改扩建公路高边坡预应力锚索防护工程的质量控制与管理

(长汀县交通基本建设工程质量监督站，龙岩366300)

改扩建公路高边坡预应力锚索防护工程的质量控制与管理

■赖观明

(长汀县交通基本建设工程质量监督站，龙岩366300)

预应力锚索施工工艺复杂，且属于隐蔽工程，其施工质量成为山区改扩建公路高边坡防护工程中的重中之重。本文结合工程实例，从原材料、施工工艺、异常情况及地质缺陷处理等方面对预应力锚索质量控制与管理进行了详细的阐述，并对管理的有效性进行了讨论，为类似工程提供参考。

高边坡支护预应力锚索质量控制与管理

1 前言

目前采用的高边坡防护方法有抗滑桩、挡土墙、预应力锚索(杆)支护、柔性网防护等，从以往防护治理效果以及经济方面的比较，发现预应力锚索加固技术与其它土体加固技术相比，具有造价低廉、施工简单、加固效果显著和适用面广等优点，因而受到了国内外岩土加固界的极大关注，并已得到了广泛应用，此种结构体安全稳定，轻巧美观，综合造价及社会经济效益明显优于传统的重型支挡结构。但高边坡预应力锚索防护工程质量受各个施工工序的影响，要想达到预期的效果必须进行质量控制。

2 工程概况

某山区改扩建公路边坡上下高差近63.61m，长度约220m，共分6级边坡防护，每级8m，每级设一个2～4m宽的平台，平台内侧设侧沟。自下而上，第1级为护面墙，坡度1∶0.75；第2、4为预应力锚索框架梁，坡度1∶0.75、1∶1；第3、5为人字形骨架+培土植草，坡度为1∶1；第6级为喷播植草，坡度1∶1.25。

预应力锚索采用拉力型锚索，锚索水平间距3m，垂直间距3m，锚索长度为20m，锚固段长度为12m，锚固段必须进入碎块状强风化长石石英砂岩，锚固段设计张拉力600kN，锚固钻孔直径为130mm，锚杆倾角25°，锚索采用6束1×7-A15.24mm的无粘结钢绞线，抗拉强度1860MPa。

3 预应力锚索质量控制

3.1 原材料及设备

3.1.1 原材料

图1 典型断面设计图

(1)钢绞线采用天津同鑫晟共贸有限公司生产的1× 7-15.24-1860型无粘结钢绞线；

(2)锚具夹片采用柳州蓝桥预应力有限公司生产的OVM15-6型锚具；

(3)水泥采用江西瑞金万年青水泥有限责任公司生产的P.O 52.5型水泥；

(4)减水剂采用厦门宏发先科新型建材有限公司生产的HPCA-300聚羧酸高效减水剂。

所有进场的原材料按《福建省普通公路施工标准化指南》要求存储。下采用枕木支垫，离地面40cm,防潮防水；上采用彩条布覆盖，防风吹日晒而引起材料变质。

3.1.2 施工设备

锚孔钻机根据地质情况，选择相当功率的机型，并在施工试验孔时验证钻机的适用性；锚索张拉采用穿心式千斤顶，预紧和单根张拉千斤顶为YC25型，锚索整体张拉千斤顶为YCW型，张拉设备采用柳州建筑机械总厂产品。所用机械设备空压机、钻机、注浆机、千斤顶等必须具有出厂合格证，设备的日常维养，确保机械能正常运转。张拉设备必须送有质资的单位标定后方能使用。

3.2 检查验收程序

边坡施工工序为：边坡修整→孔位放样、支架搭设→钻孔、清孔→锚索的制作与安装→锚孔注浆→混凝土框架梁施工→预应力锚索张拉→锚索验收试验。

3.3 边坡修整

边坡开挖应按设计要求，分层分级开挖。在边坡上部进行开挖，清除表层的坍滑松散土体，减小松散土体对坡面产生的荷载，使边坡形成自然稳定状态。

3.4 孔位放样、支架搭设

根据图纸要求，在已经修整好的边坡上按设计要求对锚孔孔位放样，在放好的孔位上插上标杆。根据定位好的标杆搭设钻孔支架，支架的稳定性和承载力要满足钻孔施工的需求，考虑到支架稳定性、承载力和周转的要求，宜采用钢管脚手架。

3.5 钻孔、清孔

钻机采用无水干钻，严禁开水钻进，以保证孔壁的粘结力，防止恶化边坡岩土工程地质条件，减少塌孔情况。

钻孔要钻到比设计孔深多0.5m，钻到位后要及时进行清孔。清孔要使用0.2～0.4MPa的高压空气将孔内钻渣及土石粉全部清除出孔外，以提高水泥浆与孔壁的粘结强度。清孔后应尽快进行验孔，检查合格后及时进行锚索安装，等待锚索安装时间不宜太长。

3.6 锚索的制作和安装

锚索制作要选择合适的场地，既要有足够长度和相应宽度，又要方便于搬运安装，锚索制作场地要进行硬化。在编索前要确保每根钢绞线顺直、不扭不叉、排列均匀，对有死弯及机械损伤的应予以剔除报废，对护套有轻微破损的要用胶带进行修补，破损严重的要剔除报废。在进行边索时要注意承载板与限位片配套安装顺序，每隔1～1.5m设置一个架线环，固定好压浆管和导向帽。

3.7 锚孔注浆

钻孔完成后应不超过24h进行注浆，以防塌孔，注浆通过注浆管从孔底返浆，直至孔口溢出新鲜浆液，严禁抽拔注浆管或孔口直接灌浆。

3.8 砼框架梁施工

砼框架梁的施工采用普通的砼地梁施工方法，但要注意顶模分块的长度和封盖时间要方便于砼的振捣。

3.9 预应力锚索张拉

在注浆体与框架梁砼强度均达到设计强度80%以上时，方可进行张拉锁定作业。锚索正式张拉前，应取10%～20%的设计张拉荷载，对其预张拉1～2次，使其各部分接触紧密，钢绞线完全平直。

对于压力分散型锚索，因各单位锚索长度不同，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。

该工程锚索设计为三单元共六束，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如下：

(1)单根锚索张拉控制力，各单元锚索自由端长度分别为(设计张拉力需张拉至110%，为n单元的长度，每单元由两根锚索组成)，钢绞线弹性模量，单根钢绞线截面面积。

(2)各单元差异伸长量和差异荷载增量如下：

其中：L1，L2，L3——分别为第一、二、三单元锚索的长度，且L1＞L2＞L3；

ΔL1，ΔL2，ΔL3——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；

ΔL1-2，ΔL2-3——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；

σ——给定最终张拉(设计锁定)荷载作用下钢绞线束应力；

P——给定最终张拉(设计锁定)荷载作用下单根钢绞线束荷载；

A——单根钢绞线束的截面面积；

E——钢绞线的弹性模量；

ΔP1,ΔP2——分部差异张拉之第一、二步级张拉荷载增量[2]。

(3)张拉力与压力值的换算(见表1)。

表1 张拉千斤顶与油压表检测数据

根据千斤顶与油压表检测数据一次线性关系，可得其一次线性方程：

式中，y为压力表值(MPa);x为负荷(kN)。

锚索的预应力在补足差异荷载后分5级施加，即按设计荷载的25%，50%，75%，100%和110%。

表2 张拉力与压力表值换算

在张拉到最后一级荷载时，应持荷载稳定10～15min后卸荷锁定。锚索锁定后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。在张拉完成并检查无异常后，应将外露钢绞线切除，切割时应留3～5cm，将锚头清洗后用框架梁同标号的砼进行封锚。

3.10 锚索的验收试验

验收试验锚索的数量为总数量的5%，且不少于3索，最大试验荷载为设计轴向拉力值的1.5倍。

4 预应力锚索常见质量缺陷及预防措施

(1)正式施工前未施作基本试验孔，导致锚索张拉无法满足设计拉力。

预防措施：正式施工前应先施作基本试验孔，以复核设计地质与实际地质是否符合、锚索长度是否能满足设计拉力要求，试验结果及时反馈予设计单位，明确是否可正式施工。

(2)钻孔位置未准确定位，预应力锚索孔位偏差影响锚索下放及后续框架梁施工。

预防措施：①每次钻孔前须将钻机就位，钻机就位后需保持稳定，立轴角度正确；②钻进过程中经常采用水平尺测量主轴钻杆角度，确保立轴角度与锚孔角度一致。

(3)锚索锚固段未进入设计要求地层足够深度，导致锚固力无法满足设计要求。

预防措施：因边坡地质变化差异较大，锚孔钻造过程中因编制钻孔地层记录表，地质情况与设计不符时，及时反馈予设计单位，明确是否增加锚索长度，以保证锚固段入岩长度。

(4)锚索孔注浆未饱满。

预防措施：合理安排施工工序，确保钻孔完成后24小时内完成注浆，并注意检查孔口浆液是否回落，及时进行补浆。

(5)注浆过程中不按配合比制浆、注浆作业未连续进行，现场采用普通砂浆搅拌机随意拌制砂浆，水泥砂浆强度达不到要求，出现卡管及渗透导致锚孔内注浆体不密实。

预防措施：加强质量教育，严格按照配合比施工，采用智能压浆设备注浆；注浆可分两次进行，第一次可在锚索孔缺陷检测完成，锚索推送就位后进行。第二次注浆应在锚索张拉完成后进行，要求注浆到锚索孔返浆为止，保证自由段的注浆密实。

(6)锚索张拉过程中张拉段长度减小，张拉时钢绞线的实际伸长值小于理论计算值，张拉伸长值过小导致张拉力不够，造成边坡施加的预应力达不到要求。

预防措施：①在钻孔过程中通过注浆处理堵塞住串、漏浆的岩石裂隙通道，在锚索下入孔内之前对全孔进行一次注浆，直至孔内不存在较大的漏浆或串浆通道。②通过自由段注浆管检查锚固段是否已经注满浆液，当发现所灌浆液已经灌入自由段内时，通过自由段注浆管对自由段进行清洗。

(7)锚头混凝土强度不足，张拉过程中或张拉后混凝土锚头被压裂。

预防措施：锚头混凝土严格按照配合比施工保证混凝土强度，混凝土浇筑结束及时进行养护，在混凝土强度未到龄期时不能提前进行张拉。

(8)张拉过程中锚索位移过大，导致锚索失效。

预防措施：严格根据设计要求对锚索进行差异补偿张拉并分级稳定张拉，严格控制张拉时间。

5 结束语

某山区改扩建公路高边坡预应力锚索工程已完成，经过检测锚索长度、抗拔力及锁定力均满足设计要求，并顺利通过验收，经过多次强降雨天气，边坡未见变形迹象。本项目在施工过程中对各施工阶段质量进行严格控制，采取有针对性的预防措施，对预应力锚索施工质量进行了严密的管理，为类似工程提供参考。

[1]刘昕．预应力锚索技术在公路高边坡施工的应用．北京：交通建设与管理，2014，(9).

[2]华国辉，吴钰梁，张姗姗，包磊．高边坡预应力锚索防护工程施工与质量控制．湖北：土工基础，2013,27(2).

[3]彭灿华，熊波．无粘贴预应力锚索施工有关问题的分析及其处理．北京：中国房地产业，2011,(5).

[4]李小青，徐俊，张伟．预应力锚索在滑坡治理中的应用研究.湖北：华中科技大学学报，2004,21(4).