结合灾防工程实例探讨框架梁预应力锚索施工的常见问题及解决方法

结合灾防工程实例探讨框架梁预应力锚索施工的常见问题及解决方法吴国俱摘要:随着框架梁预应力锚索防护在高速公路高边坡防护工程的普遍使用，地质灾害多发的山区普通公路灾害防治工程也得到应用。笔者根据多年从事普通公路地质灾害防治工程的管理经验，结合框架梁预应力锚索加固挡土墙的工程实例，针对施工中经常出见问题的解决方法进行详细叙述，解决塌孔、卡钻等现象的处理措施进行探讨，可供挡墙加固及高边坡防护的预应力锚索防护工程施工人员借鉴和参考。关健词：预应力锚索常见问题处理措施使用评价1、前言福建多山，公路依山而建，存在大量的高边坡、高填方、高挡墙，尤以半填半挖路基居多。由于普通公路边坡没有设置防护，台风、强降雨等的强降水引发的公路地质灾害频繁。本文主要引用众多地质灾害治理措施中的框架梁预应力锚索加固路基的工程实例，介绍框架梁预应力锚索施工经常出现的问题，探讨解决方法，给出使用评价。与各位同仁共同探讨。2、工程简介某二级公路K40+926-K41+059.7段右侧，挡墙长133.7m，高18m。路基为半填半挖，填料为石方，最大下沉量已超过50cm，挡土墙外倾，局部已开裂。采取井字形框架梁预应力锚索加固，每节点设Φ150mm1孔，按压力分散型预应力锚索设计，每孔6根φ15.24无粘结钢绞线，每单元为2根，分3个单元布索，平均长度32m，设计锁定荷载为750KN，超张拉荷载为865KN(断面形式如图所示)。3、预应力锚索施工的常见问题及解决方法（1）锚索施工过程中首先要解决好准确定位索孔位置，控制自由段和锚固段的长度，处理好入口倾角偏差、孔向偏差、塌孔等问题。严格按设计要求的孔位钻孔，开孔偏差不大于20cm；钻孔方向应与设计方向相一致，偏差不大于1.5度。造孔施工所采用钻具为地质钻机，钻孔直径为150mm。锚索长度应视实际钻孔情况，以有效锚固段长度埋入整体基岩的长度不小于设计值的原则确定。造孔施工过程中，应按孔深对返水量情况及岩石破碎情况等作好记录，取出锚固段岩芯绘出锚索孔柱状图，为锚索孔缺陷处理提供依据，如果出现塌孔现象，视塌孔程度可采用预注浆、跟管作业等措施。按钻孔进度每5m进行一次孔向测量，若发现孔向发生偏差且不大于1.5度，应及时纠正并进行调整。钻孔及孔壁上附着的粉尘、泥屑等应使用高压空气或水进行彻底清洗，并待钻孔完成清洗干净后，应对孔口进行暂时封堵，不得使碎屑、杂物进入孔口。（2）选择外观完好的优质钢绞线，认真做好锚索的组装、安装的每一个步骤，解决好锚索的导向帽、承载体、对中支架正确安装等问题。在锚索组装前应认真检查、下料及隔离处理。钢绞线的外观不得有死弯、刻痕、松丝、散丝等缺陷。对其强度应抽样检查，抽样强度不得低于工厂保证的强度。锚固段的钢绞线表面的隔离剂要清洗干净，确保与注浆体的有效粘结。承载体应严格按设计的位置安装到位。每隔1.5m~2.0m放置一个对中支架，对中支架间用铅丝捆紧，并在锚固段端头安装上导向帽，使整个锚固段呈枣核状。自由段与锚固段的交接处用铅丝捆牢。自由段要确保钢绞线外套的完整，每隔1~1.5m安装一个对中支架。组装好的锚索应大体上成一直线，所有钢绞线不得有扭曲和互相交叉。预应力锚索安装前,应对造孔施工进行验收，检查孔内碎石和岩粉是否清理干净，孔径及锚固段深度是否达到设计要求等。为防止塌孔，宜于钻孔施工结束后立即安装锚索。锚索推送应在牢固的脚手架上进行，为防止机械起吊而损坏钢绞线或致注浆管破裂，宜采用人工运输和安装。（3）每一次注浆过程应保持连续作业，解决好注浆过程出现卡管、渗透等问题，确保索孔内的注浆体整体、密实，强度符合设计要求。根据受力特点注浆分两次进行，第一次锚固段注浆在锚索孔质量缺陷处理完毕，锚索推送就位后进行。锚固段水泥砂浆强度等级应达到设计要求，配合比设计时可掺入适量的膨胀剂，加强锚固效果。第二次自由段注浆在锚索张拉完毕后进行，水泥砂浆强度等级可以比锚固段降低一个等级，要求注浆至锚索孔口返浆为止，以保证自由段注浆饱满、密实，达到保护锚索体的目的。为防止卡管，水泥和砂都应过筛，筛孔孔径为2.5—3mm，在实际施工中如发生卡管现象，应立即停止注浆作业，用高压水泵冲洗管内堵塞的浆体，直到通畅为止。当注浆量超过理论浆体的1.2倍以上时应疑为渗透，目前解决渗透问题的主要方法是采取间歇式注浆法，每隔一段时间注浆一次，直到注浆体全部填充可渗缝隙，直到孔口返浆为止。（4）预应力张拉宜采取正确的张拉力方法，解决好理论伸长量与实际伸长量的偏差问题，确保达到设计荷载锁定后，伸长率误差符合规范要求。当锚固段注浆体和锚墩混凝土均达到设计强度后进行锚索张拉，可分为预张拉和整体张拉两阶段进行。最大预张拉力可取单股钢绞线设计张拉力的10%，且锚索各单元体的预拉应力值应当一致，以消除在相同荷载作用下因自由段长度不等引起的弹性伸长量偏差。预张拉按两级进行，加载、卸载速率应平缓，每级一个循环，共两个循环。整体张拉千斤顶的轴线必须与锚索轴线一致，保持锚环、夹片和锚索体张拉部分的清洁。张拉共分四级进行，第一级拉力为设计值的30%，第二级拉力为设计值的50%，第三级拉力为设计值的100%，每级张拉完均应持荷5min，测量延伸量，第四级可根据需要超张拉设计值的115%~120%，待拉力稳定后，可锁定荷载。锚索张拉前，锚索测力器和千斤顶油泵压力表应送有资质的单位进行校验和标定，并绘制锚索负荷和压力表的关系曲线，确定油泵压力表读数校准方程Y=0.0345X+0.8（X为锚索负荷，Y为压力表读数）。根据校准方程计算每一级荷载的对应压力表读数，严格按压力读数逐级张拉。钢绞线理论伸长量计算按下式计算：ApEpPpLL其中：L——预应力钢绞线的理论伸长量；Pp——预应力钢绞线的平均张拉力(取单根设计锁定荷载KN)；L——预应力钢绞线的自由段长度(mm)；Ep——预应力钢绞线的弹性模量(N/mm2)；Ap——预应力钢绞线的截面积(mm2)。根据上式分别计算不同长度锚索的理论伸长量，与整体张拉产生的伸长量对比，观察是否在有效范围。（5）控制封锚混凝土强度，解决混凝土与锚座的连接紧密，确保预应力锚索的封锚混凝土在自然条件下不脱落。封锚混凝土严格按配合比施工，浇筑前应清理锚头部分因张拉引起的污染。4、问题探讨（1）本工程为填石路基，空隙大，设计要求对路基进行预注浆，使水泥浆完全填满孔隙后再进行锚索施工。从现场情况看挡土墙已整体外倾，部分墙体已开裂，水泥浆可能从墙体裂缝溢出，无法到达路基下部。预应力锚索要穿过整个填方路基，为避免钻孔施工过程可能发生塌孔、卡钻现象，经反复对比施工方案后采取跟管造孔施工（如图），永久性保留自由段范围的钢套管，保护索孔的完整，确保锚索的后续施工正常进行。这种施工方法必须增加跟管作业机械设备一套，增加作业平台负荷，每延米约增加造价200元，但能使预应力锚索安全穿越填方，锚固到完整的岩体。这种施工方法在穿越填石方路基和地质比较松散的边坡等公路灾害防治工程方面，具有一定的优越性。（2）由于原坡面及有效锚固段与自由段的界面隐埋于地下，设计提供的锚索长度只能作为参考。首先，在设计阶段应进行地质钻探，获取有效锚固段埋置深度的地质依据。其次，在实际施工过程中应严格把握有效锚固段长度（以埋入整体基岩为准）不小于设计为原则前提，确定锚萦长度，锚索应在造孔完成且有效锚固段达到设计值后方可进行下料工序。（3）实测张拉伸长量与理论张拉伸长量误差的取值，根据《公路工程质量检验评定标准》实测项目规定值或允许偏差要求：“符合设计规定；设计未规定时采用±6”。但《土层锚杆设计与施工规范》（CECS22∶90）规定：“基本试验所得的总弹性位移应超过自由段长度理论弹性伸长的80%，且小于自由段长度与1/2锚固段长度之和的理论弹性伸长”。根据工地施工实际量测与《土层锚杆设计与施工规范》规定较为符合，故建议一般掌握在+10、-15较为实际。5、使用评价：本工程在完工后，经一段时间观察，没有再次发生路基下沉和挡墙位移的现象，挡墙外倾及开裂得到有效的控制。对比挡墙倒塌引起整段路基塌方所造成的交通影响及经济损失，其产生的经济效益和社会效益是十分显著的。6、结束语：福建闽东北地区，普通公路边坡较陡，地质负杂。近年来公路地质灾害频发，各地交通、公路部门投入大量的资金进行灾害治理，如何使有限的资金发挥最大作用，能够得到安全又节约造价的治理方案，是今后公路灾害治理重点考虑的问题。笔者认为，实施普通公路灾害治理，仅是亡羊补牢之举，如能在工程建设阶段，调整设计理念，像高速公路一样，在完善路基防、排水体系设计的基础上，对易发生地质灾害的路段加强边坡防护设计，就能够从根本上避免和减少普通公路地质灾害的发生。参考文献：1.《岩土锚杆（索）技术规程》（CECS22-2005）2.《锚杆喷射混凝土支护技术规范》（GB50086）3.《土层锚杆设计与施工规范》（CECS22-90）4.《水工预应力锚固施工规范》（SL46-94）