高速铁路路基防护工程预应力锚索施工拉拔试验

（中交四航局第一工程有限公司，广东广州 510310）

1 工程概况

云桂铁路云南段YGT-3标段正线起讫点桩号为DK407+070～DK473+300，线路长度为64.571 km（短链1.659 km），该工程标段隧道共22座38 443 m；正线桥梁共27座7 986 m，正线桥隧比重为71.9%。

标段沿线地质构造复杂，岩体破碎，不良地质发育，主要不良地质有滑坡、岩堆、危岩落石、岩溶、人为坑洞、顺层、断层及大变形等。因此，设计土质、软质岩、节理裂隙发育的硬质岩路堑边坡防护需施作锚索框架梁。

2 极限抗拔试验的目的

（1）明确施工边坡处地层中锚索的安全系数、极限承载力。

（2）揭示施工部位的地层条件存在影响锚索锚固力的各类因素、影响程度。

（3）对每个部位施工锚索工程的施工工艺进行检验。

（4）核对工程设计的参数，为后期锚固工程施工的动态设计提供相关的参考数据，保障锚固工程的设计合理、施工安全、经济成本。

3 试验方案

（1）试验地点：根据地质情况，结合现场实际情况，所选试验地点与主体边仰坡地质情况基本相符。

（2）试验锚索参数：根据设计及地质情况，试验锚索选锚固长2.5 m，锚索自由段长4.0 m，锚索下料长8 m，索体倾角水平向下15°，锚索试验根数6根。

（3）试验设备：本次试验采用YQC150C-200型穿心式千斤顶、xy-2pc地质钻机、ZB4-500型高压电动油泵、对应标定的油压表，使用游标卡尺、直尺测量锚索位移。

（4）试验荷载：试验最大荷载取锚杆杆体承载力标准值的0.8倍（1 041.6 kN）。张拉试验采用循环加、卸载法，整体张拉。

4 试验工序

试验施工工序：钻孔→清孔→锚索制作→锚索安装→注浆→锚垫板安装→锚索张拉→数据采集、记录→数据分析→结论[1]。

4.1 钻孔

根据选定试验锚索点确定锚孔位置，准确安装固定钻机，钻孔采用冲击式钻机干钻。锚孔直径为130 mm，深度不小于6.7 m。

4.2 清孔

成孔后，采用高压风吹清孔，确保孔内无尘渣、积水。

4.3 制索

截取5束8 m钢绞线，锚索头部使用Ф42铁管制作60°导向锥，在锚索的锚固段每间隔1 m设置1个护中环，加工材料采用聚乙烯塑料板，厚20 mm，每个扩张环中间锚索采用细铁丝绑扎；锚索自由端的每根钢绞线均穿套1根Ф20～22 mm规格的PVC塑料保护管，在保护管两端10～20 cm范围内注满黄油，再采用工程胶布外绕封闭固定。

4.4 锚索安装

采用人工下锚体的方式，将锚索插入锚孔内，距离孔底0.2 m居中安放，在锚孔外预留钢绞线长1.5 m。

4.5 锚索注浆

锚索注浆采用M40水泥砂浆（锚杆M35水泥砂浆），注浆采用一次孔底返浆法，注浆密实饱满。

4.6 锚垫板安装

待注浆完成后，对锚孔周边50 cm内的岩面延坡面进行找平，安装2块400 mm×400 mm×20 mm割孔钢板充当锚垫板，垫板使用锚筋支撑加固，确保垫板紧贴岩面，且钢绞线沿垫板中心伸出。

4.7 锚索张拉

张拉前进行锚具安装，将锁具锁上，人力使用工作锚将锁片压紧，对坡体和张拉前方采取临时性的安全防护。

待锚孔注浆达到设计强度的70%后进行张拉试验。张拉机具在张拉施工前须进行标定，防止产生应力误差，本工程锚索拉拔试验分为6次3级进行。锚索在张拉过程中，逐级加载，每级加载为循环荷载，预估最大试验荷载取杆体承载力的0.8倍，约1 302 kN。先对锚索施加一个初始的荷载，确定锚头位移的初始读数并记录。待张拉施加到第一级的荷载时，记录锚头的位移值，再卸载到初始荷载并记录位移值，按序根据加荷的等级进行加载、卸载，增加一级荷载均须稳定5 min。荷载增加至每次末级累加值时须稳定10 min，该过程中在各个时间段内及时测读并记录锚头的位移值[2]。

加载应保持平稳，速率掌控在0.1 倍/min设计值，卸载的速率不超出0.2 倍/min设计值。张拉时每级荷载钢绞线的伸长值、稳定过程的伸长值均应及时记录，将记录伸长值与理论伸长值进行对比。每等级实际伸长值与理论伸长值的比对中，实际伸长值不能超出理论伸长值的±6%，如超出需查明原因并进行相应的处理。

具体加荷等级与观测时间如表1所示。

表1 锚索基本试验加荷等级与观测时间

在锚索的拉拔试验施作过程中，出现下列情况时，视为破坏并立即终止加载。

（1）锚头位移出现不收敛；

（2）锚固体从岩土层中拔出；

（3）锚索（杆）从锚固体中拔出；

（4）锚头的位移总量超出设计的允许值；

（5）进行下一级荷载时，产生的锚头位移增量超出上一级进行荷载时产生的位移增量的2倍；

（6）锚索张拉过程中材料出现拉断。

4.8 数据记录

锚索施工的张拉试验应根据循环加卸荷载等级与位移观测表实施，每增加荷载后至少5 min后进行观测，在观测的时间段内，测读的锚头位移次数不少于2次。锚头的位移量不超过0.1 mm时，再施加下一级荷载，否则会加长观测时间。锚头的位移量在2 h时间内小于2.0 mm时，方可施加下一级荷载，应同步记录锚索每级荷载时对应的伸长量[3]。

5 数据整理及讨论

5.1 绘制荷载与位移曲线

根据锚索抗拔试验结果，按照荷载对应的锚头位移列表进行整理，绘制锚索荷载-位移（P-S）曲线图、锚索-弹性（塑性）位移（P-Se、Sp）曲线图。

试-1荷载位移P-S曲线如图1所示，试-1荷载-弹性、塑性位移如图2所示。

图1 试-1荷载位移P-S曲线

图2 试-1荷载-弹性、塑性位移

5.2 讨论

5.2.1 锚索极限荷载力确定

本次拉拔试验中，6孔试验孔加载至锚索索体承载力标准值的80%时仍未破坏，锚索的极限荷载力取最大试验荷载，即锚索极限荷载力1 041.6 kN。

5.2.2 岩层与锚固黏结强度

通过试验取得的锚索极限荷载，计算岩层与砂浆锚固体间的极限抗剪强度，岩层与砂浆锚固体的极限抗剪强度大于设计要求强度1.00 MPa。

5.2.3 锚索的安全系数

通过极限抗剪强度，计算设计锚索极限荷载是否满足锚固工程稳定、安全的需要，永久锚杆（锚索）最小安全系数为2.2。

（1）锚固段8 m，设计孔径130 mm，施加预应力N1为880 kN，岩层与砂浆锚固体间极限破坏荷载为3 330.91 kN。安全系数K1为3.7。由于3.7＞2.2，故设计参数满足锚固工程稳定、安全的需求。

（2）锚固段7 m，设计孔径130 mm，施加预应力N1为880 kN，岩层与砂浆锚固体间极限破坏荷载为2 914.55 kN。安全系数K2=3.3。由于3.3＞2.2，故设计参数满足锚固工程稳定、安全的需求。

6 结语

综上所述，锚索拉拔试验为多循环加载卸载过程，操作与记录较为烦琐，现场管理人员及操作人员在试验过程中须细心谨慎，顺利完成锚索试验。在拉拔试验中，锚垫板安装决定了试验能否成功，在锚垫板安装前，须对试验孔岩面进行找平，且凿至稳固岩层。建议采用20 mm厚的割孔钢板作为锚垫板，采用锚杆将钢垫板固定在岩面，确保钢板紧贴岩面、钢绞线顺直穿出。