预应力中空注浆锚杆在桥台加固中的应用

骆美勇，汪 洋，袁新顺

(1.中交二航局建筑科技有限公司，武汉 430040；2.海工结构新材料及维护加固技术湖北省重点实验室，武汉 430040)

石板大桥位于重庆市九龙坡区S107渝东路，所在线路道路等级为二级公路，2018年，相关人员使用较为先进的探测仪器，按照技术标准规范，对该桥进行了检测，根据检测结果，最终将该桥评定为4类桥梁。根据检测报告资料，该桥台整体渗水现象比较严重，侧墙明显外鼓，并且开裂。严重影响桥梁使用功能。因此，需要通过合理的方式，对该桥进行有效的加固，以保障桥梁安全，延长其使用寿命。

根据2007桥台加固设计图纸，在桥台的前墙和侧墙处设置三道L型肋梁，肋梁上设置锚杆，每道肋梁在前墙和侧墙均设置4根锚杆，主要采用的是现阶段较为先进的迈式预应力中空注浆锚杆以及相关的配套设施，型号为R15N，锚杆采用锚固药包法对其进行锚固。该桥于2017年进行了定期检测，桥台竖向开裂，斜向开裂严重。检测单位对此出现的病害进行了原因分析，得出施工不规范、桥台内部积水、地基不均匀沉降等是造成桥台侧墙开裂的主要原因，此外，再加上长期的车辆通行导致荷载反复，由此加剧了裂缝的范围和深度。因此，原设计加固方案已不能满足桥台正常使用，需制定新的加固设计方案。

1 新设计方案

1.1 施工原则

鉴于该项目是抢险加固工程，确定施工原则为“短、平、快”。需精心组织，结合实际情况，精心施工，最大限度地保证施工的安全以及施工工程的质量水平[1]。

1.2 施工方案

针对桥台侧墙出现开裂情况，采用与原桥台相同的加固方式即框架锚索加固，结合桥台的实际情况，在其前墙以及侧墙部位，增设肋梁，形状为L型。同时，在增设的肋梁位置，设置锚杆。施工过程中，桥台锚杆加固工序，选择在台背注浆工序之后执行。

2 施工过程

2.1 原材料

1)锚杆相关的材料，所使用的是迈式预应力中空注浆锚杆以及相关的配套设备，型号为R51N。这一锚杆主要由五个核心部分组成[2]。第一部分为中空锚杆体，是其框架结构部分；第二部分是自进钻头，主要作用是固定；第三部分是连接套，主要作用是对锚杆的各个部位进行连接；第四部分是止浆塞，主要作用是用于控制注浆；第五部分是钢垫板和螺帽，主要作用是固定。本次所选择的锚杆，外部直径为51 mm，中空杆体的壁厚为9.5 mm。这一系统，可以借助于中空杆，实现浆料的高压灌注，并且借助于张拉，作用于岩体，产生预应力，支护后立即提供锚固力，使其能够紧密联结围岩，具有永久支护力[3]。

2)注浆浆液。注浆工作所选择的水泥砂浆型号为M30，水泥为硅酸盐水泥，执行标准级为P042.5级。其中，水、水泥以及砂三者之间的比例为0.45∶1∶1，灌注过程中，注浆压力为0.5～1 MPa[4]。

2.2 施工步骤及方法

首先进行定孔位及钻孔，根据图纸设计的位置，进行锚杆孔位置的测量和定点，按照从上至下的顺序，对桥台进行锚杆设置。前四行的锚杆当中，其锚固长度为10 m，锚杆长度为20 m，此外，还有10 m的自由长度。后三行的锚杆当中，其锚固长度、锚杆长度和自由长度有所变化，分别为10 m、16 m和6 m。根据图纸，进行水平布置，在确定好的定位孔位置，使用工程施工当中常用的潜水钻机，开展钻孔工作。

3 施工注意事项

3.1 锚杆施工

为最大限度地保障锚杆的持久性，需要使用水泥浆或者是砂浆，对全部的杆体进行包裹。在施工之前，应当结合具体情况，对锚杆进行试验，观察其在不同的岩石当中，完成包裹所需要的条件，以此来确定灌浆压力、工艺以及浆液配比等等[5]。

按照相关的技术要求，对锚杆进行施工的时候，除了遵循相应的操作规范外，还应当注意以下事项：

1)在设置锚杆之前，因为其为中空锚杆，因此，需要对其的钻杆通气性进行检验，同时观察其钻头情况，如果出现钻杆阻塞，需要及时处理。

2)在进行钻孔的时候，需要根据施工需要，确定好钻杆仰角角度，并随时矫正。

3)在插入锚杆的时候，要让其与锚孔无缝衔接，使用潜孔钻进行钻孔，需要先给空气或水，桥台钻进，为了防止钻头阻塞，应当缓慢转孔，多转少冲。仔细地观察钻孔过程中水的流出情况，如果出现水孔阻塞，应当对锚杆进行后撤处理，后撤范围在0.5 m左右。随后，进行扫孔，一直到其小孔通畅。

4)在钻孔达到设计深度的时候，需要使用水或空气，对钻孔进行清洗。观察钻头孔是否顺畅，随后将钻头卸下。

5)钻杆钻到预定位置后开始安装锚杆，用连接套将锚杆按设计长度进行连接、同时装上止浆塞和自进钻头，锚杆按设计要求外露，便于进行锚固张拉。

3.2 注浆范围

与传统固定工艺所使用的超前小导管不同，预应力中空注浆锚杆并未全身分布孔眼，而是仅在钻头的顶部，留有注浆孔，因此，在进行注浆的时候需要注意先从孔底开始，使其反流到孔眼，接着四周扩散，固结周围岩石，其结构如图1所示。

3.3 注浆施工

注浆前先检查各种连接件和输浆管并进行有浆调式。在注浆的时候，需要根据事先试验的结果，进行材料配比和初始以及中止压力确定。在注浆完成后，需要对注浆管进行清洗。注浆施工过程中，需要注意以下几个事项：

1)检查配备情况，包括注浆泵以及其相关的配件是否齐全，水泥浆或砂浆的配比、湿度、粒径等是否符合图纸设计以及施工的标准。

2)检查锚孔，使用水或空气，检查其是否通畅。

3)合理设计砂浆水灰比，保证其符合设计要求，并且从泵口所出来的砂浆必须要保证均匀。

4)做好注浆连接工程，在注浆的时候，需要以最快的速度，连接注浆管以及锚杆，然后持续灌注，依次完成。一直到浆液达到压力表设计值或者是从浆塞边缘流出为止。

5)注浆完成后，清理注浆工具，包括软管、泵等等，若此时注浆泵仍然有压力存在，需要反转电机1～2 s，进行泄压处理。

6)锚杆灌注需要注意时间，完成一根后，迅速清洗，然后进行另一根的灌注，防止长时间停泵。

7)浆液凝固前，不得破坏和敲击、荷载等等。

8)注浆前，需要对所有的注浆部位进行检查，观察其是否存在阻塞或是其它情况，由一名施工人员负责管理，试验人员和技术人员负责旁站，在注浆的时候，及时观察注浆是否存在异常，压力、孔周围等是否符合要求，并及时做好调整。

3.4 张拉施工

1)张拉时间。张拉时需要保证锚固体达到一定的强度，标准为：20 MPa或设计强度的80%。

2)张拉过程控制。主要采用分级张拉的方式，结束后持荷5 min，并做好相应的记录。施工中若发现后台土较差，应适当增大锚固长度，并提高钢筋和钢束等级和张拉力。

3)保护措施。所使用的锚杆应做好锚固段的除油除锈及自由端的防腐处理，并在搬运及安装过程中不得损伤。达到张拉控制力后，锚固并灌浆，使用C40混凝土进行封锚。

4 加固施工特点

1)具有锚固和注浆功能，改善了传统锚杆的砂浆流失缺陷。

2)从锚杆底部向孔口注浆，主要采用压力注浆，有效地提升了注浆质量，避免了注浆孔隙，高质量地固结岩体和土层，达到改良围岩，阻隔地下水的目的。

3)锚杆拥有多种配件，定位性能好，杆体的居中性优良，能够使用砂浆进行全包裹，避免辐射，增强粘结力。

4)采用全长微波形状螺纹杆体，可方便安设垫板、螺母，并可根据需用“主动”或“被动”地施加预应力。

5)拥有“连接套”，使得锚杆能够任意切割或者是增加接长，在比较狭小的空间也可适用。

6)工厂化生产，质量好。

5 加固施工效果

预应力中空锚杆可以有效地实现桥台岩石固定，通过预应力抬高岩体压力，避免其破坏，中空结构可以通过高压灌注，加固桥台围岩，并且还实现锚杆加固与圈梁的高效结合，对桥台侧墙出现的开裂和外倾进行了有力的保护，延长了使用寿命，提高结构的受力性能，恢复桥梁耐久性能及提升安全运营功能，同时也实现了加固的设计意图。

6 结 语

结合石板大桥的加固施工案例，通过对预应力中空注浆锚杆的特点以及其施工进行阐述，表明这类锚杆具备较大优势，所以目前被广泛的使用，无论是隧道超前支护、径向支护，还是桥梁加固等，都充分地发挥出其得天独厚的优势，具有较强的经济效益和社会效益。目前这类锚杆的施工需要较高的技术水平，通过工程实例简要说明了该方法的实际应用和施工特点，在桥台的加固应用较好地解决了桥台在软弱性围岩中的整体稳定性。