浅谈边坡锚固工程施工

冀丽丽

北运河新堤路路基工程施工主要以深挖高路堑为主,地质多为松散的弱风化岩层,节理很发育,不同程度的存在软弱夹层,边坡防护主要采用高强精轧螺纹钢锚杆及压力分散型锚索施工,以下就我在北运河新堤路工程的施工经验做简单介绍,可供参考。

1 钻孔

修好边坡后用全站仪精确放线,在边坡上标出锚孔的位置,确定无误后进行钻孔,孔位误差不得超过±2 cm,锚孔偏斜度不应超过5%,钻孔过程中需要搭设一个稳固安全的操作平台、钻机就位时利用地质罗盘对倾角和方位角进行校验无误后才能开始,钻杆与水平夹角为20°。钻孔机具采用宣化DQ-100D潜孔冲击式风动钻机,钻进采用无水干钻,以确保钻孔不至于恶化边坡岩土工程地质条件和孔壁的粘结性能。钻进达到设计深度之后,不能停钻,要稳钻1 min～2 min,确保孔底达到设计孔径。钻孔孔壁的沉渣及水体粘滞,使用高压空气(风压 0.2 MPa～0.4 MPa)将孔内岩粉及水体全部清除出孔外,以免降低水泥砂浆与孔壁岩土体的粘结强度。

2 锚杆(索)的制安

采用φ32热轧螺纹钢筋锚杆,为使锚杆在安装后处于钻孔中心,锚杆主筋每隔1.2 m设置中架或隔离架,相邻定位钢筋夹角为120°。在本标段的锚杆施工中,采用了双面焊接,焊接长度均达到5D以上,焊接时采用502系列电焊条,焊缝宽度、饱满度满足规范要求。根据设计图纸要求,本标段锚索材料采用压力分散型锚索φ15.24 mm,fpk=1 860 MPa的高强度、低松弛预应力无粘结钢绞线。预应力锚索在加工前要准备好锚索制作的场地,首先应平整、硬化出一块长度不小于30 m,宽度不小于2 m的场地进行下料、编索,以防止污染钢绞线。钢绞线的下料长度=锚索设计长度+锚索框梁厚度+张拉千斤顶长度+锚具厚度+张拉操作预留量。钢绞线采用机械切割,钢绞线按设计要求平直编排,沿锚索体轴线方向每1.5 m设置1个架线环,在锚固段范围内设置3个钢质承载体,承载体与锚索连接采用挤压簧、挤压套进行连接与锚固,最后将注浆管从中间穿过整个锚索。

3 锚孔灌注

根据设计要求,采用UBJ-1.8G型挤压式灰浆泵,最大注浆压力2.0 MPa,水泥砂浆要随拌随用,不得超过水泥的初凝时间。用浆采用孔底返浆法,注浆压力在0.6 MPa～1.0 MPa左右,注浆管从孔底缓慢抽出,当孔口出现溢浆并将压力保持在10 s以上,方可停止注浆。采用M30纯水泥浆液,水灰比为0.38～0.45,压浆所用的注浆管应与锚筋体牢固绑扎,保持通畅。注浆管头距锚筋体末端宜为5 cm～10 cm。浆体未达到设计强度70%时,不得在锚筋端悬挂重物或碰撞外锚头,达到设计强度80%时方可张拉。

4 张拉锁定封锚

当锚索体浆液凝期达到15 d(加早强剂)～20 d和锚梁混凝土强度大于设计强度80%后方可进行张拉。为使框梁受力均匀,锚孔张拉顺序宜在每个框梁单元对称张拉。张拉作业前必须对张拉机具和仪器进行标定、调校,并换算出相应拉力时的油表读数。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索体轴线在一条直线上,不得弯压或偏折锚头,确保承载均匀同轴,必要时用钢质垫片调,使其满足要求。为了使钢绞线受力均匀,在成束张拉之前,锚索体顺布平直。宜采用小千斤顶对钢绞线进行单根分别张拉,确保钢绞线平顺和均匀受力。随后应取0.1倍～0.2倍设计张拉力值对锚具进行1次～2次预张拉,确保锚固体各部分接触密贴,最后按设计锁定吨位张拉锁定。锚索张拉力为5级进行,即:设计张拉力的25%,50%,75%,100%,以及110%,除最后一级需要稳定20 min～30 min外,其余每一级需要稳定2 min～5 min以上,并分别记录各种情况(锚头位移、锚座变形、油表计数变化等)。锚索锁定后,做好记号,观察 3 d,没有异常情况即留长10 cm后用手提砂轮机切割多余钢绞线(严禁电弧烧割)。最后用水泥浆注满锚垫板及锚头各部分空隙,并按设计要求支模,用C25混凝土封锚处理。

锚筋锁定:锚筋张拉至设定最大张拉荷载值后,应持荷稳定10 min～15 min,然后卸荷进行锁定作业。锚索锁定采用QVM锚具、精轧螺纹钢锚杆采用配套的紧固螺栓及钢垫板进行锚固。

锚孔封锚:锚筋锁定后,采用机械切割余露锚筋,并应留长5 cm～10 cm外露锚筋。最后用水泥净浆注满锚垫板及锚头各部分空隙,并与锚梁采用同标号混凝土进行混凝土封头。

5 锚固工程的试验

1)基本试验。基本试验目的在于验证设计采用的工程锚索(杆)的性质和性能、施工工艺、设计质量、设计合理性、安全储备,锚索(杆)的抗拔拉承载能力、荷载—变形等问题,以及有关搬运、储存、安装和施工过程中抗物理破坏的能力。

基本试验首先把所有的锚筋一起拉至 A×fptk的0.1倍(A为锚筋的截面积;fptk为锚筋承载力标准值),使锚筋拉直,然后松开;随后再采用循环加荷,每级加荷增量宜取A×fptk的1/10倍～1/15倍。压力分散型锚索初始荷载为0.1×A×fptk+差异荷载。张拉按照以下步骤进行:

对于压力分散型锚索按照前述的差异荷载计算值进行张拉(计算采用的张拉力按照设计荷载进行计算),然后进行循环加载;对于锚杆直接进行循环加载。在每级加荷等级观测时间内,测读锚头位移不应少于3次。在每级加荷等级观测时间内,锚头位移量不大于0.1 mm时,可施加下一级荷载;否则需延长观测时间,直至锚头位移增量2.0 h小于2.0 mm时,方可施加下一级荷载。

当锚索(杆)试验中出现下列情况之一时可视为破坏,应终止加载:a.锚头位移不收敛,锚固体从岩土层中拔出或锚索(杆)从锚固体中拔出;b.后一级荷载产生的锚头位移增量超过前一级荷载产生位移增量的2倍;c.锚索(杆)材料拉断。

试验得出的锚索(杆)安全系数K0值由下式确定:K0=Ru/Nt。其中,Ru为锚索(杆)极限承载力,取破坏荷载的95%,在最大试验荷载下未达到规定的破坏标准时,极限承载力取最大试验荷载值;Nt为锚索(杆)设计荷载;K0为安全系数,K0＞2.0。

试验完成后,根据试验结果,绘制荷载—位移(Q—S)曲线、荷载—弹性位移(Q—S0)曲线,实际的试验数据编制试验报告。

2)验收试验。验收试验的目的是检验施工质量是否达到设计要求,也称现场验收试验或质量控制试验,它是针对所有工程锚索(杆)进行的;通过验收试验,可获知锚索(杆)受力大于设计荷载时的短期锚固性能,以及满足设计条件时锚索(杆)的安全系数。验收试验选取的锚索(杆)数量不少于每个边坡内各种类型工程锚索(杆)总数的5%,且不得少于3根。

验收试验同样为分级加荷,起始荷载宜为锚索(杆)设计荷载的30%,分级加荷值分别为设计荷载的0.5倍,0.75倍,1.0倍,1.2倍,1.33倍和1.5倍。对于压力分散型锚索,按照前述的差异荷载张拉补足差异荷载伸长量(张拉荷载)后同步张拉至锚索(杆)设计荷载的30%作为起始荷载。如果最大差异张拉荷载大于设计荷载的30%,则以最大差异张拉荷载作为起始荷载。

验收试验中,当荷载每增加一级,均应持荷稳定10 min,并记录位移读数。最后一级试验荷载也应维持10 min。如果在历时10 min内位移超过 1 mm,则该级荷载应再维持 50 min,并在15 min,20 min,25 min,30 min,45 min和50 min时记录其位移量。

在验收试验中,从50%设计荷载到最大试验荷载之间所测得的总位移量,应当超过该荷载范围内锚筋自由段长度预应力筋理论弹性伸长量的80%,且小于自由段与1/2锚固段长度之和的预应力筋的理论弹性伸长值。在最后一级荷载作用下的位移观测期内,锚头位移稳定,即在历时10 min内位移不应超过1 mm。

6 结语

高边坡锚固工程施工是一项地质条件变化复杂、关键工程隐蔽和施工技术难度较大的特殊施工作业,同时本路段首次应用压力分散型锚索先进技术,提高了山区高边坡的稳定性,对保证高速公路长期安全和正常运营有着积极的意义。

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