滞。一般采用高压空气,风 压在0.2~O.4Mpa左右将孔道内的岩粉尘及水体全部吹出, 以保证砂浆与岩壁体的粘结强度;除孔壁结构坚硬完整,且孔 道积粉较多外不得用高压水冲洗。当孔道内有承压水时,应待 水压或水量减少时才能进行安筋或注浆,必要时应考虑在周边 进行平口钻孔排水处理疏通孔道内积水;若设计要求处理孔道 内积聚水体,一般采用灌浆封堵后二次钻进方法处理。 4.3锚筋制作 锚筋制作应严格按设计要求,选择合格及相应规格材质的 材料进行准确下料;钢绞线长度按设计长度+40cm左右下料, 每束钢绞线的长度误差不得超过5cm,确保足够的长度。钢绞 线应用切割机锯断,不得使用电弧或乙炔焰切割,以免造成钢 绞线高温加热而改变了钢筋的物理力学性能。所选用的钢筋 应事先做好除锈除污,钢绞线制作应在专用的工作平台上进 行,避免编束后的钢绞线生锈、污染或扭曲变形。 锚索编束时将钢绞线和注浆管平行摊在工作平台上,并做 好相应的颜色或编号标记区别;将钢绞线和注浆管用中架线器 隔离捆扎成柬,要求钢绞线相互平行,不交叉、不缠绕;锚固段 按每延米间隔设置一个中架线器、一个注浆导管套交替布放, 自由段按每延米间隔设一个注浆导管套进行捆扎,导向帽在锚 索最前端承载板上,并留有溢浆孔,保证孑L底返浆。锚固段钢 绞线为裸线,仅进行除锈,不涂防腐油,保持干燥,其与自由段 钢绞线的塑料保护管交界口处应缠上胶布或不干胶带。 要求组装好的锚索整体性完好,无伤痕、扭典断丝,无错 位、无油污;同时做好孔位号标记,以便安装时对号取材;统一 摆放顺直整齐,并做好防晒、防雨等防护措施。 4.4锚索推送安装 锚索体经检验合格后,方可运输至相应孔位进行安装。水 平运输时,各支点间距不小于2m,且转弯半径不宜太小;垂直 运输时,除主吊点处,其它吊点应使锚索体快速安全脱钩。锚 索安装时,数人统一口令同时向孔内推送,锚索体推送安装时 应按设计倾角和方位平顺推进,严禁抖动、扭转和串动,防止中 途散束和卡阻。推送到位的锚索应保证达到设计的长度,并预 留有足够的张拉工作长度,安装完成后,不得随意敲击锚筋或 悬挂重物或造成污染。 4.5锚孑L注浆 一般在锚孔钻造完成24h内即完成锚索安装和注浆。注 浆材料应根据试验合格的配比备料,水泥采用425#普通硅酸 盐水泥,砂采用通过5*5mm筛孑L的中细砂,水选用干净的饮 用水,水灰比一般按0.4~O.5控制,注浆浆液应严格按照配合 比搅拌均匀,随拌随用,浆体强度不低于40MPa。 锚索孔注浆一般采用挤压式或活塞式注浆机,注浆压力一 般为2.0MPa左右的孔底返浆法注浆,直至孔口溢出新鲜浆 液,严禁抽拨注浆管或孑L口注浆;如发现孑L口浆面回落,应在 3O分钟内进行孑L底压注补浆2~3次,确保孔口浆体充满。在 注浆作业开始和中途停止较长时间再作业时,应用水或水泥稀 浆润滑注浆泵及注浆管路。注浆过程应认真做好现场施工注 浆记录,每批次注浆都应进行浆体强度试验,试件不得小于两 组。 锚固段遇土质或砂土状强风化岩层且富水时应采用二次 高压劈裂注浆法来提高地层锚固力。当采用二次劈裂注浆提 高地层锚固力时,以浆体强度控制开始劈注时间(一次注浆体 2011年O4期总第154期 潘恩庭・预应力锚索边坡防护加固施工质量控制 ・114・ 强度为5MPa),需在二次注浆管的锚固段内设花孑L和塞,二次 注浆的高压注浆管应采用镀锌铁管或钢管。 4.6浇筑钢筋混凝土地梁或框架梁 钢筋混凝土地梁构件施工应先在边坡面上挖槽,要求槽底 平顺,尺寸、坡度应符合设计要求。当遇坡面体较为松软的土 质时,应先挖除松散土体,进行回夯或浆砌片石回填,回填锚索 孔位周边时应注意保持锚索轴线位置不偏移,不得损坏锚索 体。槽底应先用水泥砂浆找平,然后按设计的钢筋图编筋,钢 其中:L L2 一分别为第一、二、三单元锚索的长度,且Lr >L2>L3; △L ,△L2,△b一各单元锚索在给定最终张拉(设计锁 定)荷载作用下的伸长量; △L 一z,△L2一。一各单元锚索在给定最终张拉(设计锁定) 荷载作用下的差异伸长量; 一给定最终张拉(设计锁定)荷载作用下钢绞线柬应力; P一给定最终张拉(设计锁定)荷载作用下单根钢绞线束 荷载; A一单根钢绞线束的截面面积; 筋网底部应有砂浆块垫起,留有足够的钢筋保护层,编完钢筋 经检查合格后即支模板,在模板的内侧要垫上砂浆垫块,留出 钢筋保护层。穿过钢筋网套上钢锚垫板,并与锚索相垂直,锚 索应保持顺直,轴线不偏位,将调整后的钢锚垫板焊在钢筋上; 混凝土浇筑前应将锚索套上定位器,定位器的孔位与锚环孔位 相同,以确保钢绞线的位置正确,为预应力张拉创造条件。 所浇筑混凝土的标号应与设计的标号一至,并及时取样做 好试验报告;浇筑时要把握好混凝土的振捣关;不能漏捣,造成 梁体混凝土不密实、空洞、蜂窝麻面;同时也不能振捣过度,造 成混凝土离析,梁体骨料组成不均匀影响混凝土强度。混凝土 浇筑后应做好保湿养护,及时覆盖薄膜或土工布保水养生,一 般要养护7天以上,防止混凝土开裂。 4.7锚索预应力张拉和锁定 在注浆浆体与地梁台座混凝土强度达到设计强度8O 以 上时,方可进行张拉锁定作业。锚斜托台座的承压面应平整, 并与锚筋的轴线方向垂直。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筋体同轴一线,确保承载均匀。 锚筋张拉必须采用专用设备,一般采用YI ̄2400Q型和 YDC1500N或YDC2500N型千斤顶,配ZB4--500型超高压电 动油泵;设备在张拉作业前应进行标定,锚具、夹片等检验合格 后方可使用。 锚索正式张拉前,应取10 ̄20 的设计张拉荷载,对其预 张拉l~2次,使其各部位接触紧密,钢绞线完全平直。对于压 力分散型锚索,因各单元锚索长度不同,张拉应注意严格按设 计次序分单元采用差异分步张拉,根据设计荷载和锚筋长度计 算确定差异荷载,并根据计算的差异荷载进行分单元张拉。压 力分散型锚索各单元差异伸长量和差异荷载增量计算公式(以 三单元共六束压力分散型锚索为例)如下。 差异伸长量: △L1—2:△Ll一/kL2,△L2~3一△L2一△Ls △L1一鼍L-,△L2=詈L2,△k一号L3 P 差异荷载增量: ^T AP1=EA ×2 1 1 △P2一(EA全 +EA )×2 E-一钢绞线的弹性模量; △P ,△P2一分步差异张拉之第一、二步级张拉荷载增 量。 锚索的预应力在补足差异荷载后分5级按有关规范或规 定旌加,即设计荷载的25 ,50 ,75 ,lOO 和110 。在张 平最后一级荷载时,应持荷稳定10 ̄1 5min后卸荷锁定。锚索 定后48h内,若发现明显的预应力损失现象,则应及时进行补 偿张拉。 4.8外锚具保护及封锚 t 预应力锚索为永久受力构件,在张拉后割除多余锚索,一 般留8~10cm并及时对锚头进行补浆和封锚。对于锚具和锚 梁等空隙的补浆应作为锚头防腐的一项关键工序认真进行,补 浆管应插入锚梁底面以下进行近式补充注浆,直至补浆孔溢浆 为止;对锚垫片锚具和外锚头要做好防锈和防腐处理,一旦失 效就会前功尽弃,故对外锚头要加以保护,防止产生锈蚀或被 破坏,一般采用C20细石混凝土进行浇筑封闭。 5结束语 预应力锚索的施工质量直接关系锚索的工程效果,施工前 一定要做好技术交底,施工中人员分工明确,统一指挥,保持机 具设备良好的工作性能,严格把握各工序的工艺要求,按规范 施工,对各工序做到勤记录、勤分析,及时纠偏等才能把握好整 体施工质量。锚索加固边坡故然能起到很好的加固防护作用, 确保边坡的稳定;但为确实做边坡体,特别是坡面的防护,建议 在做好锚索加固的同时做好坡面及碎落台防渗水处理。目前 已较为习惯使用的公路碎落台平台向内倾,通过理论纵坡排 水,经过近年来的养护观察认为在降雨丰富的福建地区较为不 适用;许多平台因施工时纵坡不顺或积砂土或平台砌体老化脱 落凹陷等,常造成雨水下渗冲蚀边坡体而发生水毁灾害;建议 在今后的建设施工中将碎落平台改为向外倾通过坡面流水导 槽排水,以减少养护运营中的防毁压力,确保道路长期稳定、畅 通。 参考文献  ̄I]DL/T 5083—2004,水电水利工程预应力锚索施工规 范[S]. 

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