毕都十标预应力锚索井字梁施工原理及工法

摘要：文章以实际参与杭瑞高速毕都十标K166+140～K166+210段高边坡锚索井字梁施工中的技术工作为例，结合锚索井字梁加固边坡的原理，总结了一套适合高边坡锚索井字梁施工的方法，并对施工过程中的注意事项逐一进行论述。

关键词：高边坡；预应力；锚索；井字梁施工原理；边坡加固 文献标识码：A

中图分类号：TV551 文章编号：1009-2374（2015）17-0127-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.17.065

1 概述

进入21世纪，我国公路建设的重心开始转向云贵川山区，山区地形险要、地质复杂，涌现大量的高边坡，高边坡防护形式的更新和优化是保证边坡稳定的关键因素。本文结合预应力锚索井字梁施工工艺在杭瑞高速贵州境毕都十标高边坡路堑加固的应用，对其进行总结论证，特编写此工法，供同行在类似工程的施工中参考。

2 工程简介

浙江杭州至云南瑞丽高速公路贵州境内毕节至都格段是国家高速公路网第12横杭州至瑞丽高速公路在贵州境的重要组成部分，同时也是贵州省高速公路的重要组成部分，它贯通毕节至六盘水全线，并有互通连接织纳高速直通贵阳，大大缩短了毕节、六盘水地区与贵阳的行程时间。毕都十标位于六盘水市水城县董地乡与老鹰山境内，起止桩号为K161+300～K171+785，预应力锚索井字梁边坡防护位于K166+140～K166+210段左侧边坡，边坡共四级：第一级边坡设计井字梁7个，第二级边坡设计井字梁6个，第三级边坡设计井字梁4个，第四级边坡设计井字梁2个。断面图见图1：

3 工程特点

预应力锚索井字梁是利用锚索的主动拉应力，通过井字梁梁体对坡面的直接压力使潜在滑坡体稳定的一种主动防护形式，而其他传统防护是一种被动防护，相比较之下，锚索井字梁防护结构在技术质量方面明显优于传统的支护结构，且经济、美观，应用前景较广。

4 使用范围

本项目预应力锚索井字梁是用于在路基开挖后有潜在滑动面的坡面，土质为湿黏土，另外其还可适用于开挖后坡面为顺层、土石相间、岩层破碎等的坡面。

5 工艺原理

锚索井字梁加固法原理：边坡开挖破坏了山体原先的静态平衡，潜在的滑坡体在自重和外界环境的影响下可能会出现滑动，锚索井字梁的作用就是在潜在滑坡体面施加一个主动锚索拉力，使整个坡面处于一种新的静力平衡，从而稳定坡体。

5.1 锚索

锚索的作用原理可以简单地理解为螺栓作用，整条锚索就相当于螺杆，工作锚具就相当于螺帽，锚索的锚固段就相当于螺栓的螺丝段（受力段），扳手对螺帽的拧紧力就相当于张拉力，它们的作用效果就是利用拉应力紧紧地把两件受力体锚固在一起。锚索的拉力通过钢绞线传给锚固砂浆，利用砂浆和孔壁的摩擦力把拉应力传给孔壁和山体，从而把井字梁紧紧地拉贴在岩面上，达到主动防护的效果。

5.2 井字梁

井字梁的受力一般按纵梁和横梁之间为铰支连接的假设，纵横梁分开单独计算。张拉阶段，梁体主要受锚索的主动压力和土体的被动压力，稳定阶段主要受滑坡体的主动压力；张拉阶段锚索拉力沿着张拉点向梁体，梁体向四周土体分布，分布的应力和土体的滑动力在土体压缩稳定后达到平衡，边坡稳定。索的锚固力直接改变了滑面上的应力状态和滑动稳定条件。

6 施工工艺及重点工序

6.1 预应力锚索施工工艺流程

预应力锚索井字梁施工有四道主要工序：（1）锚索钻孔；（2）井字梁浇筑；（3）锚索张拉；（4）锚孔注浆。预应力锚索井字梁施工工艺流程图如图4所示：

6.2 操作要点

6.2.1 钻孔：

第一，锚孔测放。锚孔钻进前要检查坡面是否稳定，有无危石、松土，确保安全后再开工。根据实际开挖坡面情况和设计上各个锚孔的间距、井字梁的梁体间距进行锚孔布点，在用卷尺量测好距离后注上标记。局部坡面不便施工的可在设计同意后小范围调整锚孔位置。

第二，钻孔设备。为了保证钻孔质量和钻孔效率，一般采用潜孔冲击式钻机。钻杆长度一般1米或1.5米，根据锚孔深度施打锚杆的根数。

第三，钻机就位锚孔钻进施工。钻机平台必须牢靠，钻头直径、钻进角度均要符合设计要求，质检员要对此项工作做仔细检查与要求。

第四，钻进方式。钻孔要求风动钻进，禁止水冲钻进，防止水毁坏危险山体和保证孔壁的黏结性能。钻孔速度根据使用钻机性能和锚固地层严格控制，防止钻孔扭曲和变径。

第五，钻进过程。钻进过程中，技术人员必须做好钻孔记录，对出现的溶洞、涌水等不良地质现象及时向技术负责人报告，检查锚固深度是否达到设计要求，并留好渣样。

第六，孔径孔深。锚孔的孔径不能小于设计值，孔深一般大于设计值20厘米，锚固长度不足的申请变更加深直至达到锚固长度。

6.2.2 锚孔清理。在钻孔完成后，用空压机将孔内岩粉和积水全部清除出孔外，保证孔内清洁干燥。当孔内冒水较大时，必须采用压浆的方式堵水，然后重新钻孔。

6.2.3 锚孔检验。当工程师对锚孔直径、深度、倾斜角进行检查合格后才能穿索，这些指标均应符合设计和规范的要求。

6.2.4 锚索体制作及安装。锚索的设计长度是从钻孔孔口到孔底的长度，因此钢绞线下料长度除了锚索设计受力长度，还应包括千斤顶长度、锚头高度、工作锚和工具锚的厚度等。钢绞线每隔1～1.5米设置扩张环和紧箍环，保证锚索体保护层厚度和砂浆对钢绞线的包裹；锚索安装前要对钢绞线进行编号，保证钢绞线顺直、不交叉，并保持钢绞线的清洁；安装时必须使锚索插到孔底，保证锚索的锚固长度。

6.2.5 锚固注浆。本项目注浆采用M35水泥砂浆，砂浆的配合比应该经过试验室试验比选，选择合适的配合比。注浆压力在1.0MPa左右，当孔内浆液初凝后应及时进行二次注浆以保证注浆饱满。

6.2.6 锚索井字梁的制作及施工。为了确保钢绞线与梁体初支受压，梁体上的预埋钢板必须按照设计倾角预埋。井字梁为钢筋混凝土结构，混凝土设计标号为C30，浇筑前必须将锚具中的螺旋钢筋、锚垫板固定在井字梁钢筋上。

6.2.7 锚索张拉及锁定、封锚。孔内锚固段的砂浆和井字梁砼强度达到设计强度的70%后才能张拉锚索，张拉的千斤顶和油泵必须事先标定，使用配套产品。锚索张拉应逐级张拉，张拉值要达到总张拉力的110%，张拉过程中，现场技术人员应做好张拉力和张拉伸长量的记录，并计算实际伸长值和理论伸长值的误差。本项目张拉分为6级，各级张拉力分别为设计张拉力的25%倍数递增，每级张拉间隔2～5分钟，最后一级间隔30分钟。

6.3 质量标准

（1）锚索井字梁的钢筋、混凝土、钢绞线等原材料必须符合设计、规范要求，不能使用伪劣产品；（2）锚位点的间距必须符合设计要求，各方向容许误差为10毫米；（3）脚手架的搭设必须牢固、稳定，各种扣件、螺栓必须经质检工程师检查复核；（4）钻机的倾角误差不超过、方位角误差不超过；（5）锚索孔径容许误差为毫米；（6）锚孔清孔要做到孔底无沉渣、岩灰和积水；（7）锚索的每一束纲绞线的扩张环和紧箍环必须按照设计安装，钢绞线均匀排列、平直、不交叉并保持表面清洁；（8）锚索的下料长度要根据钻孔的实际深度来确定，其容许误差为±2厘米，同时要对锚索和锚孔进行编号，保证对号入座；（9）锚固段注浆时，水泥选用普通硅酸盐水泥，标号不能低于425，注浆的水泥砂浆强度必须达到设计要求，砂浆中可加适当量的膨胀剂，提高锚固质量。

6.4 施工中常见问题的预防及处理

对于塌孔、卡钻的处理：钻孔的过程中，遇见松散的岩层或是回填土时，可能会出现塌孔，塌孔的标志是吹出的渣样为原状块石、土样（非钻头撞击、磨碎的粉末），这时应该停止钻进，拔出钻具后对锚孔进行注浆，24小时后再继续钻进，如此循环直到穿越塌孔地层。卡钻后应该适当加大电压钻进，拔出钻头后对锚孔进行注浆，浆液凝固后再重新钻进。

7 材料与设备

锚索体一束由7根Φ15.2钢绞线组成。锚索材料选用高强度、低松弛预应力钢绞线，其抗拉强度标准值fpk=1860MPa，弹性模量Ep=1.95×105MPa，松弛率0.035，松弛系数0.3；锚具采用0VM15型。锚索单梁采用HPB235及HRB335级钢筋，浆液采用M35的水泥砂浆，井字架采用C30钢筋混凝土。

由于施工地点均较偏僻，交通不便，故要求设备的备件和备用品必须充分。根据现场情况选购的主要施工机具设备有：

第一，移动式钻孔设备：（1）BH-12/7空压机；（2）储气罐；（3）QZJ-100B潜孔式冲击钻机；（4）脚手架；（5）YCM-100-150型千斤顶；（6）YB4/500油泵。

第二，注浆设备：（1）100/15隔膜式单缸单作用往复泵或LB400×2螺杆泵注浆机；（2）400型砂轮切割机；（3）砂浆搅拌机；（4）电焊机；（5）正经过标定后的混凝土拌合设备。

8 安全措施

施工前要对参与预应力锚索框架梁的施工人员进行安全教育及安全技术交底：（1）对进场的材料钢绞线、锚具、水泥、钢筋等进行试验，不合格的产品不得使用；（2）上岗前要做好安全检查工作，执行领导带班制度；（3）对开挖的路基边坡进行修整使其符合设计坡面，并清除危石、松散土，使各种机械、机具处于安全状态时才可进行施工；电气设备应专人操作，实行一机一闸，电线使用三相五线制；（4）高空作业的工人必须系安全带和戴防滑手套，临边作业还应搭设安全扶手；（5）风动钻机管路必须连接牢固，避免飞出伤人；（6）张拉锚索时，锚索后面禁止站人，防止钢绞线飞出伤人；（7）边坡加固工程钻孔通常是在脚手架上作业的，边坡较高时应针对支架进行验算，保证支架的整体稳定性。

9 效益分析

本工艺在毕都高速公路毕都十标路堑边坡加固施工中取得了良好效果，其具有施工简便、防护质量可靠、进度快、结构新颖、造价低等优点，能取得可观的经济效益和社会效益。

参考文献

[1] 杭瑞高速毕节至都格公路BD-T10合同段两阶段施工图设计[S].

[2] 预应力混凝土用钢绞线（GB 5224）[S].

作者简介：唐云（1988-），男，中交一公局第四工程建设有限公司助理工程师。

（责任编辑：蒋建华）