锚杆挡土墙施工技术及在公路边坡防护中的应用1黄刚-锚杆挡

锚杆挡土墙施工技术及在公路边坡防护中的应用黄刚（中国水利水电第七工程局有限公司五分局四川彭山620860）摘要：锚杆挡土墙作为一种轻型的支护结构，依靠它技术先进、经济合理、安全可靠的优势，近年来在公路路堑边坡防护中得以广泛的应用。本文主要从綦万路锚杆挡土墙路堑边坡防护入手，系统介绍了锚杆挡土墙的施工技术,可供类似工程施工的工程技术人员参考。关键词：锚杆挡土墙施工公路边坡防护1引言锚杆挡土墙是利用锚杆技术形成的一种挡土结构物。锚杆是一种新型的受拉杆件，它的一端与工程结构物联结，另一端通过钻孔、插入锚杆、灌浆、养护等工序锚固在稳定的地层中，以承受土压力对结构物所施加的推力，从而利用锚杆与地层间的锚固力来维持结构物的稳定。作为轻型的支挡结构，锚杆挡土墙取代笨重的重力式圬工挡土墙，可以节省大量圬工材料，现已广泛用于公路、铁路、煤矿和水利等支挡工程中，并收到了很好的效果。2概述锚杆挡土墙由于锚固地层、施工方法、受力状态及结构形式等的不同，有不同的形式。按墙面的结构形式可分为柱板式锚杆挡土墙和壁板式锚杆挡土墙。柱板式锚杆挡土墙是由挡土板、肋柱和锚杆组成，肋柱是挡土板的支座，锚杆是肋柱的支座，墙后的侧向土压力作用于挡土板上，并通过挡土板传给肋柱，再由肋柱传给锚杆，由锚杆与周围地层之间的锚固力即锚杆抗拔力使之平衡，以维持墙身及墙后岩体的稳定；壁板式锚杆挡土墙是由墙面板（壁面板）和锚杆组成，墙面板直接与锚杆连接，并以锚杆为支撑，土压力1通过墙面板传给锚杆，后者则依靠锚杆与周围地层之间的锚固力（即抗拔力）抵抗土压力，以维持挡土墙的平衡与稳定。綦万高速公路是重庆至万盛的旅游专线。笔者所修建的綦万路A合同段母家湾互通式立交C匝道段出露的地层为泥质页岩层，层面倾角为20～25°，含有紫红色直径1～3cm的泥质，局部夹5～10cm厚的黑色灰质页岩，颗粒成分以粘土为主，半固结状态，遇水泥化、崩解，在天然状态下易风化剥落，抗剪强度低。该段路基设计为1：0.5的边坡，无碎落台，考虑到路堑开挖后产生卸荷裂缝和爆破施工对边坡稳定的影响，为防止边坡坡面产生顺层滑动及造成倾倒性坍塌，对该段路堑采用了柱板式锚杆挡土墙进行防护。3锚杆挡土墙施工本文以綦万路锚杆挡土墙为例，着重介绍了锚杆挡土墙在公路边坡防护中的施工技术和经验心得。3.1工程概况綦万路C匝道右侧边坡锚杆挡土墙起止桩号为CK0+410～CK0+520，全长110m，边坡1：0.5，最高处20.5m，主要工程量：C20混凝土305.98m3，φ100钻孔5027m，钢筋制安61.746T。布置图见图1、节点见图2。2图1锚杆挡土墙断面图(单位：mm)错误!链接无效。图2A点大样图(单位：mm)该段锚杆挡土墙设计为柱板式锚杆挡土墙，设计方案如下：⑴本工程锚杆设计为摩擦型注浆锚杆。采用3φ20螺纹钢，弯转部分长度不小于90cm；锚杆支架钢筋为φ8钢筋；锚杆钢筋必须点焊成束，每间隔1.5～2m设锚杆固定支架。锚孔的深度需大于锚固深度50cm，锚孔壁直径为100mm，用M30水泥砂浆注浆。结构见图3。错误!链接无效。图3锚杆结构详图(单位：mm)3B-B截面图(单位：mm)⑵肋柱为C20钢筋混凝土，暗肋，肋柱宽35cm，厚40cm,肋柱的设置间距为2m（中对中），主筋为φ20螺纹钢，箍筋为φ8钢筋，间距20cm。⑶喷射混凝土墙面板为C20钢筋混凝土，厚10cm；钢筋网为φ8钢筋，按20×20cm布置；并布设泄水管。如图4。图4面板钢筋结构图（断面）3.2施工工艺锚杆挡土墙施工工艺流程图如下：43.2.1施工准备⑴配合比及材料要求①锚杆注浆用M30水泥砂浆。配合比为水泥：砂：水：膨胀剂=1：0.98：0.53:0.11。水泥：用P.O32.5#水泥；砂为特细砂，细度模数0.7～1.5。②锚肋及面板C20喷射混凝土配合比为水泥：砂：碎石：水：速凝剂=1：1.36：4.0：0.41:0.03。水泥：用P.O32.5#水泥；砂：采用坚硬耐久的简阳中粗砂，细度模数2.2～3.0；粗骨料：粒径不大于15mm的碎石，不得使用含有活性二氧化硅的石材；级配应满足表1要求：表1喷射混凝土骨料级配表序号通过各种筛孔的累计质量百分数（%）0.6mm1.2mm2.5mm5mm10mm15mm117～2223～3135～4350～6073～82100213～3118～4126～5440～7062～90100外加剂：选用符合质量要求的速凝剂，掺速凝剂后的喷射混凝土性能必须满测量定孔位成锚孔搭设钢管架操作平台验锚孔安装锚杆注浆养护喷射混凝土验交补注砂浆钢筋制安人工凿锚肋基槽锚杆制作5足设计要求；水：用饮用水，不得使用污水及PH值小于4的酸性水和含硫酸盐量按硫酸根计算超过水重1%的水。⑵搭设钢管架操作平台，清理坡面杂物，清除浮石及松动岩石，对边坡局部不稳定处进行清刷或支补加固，对较大的裂缝进行灌浆或勾缝处理，再进行测量放样，在岩面上确定锚杆孔位并用油漆标注。3.2.2锚杆施工⑴钻孔按设计要求，锚孔为2×2m方型布置，孔径为10cm。在孔位确定后，用XK300液压钻机进行钻孔，钻机就位后，应保持平稳，导杆或立轴与钻杆倾角一致（保持与水平20°角），并在同一轴线上。在钻进过程中，应精心操作，精神集中，合理掌握钻进参数和钻进速度，不能损伤岩体结构，以避免岩层裂隙扩大，防止埋钻、卡钻等。孔深、孔径、倾角均应符合图纸要求。孔口位置偏差±50mm；钻孔轴线与设计轴线偏差应小于3%孔深；孔深偏差不大于+100mm；相领锚孔间距应符合要求。成孔后，应将孔内岩粉、碎屑等杂物清除干净，保持孔内干燥及孔壁干净粗糙，并及时用塑料塞堵住孔口。⑵锚杆制作与安放按设计要求，将3根φ20螺纹钢点焊成束，在锚杆杆体上每隔2m安设锚杆固定支架，杆体应平顺，除油除锈，自由段用塑料布包扎。在安放锚杆时，应防止杆体扭曲、压弯；注浆管随锚杆一同放入孔内，管端距孔底距离为50～100mm，杆体放入角度与钻孔倾角保持一致，锚杆安好后杆体始终处于钻孔中心。⑶注浆以一个孔为工作单元，锚孔的钻孔、安放锚杆、注浆应连续完成。注浆6的施工工艺将影响锚杆的锚固能力。注浆前应用水冲洗孔壁，在孔口50cm范围内先用1：3的水泥砂浆封闭。浆液应搅拌均匀，过筛，随搅随用，在初凝前用完，如在浆液硬化后不能充满锚固体时，应进行补浆，注浆量不得小于计算量，其充盈系数为1.1～1.3。注浆时，应随时注意排气孔不被堵塞，宜边灌注边拔出注浆管，但应注意管口应始终处于浆面以下，并随时活动注浆管，待浆液益出孔口时全部拔出。注浆完毕后应将外露的钢筋清洗干净并保护好。3.2.3锚肋和喷射混凝土面板施工在锚杆注浆完成后，再次将松散的浮石和岩渣清除干净。处理好光滑岩面，用浆砌片石补砌空洞。对边坡局部不稳定处进行清刷或支补加固，对较大的裂缝进行灌浆或勾缝处理。在锚肋处按图纸尺寸划线，人工采用手持式风镐清凿肋柱基槽，基槽应满足35×40cm的设计尺寸。按图纸要求制作绑扎肋柱钢筋和混凝土面板钢筋网，钢筋网与锚杆交接处必须焊接，以保证喷射混凝土时钢筋网不晃动，并要紧贴设计为10cm的喷射混凝土表面，以保证钢筋网保护层厚度。按图纸要求设置泄水孔，长度为10cm，孔口紧贴坡面，防止混凝土喷射时堵塞泄水孔。喷射混凝土前用高压水冲洗受喷面，保证受喷面新鲜潮湿。混凝土喷射前，先进行试喷，调整回弹量，并确定施工操作程序。严禁雨天喷射混凝土。混凝土喷射施工时，严格按照C20的施工配合比制作混凝土，分段、分片从下到上分段喷射。施工时，先送风，后开机，再给料；向喷射机供料必须连续均匀，机器正常运转时，料斗内应保持足够的存料；喷射机的工作风压，应满足喷头处的压力在0.1MPa左右；喷射时，喷头与受喷面应保持垂直，宜保持0.6～1.0m的距离，以保证喷层厚度均匀及混凝土的密7实度；并每隔10～12m设一道伸缩缝（避开肋柱位置）。同时应满足其边坡坡比不能陡于1：0.5，整体平顺、美观，符合公路边坡坡面的质量要求。3.2.4养护喷射混凝土终凝2小时后，立即喷水养护，喷水次数视气温而定（当气温低于+5℃时，不得喷水养护），一般不得少于4次，养护时间不得少于7天。在养护过程中如果发现剥落、外鼓、裂纹、局部潮湿、色泽不均匀等不良现象，应分析原因，采取措施进行修补，以防后患。4施工资源配置4.1人员配置现场负责人、现场技术负责人、现场技术员、现场质检负责人、现场试验员和现场测量员。4.2施工机具、测量和质检仪器配置主要施工机具、测量和质检仪器如下表：名称规格型号单位数量手持式风镐台4液压钻机XK300台3注浆机100型5．5KW1湿拌砼喷射机TK-961台1砼搅拌机250型350L1空压机VY-12/790KW1全站仪SET2100台1万能试验机WE-600B台18混凝土强度检测模具组6钢筋加工设备台套15现场质量控制与检测5.1现场质量控制⑴现场严把钢筋、水泥、骨料、速凝剂、膨胀剂等材料质量关，并严格按照配合比和规范要求施工。⑵施工人员在施工前要认真地进行技术交底，熟悉并掌握操作规程和技术要求。按设计正确制作锚杆和钢筋网，安插锚杆并仔细验孔，并作好混凝土的抽检工作，以确保锚杆挡墙的质量。5.2现场质量检测⑴锚杆抗拔力试验。由前述可知，锚杆挡土墙后的侧向土压力通过面板、肋柱最终将转给锚杆，所以锚杆的质量控制是整个锚杆挡土墙的关键。该段锚杆挡土墙共计锚杆648根，锚杆设计锚固力50KN，按每300根锚杆抽样一组，每组3根，共做了3组共10根锚杆的抗拔力试验，长度从3m到16m不等。每根锚杆的抗拔力均大于50KN，满足规范要求。⑵强度检测喷射混凝土必须做抗压强度试验，试块在工程施工中抽样制取，在喷射作业面附近，将模具敞开一侧朝下，以80°角（与水平面的夹角）左右置于墙脚：先在模具外的边墙上喷射，待操作正常后，将喷头移至模具位置，由下而上，逐层向模具内喷满混凝土。将喷满混凝土的模具移至安全地方，用三角抹刀刮平混凝土表面。在标准养护条件下养护7天后，将混凝土加工成边9长为100mm的立方体试块。继续在标准条件下养护至28天龄期后，进行抗压强度试验。本工程共取试件42组，经测试，结果如下：平均值Rn=24.5MPa；标准差Sn=1.2MPa；最小值Rmin=21.8MPa由《公路工程质量检验评定标准》根据公式Rn–K1Sn≥0.9R得24.5–1.6×1.2=22.58＞0.9×20=18根据公式Rmin≥K2R得21.8＞0.85×20=17满足规范要求。⑶厚度检测用凿孔法检测。根据《锚杆喷射混凝土支护技术规范》，“每个断面上，全部检查孔处的喷层厚度60％以上不应小于设计厚度；最小值不应小于设计厚度的50％；同时，检查孔处厚度的平均值，不应小于设计厚度值。”本工程共检测50点，结果如下：平均值X＝10．6cm＞10cm，最小值Xmin＝7．2cm＞0．5×１0＝5cm，符合规范要求。⑶其它检测项目特别是锚孔直径应符合设计及规范要求。6施工体会綦万高速公路A合同段母家湾互通式立交C匝道CK0+410～CK0+520右侧边坡由于受地形限制，设计坡度较陡，在施工过程中已经有局部产生顺层滑动，后该处经锚杆挡土墙防护处理后，边坡稳定，坡面直顺美观。达到了经济合理、安全适用、确保质量的要求。通过对该段挡土墙的施工，笔者体会到以下6个环节必须要把握。⑴锚杆挡土墙支护与传统支护不同，其主要作用在于主动加固围岩，发挥围岩的自支承能力。因此在施工中，要熟悉图纸，理解设计意图，加强对围岩的地质调查，为修改设计和指导施工提供信息。10⑵通过对锚杆抗拔力试验得出，钻孔较小的锚杆其抗拔力值较高。这是摩擦型锚杆的特点，孔径较小的锚杆所获得的锚固效果要好于孔径大的。所以要求在摩擦型锚杆钻孔施工中，一定要注意孔径不要大于设计值。⑶锚杆注浆应尽量采用二次注浆的方法，在一次注浆后，如发现有问题，可及时采取补救措施，并减少砂浆的含气量。⑷喷射作业前，受喷面一定要清洗干净（土层受喷面可不清洗），以保证喷射混凝土与受喷面粘结牢固，使喷射混凝土和地层良好的共同工作。⑸喷射作业时，使喷头处的工作风压保持在0.1MPa左右；