预应力锚杆(锚索)在高速公路高边坡防护中应用

预应力锚杆(锚索)在高速公路高边坡防护中应用

预应力锚杆(锚索)在高速公路高边坡防护中应用　　摘要：在高边坡防护工程施工中，应用锚杆（索）进行边坡的加固处理是一种有效的技术措施和重要的施工手段。本文通过对贵州东部某高速公路K21+600~K21+780左侧高边坡防护工程中预应力锚杆(锚索)施工分析，介绍了预应力锚杆(锚索)在高速公路高边坡防护中的应用技术。关键词：预应力锚杆；高边坡防护；施工技术中图分类号：TU378文献标识码：A一、工程概况该段边坡位于贵州东部某高速公路K21+600~K21+780左侧，坡长180米，路基设计标高619.254米~610.974米，轴线最大挖高25米，左侧边坡开挖后约55米。该路段从坡面中下部通过，横向坡度总体较缓，坡面植被为树林，属软质岩类边坡。在左侧高边坡第一级采用加厚护面墙，二级、四级采用锚索框架，三级、五级采用锚杆框架，六级采用植草防护。每片钢筋混凝土框架宽8m，高14.14m，锚索间距4m，钢筋混凝土框架横梁与竖肋截面宽×高分别为0.7×0.611 m；钢筋混凝土框架的混凝土强度等级为C30，框架梁嵌入坡面25cm；每级均采用满铺形式铺设压力分散型的锚索。锚索采用6根(直径为15.24㎜,抗拉强度为1860MPa)高强度低松驰无粘结钢绞线。第一级采用加厚护面墙，二级锚索长度根据地质情况采用26米，四级锚索长度采用32米。锚固段长度均为8m。边坡坡率第一级为1：0.75，第二、三、四级为1：1，第五、六级为1：1。锚索钻孔孔径均为130mm，锚孔下倾与水平夹角均为20°，设计拉力均为750KN。共设180孔锚索，框架间用三维网植草防护。二、地质条件及坡体结构特征（一）地质条件场区地处贵州高原东部斜坡地带，受侵蚀-剥蚀影响，地形条件复杂，地表森林植被茂密，属中等切割的侵蚀-剥蚀中低山地貌。场地区上覆第四系残积层(Qel)黏土、碎石土，冲洪积层(Qal+pl)粉质黏土、漂卵石土。下伏板溪群隆里组（Ptbnl）薄层板岩。场区属一级构造单元华南褶皱带（江南造山型褶皱带）：为加里东期褶皱断裂、且发生区域质变，形成北东向的背斜和向斜构造。其中为NEE与NNE两套剪切断裂系统构成的菱块状结构（一系列的北东向断层），以及若干中小型构造和褶皱层。勘察场区属王家团复式向斜区。区域性的断裂构造现已稳定。11 由于区域构造的影响，岩层产状局部变化，综合产状310°∠27°；节理裂隙很发育至很发育：14°∠75°、120°∠65°、166°∠84°、260°∠80°，一般强风化带极发育，中风化带浅部发育、向下渐变好。裂隙统计如下。见节理裂隙走向玫瑰花图（图1）。Ⅰ组裂隙：170～190°∠80～85°、14°∠75°（走向104～284°），5～10条/m，铁质浸染，张开度1～3mm，大部分泥质充填，结合差。Ⅱ组裂隙：250～270°∠80°（走向170～35°），10-20条/m，铁质浸染，张开度1-3mm，无充填，结合一般。Ⅲ组裂隙：120°∠65°（走向30～210°），5～7条/m，铁质浸染，张开度1-3mm，部分泥质充填，结合差。图1：节理裂隙走向玫瑰花图中风化层：为浅灰色,色不新鲜，裂隙发育，节理面被铁锰质浸染，岩体破碎，岩质软，取出岩芯呈柱状、块状。根据《中国地震动参数区划图》（GB18306-2001），场区地震动峰值加速度小于0.05g，地震动反应谱特征周期为0.35s，场区地震基本烈度小于Ⅵ度。路段右侧下方60m外为山间沟谷，常年流量约30L/s，洪期水流量大。11 场区地下水为强风化带基岩裂隙水，地下水主要以大气降水为主要补给源，基岩裂隙水在低凹处的沟谷部位排泄。据区内裂隙及泉点渗水流量分析，地下水量小，单点渗流＜1L/s。路段横穿坡面，上部坡面较高、且延伸较远，汇聚基岩裂隙水量较多，路基开挖后，存在少量的渗水现象，丰水期渗水量较大。（二）坡体结构特征该路堑高边坡的主要工程地质特征是：表层为粘土夹风化碎石块，厚度2-4米，呈硬塑状，粘性差，表层下是强风化板岩，灰褐色，薄层状，节理裂隙发育，岩体破碎，岩质软，厚度20米左右。强风化板岩下部为中风化板岩，灰绿色，节理发育，岩体较完整，厚度7米左右。水量随深度增加。该边坡开挖失稳的控制因素是坡脚岩土强度低，在压应力集中时会造成边坡垮塌。典型坡体结构如图1所示。三、边坡稳定性分析从现场调查得知，坡体内存在倾向临空面的贯通结构面，产状为310°∠27°(斜向坡)，该构造面走向与线路方向基本一致，边坡开挖后如不加处理，必然产生沿该面的滑动变形破坏。据现场地质勘探资料，确定该面为边坡的潜在最危险滑面。由于路堑高边坡的变形是边坡破坏的主要形式，因此边坡变形机理的分析对边坡稳定性分析、掌握边坡变形情况和预防边坡发生失稳破坏起着非常关键的作用。11 通过钻孔岩芯分析，边坡开挖后，边坡中上部为土层及强风化板岩，边坡最下部为中风化板岩，该边坡为类土质边坡。ZK3号钻孔揭露强风化板岩厚度20.2米，残坡积层及强风化板岩构成边坡的主体，岩土体强度相对较低。边坡开挖后，坡面松弛，应力调整，类土质边坡将产生由于强度不足的坍滑变形或圆弧形滑动变形。自然边坡坡度较陡，开挖后将形成高陡边坡，推测坡脚为半强风化半中风化板岩，强度较低，坡脚应力集中，将产生压碎变形。变形产生原因为：边坡开挖后，应力调整，坡体松弛，降水下渗，坡体表层土体及构造面间抗剪强度降低，在地表、地下水的作用下，产生整体或局部滑动。四、预应力锚杆(锚索)防护工程施工工艺（一）边坡开挖要求11 边坡的开挖方式对开挖后边坡的稳定性有至关重要的影响，特别是岩土爆破方案，要求慎用爆破方式，严禁使用大爆破，依据地质条件、边坡形式等必须采用小型排炮微差爆破或采用预裂爆破方式，严禁大药量爆破，特别是临近设计坡面5米范围岩层开挖时，可采用小孔（ф40mm，深1.5~2m）、小药量（1~2Kg）爆破，以保证边坡岩体的完整。边坡上方的取土爆破必须严格控制，不得松动边坡岩层。边坡应自上而下逐级开挖，逐级支护。不得乱挖超挖，严禁切脚开挖。严禁无章弃方。雨季施工时，必须做好所开挖坡面未防护前的防水工程，可用遮挡、拦截等方式防止雨水、地表水对边坡的危害。施工应尽可能的减少对坡面的植被的破坏。（二）成孔准确放出各锚杆孔的位置，搭设脚手架，架装潜孔钻机并稳固。用仪器测定钻机导向架的倾角（与水平面夹角为20°），在钻进过程中随时检查倾斜度，钻孔端部的斜偏尺寸不应大于锚杆长度的2%。为确保锚杆施工不至于使边坡地质条件恶化，采用无水干钻。钻进过程中如遇到严重塌孔，应立即停止钻进，进行注浆固壁处理（注浆压力0.1～0.2MPa），注浆36h后重新扫孔钻进。相邻锚杆施工方位调整平行，严格定向定位，钻机安装牢固，钻孔口径为Φ100mm。钻孔采用回转钻进方式，在钻进过程中高性能空气压缩机不断送来高压风，将孔内碎物高压吹出。钻孔达到设计深度后，继续超钻20～50cm。钻孔是锚固工程费用最高、控制工期的作业，因而是影响锚固工程经济效益的主要因素。锚杆钻孔应满足设计要求的孔径、孔深和倾角，采用适宜的钻孔方法确保精度，要使后续的杆体插入和注浆作业能顺利地进行。一般要求如下： 11 　　①在钻机安放前，按照施工设计图采用经纬仪进行测量放线确定孔位以及锚孔方位角，并作出标记。一般要求锚孔入口点水平方向误差不应大于50mm，垂直方向误差不应大于100mm。②确定孔位后根据实际地层及钻孔方向选取适当的钻孔机具并确定机座水平定位和立轴倾角（即锚孔倾角），钻机立轴的倾角与钻孔的倾角应尽量相吻合，其允许的误差只能是岩心管倾角略大于立轴倾角，不允许有反向的偏差出现。开孔后，尽量保持良好的钻进导向。在钻进过程中根据实际地层变化情况，随时调整钻进参数，以防止造成孔斜偏差。③在边坡锚固的钻孔过程中应注意岩芯的拾取，并尽量提高岩芯采取率，以求不断准确地划分地层、确定不稳定岩土体厚度，判断断裂破碎带、滑移面、软弱结构面的位置和厚度，从而验证设计所依据的地勘资料，必要时修改设计。（三）锚筋制安11 钢筋下料应整齐准确，误差不大于±50mm，预留张拉段钢绞线长度1.5m，钢筋锚杆0.5m。设计预应力锚索为压力分散型锚索，其锚筋材料采用无粘结高强度低松弛钢绞线，对钢绞线不同单元和钢筋锚接头进行醒目可靠的标记。下料采用机械切割。挤压头的组装，挤压套、挤压簧安装准确，挤压顶推进应均匀充分，施工中应严格控制钢绞线挤压套挤压工艺，并抽样3%进行检测；确保单根挤压强度不低于200KN.组装承载体时应定位准确，挤压套通过螺栓在承载体和限位片之间栓接牢固。架线环间距为1-1.5m，锚孔孔口位置必须设置一个架线环，注浆管穿索安装准确定位，绑扎结实牢固，应深入导向帽5-10cm。导向帽可点焊固定于最前端承载板上，并应留有溢浆孔，保证孔底返浆，所有钢质部位应均匀涂刷防腐油漆。对于高强精轧螺纹锚杆，锚固段对中支架若点焊不当，将损伤杆体强度，故应与自由段一样，套筒触角支架绑扎定位。并对其自由锻按设计要求进行防腐和隔离措施处理。（四）压力灌浆1、浆体配制按设计规定选择水泥浆体材料。注浆材料应根据设计要求确定，一般宜选用灰砂比为1：1、水灰比0.45～0.50的水泥砂浆或水灰比0.45～0.50的纯水泥浆，必要时可加入一定量的外加剂或掺合料。灰浆搅拌必须采用机械强制拌和，注浆浆液应搅拌均匀，随拌随用，浆液应在初凝前用完，并严防石块、杂物混入浆液。 2、灌浆 11 灌浆采用压力活塞式注浆泵，灌浆压力一般不得低于0.4Mpa，亦不宜大于2Mpa。使用自由段带套管的预应力筋，在锚固段长度和自由段长度内采取同步灌浆；将水泥浆经胶管(或用1根φ30mm左右的钢管作灌浆管)推入孔内，在孔端注入锚浆。灌注压力一般为0.4Mpa左右，随着水泥浆的灌入，应逐步将灌浆管向外拔出自至孔口，在拔管过程中应保证管口始终埋在砂浆内。灌浆时，压力不宜过大，以免吹散浆液和砂浆，待浆液或砂浆回流到孔口时，用水泥袋纸等捣入孔内，再用湿粘土封堵孔口，并严密捣实，再以0.4Mpa～0.6Mpa的压力进行补灌，补灌时稳压2min，浆液冲破第一次灌浆体，向锚固体与土的接触面之间扩散，使锚固体直径扩大，增加径向压应力。由于挤压作用，使锚固体周围的土受到压缩，孔隙比减小，含水量减少，也提高了土的内摩擦角。稳压数分钟后即可完成。 3、注浆作业开始和中途停止较长时间再作业时，宜用水或稀水泥浆润滑注浆泵及注浆管路。当孔中存有积水时，一定要使积水全部排出，待溢出浆液的稠度与注入的浆液的稠度一样后再抽出注浆管。每次注浆结束都应稳压15min～20min，以使注浆充分。注浆结束后，将注浆管、注浆枪和注浆套管清洗干净。施工过程中，做好注浆记录。当注浆量不得小于计算量，其充盈系数为1.1～1.3时，浆液不能充满锚固体时，应进行补浆，补浆时以0.4Mpa～0.6Mpa的压力进行补灌，灌时稳压2min，使补灌的浆液挤密第一次灌浆体，或向锚固体与土的接触面之间扩散，从而增加锚固体与周围土体的摩擦力，注浆完毕应将外露的钢筋清洗干净，并保护好。（五）锚筋张拉锁定11 在注浆浆体与台座混凝土强度达到设计强度80%以上时，方可进行张拉锁定作业。锚斜托台座承压面应平整，并与锚筋的轴线方向垂直。锚具安装于锚垫板和千斤顶密贴对中，千斤顶轴线与锚孔及锚筋体同轴一线，确保承载均匀。锚筋的张拉必须采用专用设备，设备在张拉作业前应进行标定，锚具、夹片等检验合格后方可使用。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，使其各部位接触紧密，钢绞线完全平直。对于压力分散型锚索，因各单元锚索长度不同，张拉应注意严格按设计次序分单元采用差异分步张拉，根据设计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。（六）信息化、动态施工管理加强对边坡的信息化、动态施工施工管理，对边坡稳定性进行长期监测，可采取在坡顶和平台上设置测点，观测地表位移、变形发展情况。试验室对永久性锚索预应力变化进行长期监测，按照有关规范规定在边坡共布设9台（即第一、二、三级各2台，四、五、六级各一台）MS-20型锚索测力计，经长达12个月之久的监测，试验结果锚索长期预应力损失最大为4.21％，最小为2.16％，完全达到规定的要求。通过监测表明，工程质量满足设计和规范要求，该处边坡处于稳定状态，作为预应力锚索在高边坡防护工程中的应用具有良好的效果。结束语11 预应力锚索在高边坡加固施工中，显示出了对地形、地质条件适应力强、施工工艺简便、操作灵活的特点，并且可以大大减少土石方开挖量，尤其是在受地形条件限制无法放坡的地段，更是一种理想的边坡加固形式。参考文献[1]姚白军,李健.浅谈预应力锚杆、锚索在高边坡防护中的应用[J].城市建设理论研究（电子版）,2011(15).[2]邹高安.预应力锚杆、锚索在高速公路高边坡防护中的应用[J].西部探矿工程2005(05).11