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四方淺談高邊坡預應力錨索框架的支護施工
2011-01-28 00:00

  工藝原理
預應力錨索防護是利用一定強度的水泥砂漿在有效深度的錨孔底端與周邊巖石形成具一定強度的錨固體,而后在錨索的預應力錨具作用下,將不穩定的山體部分穩固地與穩定山體組成整體,確保邊坡的穩定,不使構造裂隙進一步發展,從而達到防護目的。
預應力錨索,一方面可直接在滑面上產生抗滑阻力,另一方面通過增大滑面上的正應力來增大抗滑摩擦阻力,從而提高邊坡巖土的整體性和穩定性。
施工工藝
施工工藝流程見下圖“預應力錨索框格梁施工工藝框圖”
5.1施工準備
預應力錨索施工前應做好施工組織設計,明確施工方法、施工工藝、工序流程、人員組織和施工設備、材料、試驗、監測安排及安全、質量管理。
申請單項工程開工,開工條件包括開工報告、錨筋材料試驗、漿體材料試驗、配合比試驗、相關機械設備等,并應注意張拉設備及有關機具是否經過標定。
做好施工場地的排水工作,材料、機械的防雨、防水工作,保證水、電暢通。將預應力的造孔設備、注漿設備、張拉機具設備調至工作面附近,待坡面整修工作面完成后,馬上吊運至工作面。
錨索所需的水泥、鋼材、預應力鋼鉸線及錨具等各類材料必須和工程錨索施工所需的完全相同,具有出廠檢驗合格證,并符合國家標準。使用前需對各種材料做必要的物理力學試驗,提供材料檢驗合格證書等資料。預應力錨索使用的千斤頂、壓力表等使用前必須進行標定或檢驗。
5.2試驗孔施做
為了驗證設計采用的工作錨索的性質和性能、施工工藝、設計質量、設計合理性以及所提供的安全儲備,同時考慮有關搬運、儲存、安裝和施工過程中抗物理破壞的能力,在單項工程開工申請批復后,按設計要求先進行錨索基本試驗,即抗拔拉破壞試驗。
具體位置應由監理和設計代表現場確定,試驗孔位置的選擇應體現工程孔錨固地層實際情況。試驗時應記錄各級荷載及錨頭位移等詳細數據,并在工程錨索施工前及時向設計單位提交試驗報告,以驗證和調整設計。
5.3孔位定位放樣
根據各工點工程平、立面圖,按設計要求,將錨孔位置準確測放在坡面上,孔位誤差不得超過±50mm。如遇既有刷方坡面不平順或特殊困難場地時,需經設計監理單位認可,在確保坡體穩定和結構安全的前提下,適當放寬定位精度或調整錨孔定位。
5.4搭設腳手架平臺與鉆機就位
為方便鉆機作業,需在邊坡上搭設腳手架平臺。高邊坡鉆孔工作均在高空條件下作業,作業平臺的牢固性與安全性十分重要。采用符合規范標準的φ48mm×35 mm 鋼管作支架,用扣件聯接,平臺寬度為5m , 作業平臺上滿鋪建筑模板,模板與腳手架用鐵絲綁扎牢固。
鉆機在作業平臺上安裝要保證穩固,且保證使鉆頭中心對準孔位中心。確保錨孔開鉆就位縱橫誤差不得超過±50mm,高程誤差不得超過±100mm,鉆孔傾角和方向符合設計要求,傾角允許誤差位±1.0°,方位允許誤差±2.0°。
5.5鉆孔
5.5.1鉆孔設備
鉆孔機具的選擇,根據錨固地層的類別、錨孔孔徑、錨孔深度、以及施工場地條件等來選擇鉆孔設備。巖層中采用潛孔沖擊成孔;在巖層破碎或松軟飽水等易于塌縮孔和卡鉆埋鉆的地層中采用跟管鉆進技術。
5.5.2鉆進方式
鉆孔要求干鉆,禁止采用水鉆,以確保錨索施工不致于惡化邊坡巖體的工程地質條件和保證孔壁的粘結性能。鉆孔速度根據使用鉆機性能和錨固地層嚴格控制,防止鉆孔扭曲和變徑,造成下錨困難或其它意外事故。
5.5.3鉆進過程
鉆進過程中對每個孔的地層變化,鉆進狀態(鉆壓、鉆速)、地下水及一些特殊情況作好現場施工記錄。如遇塌孔縮孔等不良鉆進現象時,須立即停鉆,及時進行固壁灌漿處理(灌漿壓力0.1~0.2MPa),待水泥砂漿初凝后,重新掃孔鉆進。
5.5.4孔徑孔深
鉆孔孔徑、孔深要求不得小于設計值。為確保錨孔直徑,要求實際使用鉆頭直徑不得小于設計孔徑。為確保錨孔深度,要求實際鉆孔深度大于設計深度0.2m以上。
5.5.5錨孔清理
鉆進達到設計深度后,不能立即停鉆,要求穩鉆1~2分鐘,防止孔底尖滅、達不到設計孔徑。鉆孔孔壁不得有沉碴及水體粘滯,必須清理干凈,在鉆孔完成后,使用高壓空氣(風壓0.2~0.4MPa)將孔內巖粉及水體全部清除出孔外,以免降低水泥砂漿與孔壁巖土體的粘結強度。除相對堅硬完整之巖體錨固外,不得采用高壓水沖洗。若遇錨孔中有承壓水流出,待水壓、水量變小后方可下安錨索與注漿,必要時在周圍適當部位設置排水孔處理。如果設計要求處理錨孔內部積聚水體,一般采用灌漿封堵二次鉆進等方法處理。
5.5.6錨孔檢驗
錨孔鉆造結束后,須經現場監理檢驗合格后,方可進行下道工序。孔徑、孔深檢查一般采用設計孔徑、鉆頭和標準鉆桿在現場監理旁站的條件下驗孔,要求驗孔過程中鉆頭平順推進,不產生沖擊或抖動,鉆具驗送長度滿足設計錨孔深度,退鉆要求順暢,用高壓風吹驗不存明顯飛濺塵碴及水體現象。同時要求復查錨孔孔位、傾角和方位,全部錨孔施工分項工作合格后,即可認為錨孔鉆造檢驗合格。
5.6錨索制作
錨索制作工藝流程:編束通知單→下料、清洗→安裝承載體→擠壓P錨→編束→安裝支撐環→安裝注漿管→驗收→庫存
在預先平整好的下料場地上按下料長度進行下料,每根絞線長度誤差控制在10cm左右。鋼絞線下料長度=各分段錨固長度+錨索自由段長度+框格梁厚度+錨索工作段長度+截長誤差(約100mm)。下料要求用砂輪切割機切割好以后,鋼絞線全段除銹除污垢后,將每束錨索平順地放在制作平臺上,用鋼卷尺量出錨固段和自由段,分別作出標記,在自由段涂抹黃油,作防腐處理后再外套PVC 管(如采用無粘結預應力鋼絞線,則在一端錨固長度內剝除PE層,對剝除部分鋼絞線除污洗凈)。按要求設置承壓板、支撐環,支撐環每1m放1個,用GYJ60A型擠壓機對剝除部分擠壓上P錨。索體要求綁扎牢固,絞線應平行順直。對不同位置處的承載體相應的絞線外露端做出臨時和永久性標記。灌漿管綁扎在錨索體上,灌漿管頭部距錨索體端部5~10cm,灌漿管使用前,要檢查有無破裂、堵賽。綁扎好的錨索頂部要安裝導向帽,以方便穿索。
錨索制好后應將承壓板、P錨外部涂上防腐油漆。檢查合格后的錨索標識好以后分區存放,同時做好防雨、防曬工作。
5.7錨索安裝
向錨索孔安索前,要核對錨索編號是否與孔號一致,確認無誤后,即可將錨索用人工抬至工作面,用人工將錨索平順穿入錨孔,當外露部分滿足工作長度時即到位,停止穿索。錨索往孔內穿時,索體必須平順,不得扭絞,同時應避免損傷PE(或PVC)管及支撐環脫落。錨索安裝工作結束后即可進行灌漿工作。
5.8注漿
注漿采用3SNS系列注漿泵,攪拌采用灰漿攪拌機進行。漿液要攪拌均勻,隨絞隨用,并在初凝前用完。嚴防石塊等雜物混入漿液。
注漿材料為純水泥漿,水泥選用普通硅酸鹽525#,水灰比為0.38~0.48,外加10%UEA-Z型復合膨脹劑和0.6%的高效早強減水劑。漿體強度不小于40MPa,注漿壓力保持在0.4~0.6 MPa。邊注漿邊緩慢抽拔注漿管,保證注漿管口處于漿液面一下。并保證漿體密實、飽和,達到設計漿體強度。待孔口溢出清晰的漿體即可停止注漿。注漿過程中要做好相關記錄,并做好試驗塊。
5.9砼框格梁施工
把框格梁位置坡面清理干凈,人工綁扎鋼筋后支牢模板,并在錨索位置套上2.5 in PVC 管;采用分段澆筑砼,澆筑時振搗要均勻、密實,保證澆筑質量。框格梁混凝土澆筑前,應先清除孔口周圍及建基面上的碎石及泥土,然后綁扎鋼筋、立模,并同時安裝定向筋、定位管及固定錨墊板。錨墊板可作為框格梁端面模板固定在定位管端部,錨墊板必須與定位管軸線垂直。框格梁混凝土強度等級:C25,斜托強度等級:C30。澆筑時應加強振搗,以確保混凝土的均勻密實。并養護。

5.10錨索的張拉
待錨孔注漿體強度和框格梁砼強度達到設計要求后,和監理工程師書面通知即可進行張拉。張拉前須對張拉機具進行配套標定,計算出千斤頂受力與油壓的線性方程,用于張拉油壓與張拉力的控制。安裝錨板前,要用棉紗擦凈錨板內的泥沙油污。鋼絞線穿入錨板的順序,力求與鋼絞線束綁扎的順序一致,防止交叉纏繞。使用無粘結預應力鋼絞線的,在張拉前,鋼絞線外包的PE護管用鋸條割掉(注意不要傷著鋼絞線),不得用火燒鋼絞線,剝除PE后要清除防腐油脂。
按設計要求對錨索施加預應力并鎖定。錨索張拉鎖定采用間隔施工,即每間隔1 ~2根錨索進行循環張拉鎖定。張拉分6級2次進行, 即按設計值的15% 、30% 、45% 、60% 、75% 、90% 進行張拉, 每級張拉觀測穩定時間為5 ~10 min, 其中前5級為一次張拉,一次張拉完畢5天后進行二次張拉, 二次張拉至90% 時, 觀測穩定10 min 后,回油至75% 觀測10 min 穩定后鎖定。張拉千斤頂的軸線必須與錨索軸線一致,錨環、夾片和錨索體張拉部分不得有泥砂、銹蝕層或其它污物。
索整體張拉前,應進行單股鋼絞線的預張拉,單股鋼絞線的最大預張拉力可取單股鋼絞線設計張拉力的10%,且錨索各單元體的預拉應力值應當一致。如在張拉過程中發生意外或有跡象表明預應力損失較大時,則必須進行補償張拉,此時應一次張拉到超張拉荷載。
張拉結束后,將錨板外的鋼絞線處理好,不能松散,以備再進行張拉。為防止外錨頭的長期暴露,每次結束后應作相應的防護。
每級張拉的穩定時間必須保證,預應力張拉采用“雙控法”控制,以張拉油壓為主,伸長值進行校核。當出現異常情況時,必須停止作業進行檢查,查明原因后方可繼續進行作業。
5.11張拉鎖定、封錨
預應力張拉完成后,用手提砂輪機切除多余鋼絞線,外留長度5cm。填充好油脂后對錨頭采用不低于20MPa的混凝土進行封錨,防止銹蝕和兼顧美觀。

8、質量控制
8.1施工前應認真進行技術交底,施工中明確分工、清楚責任、統一指揮,嚴格按設計圖紙及相關規范要求施工;施工中嚴格按工序順序,嚴格把好各工序質量關,對隱蔽工程做好施工記錄。
8.2腳手架的搭設必須穩定,對緊固體的緊固必須有人復核。鉆機在腳手架上必須固定牢固,避免因鉆機固定不牢而導致孔位出現偏差。
8.3錨索孔徑允許誤差±2mm,傾角允許誤差±1°,孔位允許誤差±5厘米。。
8.4若遇坍孔,應立即停鉆,進行固壁注漿處理,注漿24小時后重新掃孔鉆進。
8.5錨孔要清洗干凈,空中不得留有巖粉和水。
8.6錨索的編制要確保每一根鋼絞線始終均勻排列、平直、不扭不叉,銹、油污要除凈,對有死彎、機械損傷及銹坑者應剔出。
8.7錨索安放要保證錨索孔壁有不少于1厘米的注漿厚度。
8.8錨索下料長度允許誤差±10cm,并對錨索按孔號相應編號。
8.9錨索的張拉要在注漿體強度達到設計要求后方可進行。
8.10張拉前必須對張拉設備進行標定,保證各級張拉的穩定時間。張拉到位后用機械切除多余鋼絞線,嚴禁電割、氧割。
8.11錨索的張拉必須按張拉程序進行,即:從上到下的原則進行張拉、鎖定。
8.12鋼絞線要調直、除銹、去污垢,檢查有無損傷、交叉重疊、銹坑等,不合格者應剔除。截取后的鋼絞線兩端應用鐵絲扎捆牢固,同一束鋼絞線必須等長。錨索安放要保證平直,張拉段要放在錨孔中央,確保錨索孔壁有20 mm 厚的砂漿保護層。
8.13施工使用材料要有出廠合格證和送檢合格證明,嚴禁使用不合格材料。
8.14預應力錨索的錨固長度、錨固段孔壁的清洗干凈與否是保證錨固力的重要環節,應嚴格按設計進行;錨桿的施工長度(深度)要按設計圖紙要求進行,不得隨意縮短。錨索(桿)長度、鉆孔深度、采取巖心樣、入巖深度、洗孔質量、注漿壓力6道關鍵工序須經監理工程師確認后才可進行下一道工序。
9、安全措施
9.1施工前進行安全技術交底,施工過程中要明確分工,統一指揮。
9.2堅持“安全第一、預防為主”的安全生產方針,定期檢查、落實安全責任,嚴格執行安全生產獎懲制度,對違章作業者要追究責任,嚴肅處理。
9.3上崗前要做好安全培訓工作,施工人員進入現場要戴好安全帽,操作人員遵守有關安全操作規程。
9.4各種機具設備應處于完好狀態。
9.5高空作業要設置必要的防護措施,作業人員必須佩戴安全帶。
9.6切割鋼絞線使用的砂輪切割機要設置安全護罩,以防斷片傷人。
9.7注漿管路應暢通,不得有堵塞現象,避免漿液突然噴出傷人,注漿管路不使用時要及時注壓清水沖洗干凈。
9.8風動鉆機管路連接應牢靠,避免脫開出傷人。
9.9張拉機具各部件應牢靠,特別是高壓油管的聯接點,以避免突然斷裂脫口噴出傷人。在張拉過程中,千斤頂前不得站人,以防錨索斷裂造成事故。
9.10夜間施工應有足夠的照明。
9.11鉆孔孔口須設置粉塵收集器,使巖粉不致隨風飄散,污染大氣。嚴格按照國家環境保護有關規定施工。
9.12邊坡棄碴要按設計棄土石,作好擋碴墻,排水溝,防止土石流失污染農田或河流。
11、工程實例
某高速公路全長400m段預應力錨索框格梁。該路段原設計為路塹式路基,左側邊坡最大開挖深度44米,分為5級,坡比為1:1~1:1.25. 工作區屬構造剝蝕地貌.海拔1900~2300米,高差一般不足300米,地形坡度一般在25度以下,屬地中山地形。區內出露的主要地層為中寒武統滄浪鋪組烏龍箐段,次為第四系堆積層。根據地質勘察鉆探揭露,地層由上至下主要為碎石土、坡積亞粘土、殘積亞粘土、強風化泥質砂巖、中風化泥質砂巖、微風化泥質砂巖等。基巖節理、裂隙發育,強風化泥質砂巖吸水易軟化,巖石因節理、裂隙發育而較破碎; 另外,上覆坡積亞粘土厚度較大,含較多碎石及不同粒級的砂,土層透水性較好,土體穩定性差。這些不良地質現象,在各種地質內力和外力作用下, 自施工以來,在左側邊坡K32+970~K33+245不同路段內先后發生了三次明顯的邊坡失穩,直接危害高速公路行車安全。因此,必須對該危險邊坡進行系統整治和加固支護。
根據邊坡的特點,工程設計內容主要分兩大部分:
第一部分為預應力錨索加砼框格梁加固支護段
根據場地工程地質情況和周邊工程環境,本著合理、經濟、安全的原則, K32+950~k33+350段護坡防護設計采用錨索框格梁,在k32+960~k33+080段第四級邊坡上設一排錨索框格架,錨索長度27米,鉆孔傾角20°,錨固長度按10米考慮. 在k32+950~k33+350段第二級邊坡上設一排錨索框格架,錨索長度25米,鉆孔傾角20°,錨固長度按10米考慮.
(1)預應力錨索成孔直徑130 mm, 傾角20°,孔深有27 、25兩種,鉆孔深度要求進入中風化巖不少于8m 或進入微風化巖不少于5m 。
(2)預應力錨索材料采用φ15.24 mm 的鋼絞線,強度標準值1860 MPa,OVM15 -5型錨具,錨索錨固力設計標準值為500 kN, 錨索施加預應力為400 kN 。
(3)砼框格梁梁體強度為C25, 規格600 mm × 600 mm, 縱梁水平間距3.5 m, 橫梁沿坡向間距4.25m, 主筋為φ250 mm 通長配筋,箍筋為φ120 mm 。
(4)預應力錨索間距.3.5m, 自由段長度15 m, 錨固段長度10 m 。
(5) 注漿材料采用水泥凈漿, 水泥采用42.5 MPa 的普通硅酸鹽水泥,注漿壓力0.4 ~0.8 MPa, 注漿28 天后的無側限抗壓強度≮30 MPa 。
第二部分為抗滑擋墻支護段
在K32+950~K33+250段第一級邊坡腳設抗滑擋墻進行支擋,K33+140~K33+250段為重力式抗滑擋墻,K32+950~K33+140段抗滑擋墻頂50厘米處設φ110PVC排水管作深層排水,間距8米,長15米,坡度10%.
根據對土體和錨索軸力的檢測,各項指標均滿足設計和規范要求,保證了施工質量,邊坡完全穩定,利用預應力錨索框格梁加抗滑擋墻整治邊坡是非常成功的。
 

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