(福建省交通建設(shè)工程監(jiān)理咨詢有限公司，福州350003)

壓力分散型預(yù)應(yīng)力錨索施工要點(diǎn)分析

■吳建業(yè)

(福建省交通建設(shè)工程監(jiān)理咨詢有限公司，福州350003)

在工程實(shí)踐中，壓力分散型預(yù)應(yīng)力錨索錨固工程鑒于其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、施工關(guān)鍵工序多，從而對施工技術(shù)及質(zhì)量控制提出了更高的要求。本文結(jié)合廈蓉高速漳州段改擴(kuò)建工程和溪互通A匝道邊坡工程，分析了壓力分散型預(yù)應(yīng)力錨索施工要點(diǎn)，就常見的施工質(zhì)量問題提出了解決措施，結(jié)論可為類似工程施工管理提供借鑒。

壓力分散型預(yù)應(yīng)力錨索施工工藝

1 引言

壓力分散型預(yù)應(yīng)力錨索一般采用2至4個(gè)結(jié)構(gòu)單元組成一個(gè)單孔復(fù)合型錨固體系，每個(gè)結(jié)構(gòu)單元采用兩根同樣長度的無粘結(jié)鋼絞線對稱固定在鋼制承載體圓盤同一直徑上，相鄰結(jié)構(gòu)單元一般間隔3～6m。預(yù)應(yīng)力張拉時(shí)，通過鋼絞線頂端的承載體圓盤將拉應(yīng)力轉(zhuǎn)為壓力作用在水泥芯柱(灌漿體)上，利用錨索孔壁的粘結(jié)力來分散張拉力，使得每根鋼絞線的受力都均勻而平衡進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對邊坡松動(dòng)巖土體的錨固。壓力分散型錨索具有分段受壓，承載力高，耐久防腐性能好的特點(diǎn)，以其出色的安全性、經(jīng)濟(jì)性和有效性廣泛地運(yùn)用于高邊坡的支撐與加固工程中。但同時(shí)，壓力分散型預(yù)應(yīng)力錨索由于其結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性且主體為地下隱蔽性工程，一旦失效邊坡將失穩(wěn)造成滑坡、溜坡等災(zāi)害，帶來極大的安全隱患和風(fēng)險(xiǎn)。

下文將結(jié)合廈蓉高速漳州段改擴(kuò)建工程和溪互通A匝道邊坡工程的實(shí)際施工管理，重點(diǎn)分析了壓力分散型預(yù)應(yīng)力錨索施工要點(diǎn)，并提出常見的施工質(zhì)量問題及解決措施。

2 工程概況

新建廈蓉高速漳州段改擴(kuò)建工程A2合同段作為單向下行線穿行于高落差的群山峻嶺之中，全長8.13km無隧道。設(shè)計(jì)路段高邊坡預(yù)應(yīng)力錨索加固工程15處。該工程所在地南靖縣和溪鎮(zhèn)受地形地貌結(jié)構(gòu)影響，常年降水量豐沛，導(dǎo)致地下水發(fā)育豐富，次生斷裂帶較多，山體巖層產(chǎn)狀較紊亂，巖體破碎松散，節(jié)理裂隙發(fā)育，高邊坡以砂土狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖質(zhì)為主。已開挖未加固高邊坡受雨水沖刷，水土流失痕跡明顯。

其中和溪互通A匝道最高約68.1m，為二元結(jié)構(gòu)邊坡，上覆坡積粉質(zhì)粘土、殘積砂質(zhì)粉土、強(qiáng)風(fēng)化花崗巖；下伏碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖。由于該邊坡高度較大，穩(wěn)定性較差，設(shè)計(jì)采用以四束、六束、八束壓力分散型預(yù)應(yīng)力錨索進(jìn)行加固。

3 壓力分散型預(yù)應(yīng)力錨索施工要點(diǎn)

3.1 施工工序

壓力分散型預(yù)應(yīng)力錨索施工的內(nèi)容包括施工準(zhǔn)備、造孔、錨索制作與安裝、注漿、砼結(jié)構(gòu)鋼筋制安及砼澆筑、錨索張拉鎖定、驗(yàn)收、封錨等7個(gè)環(huán)節(jié)。施工工序如圖1所示。

圖1 壓力分散型預(yù)應(yīng)力錨索施工工序

3.2 造孔

主要內(nèi)容包括孔位測放、鉆機(jī)就位、施鉆、錨孔清理、錨孔檢驗(yàn)。

錨孔鉆造成孔技術(shù)關(guān)鍵在于如何防止孔壁坍塌、卡鉆，一般可采用跟管鉆進(jìn)技術(shù)或注漿固結(jié)后再次成孔來處理；在鉆孔施工過程中認(rèn)真做好記錄，內(nèi)容包括鉆進(jìn)深度，地質(zhì)情況描述以及富水情況等；鉆孔在達(dá)到設(shè)計(jì)深度后要超鉆50cm，并穩(wěn)鉆3～5min防止孔底尖滅，及時(shí)利用高壓空氣將錨孔中的巖(土)粉塵排出孔外。嚴(yán)禁水鉆。

3.3 錨索制作與安裝

錨筋制作安裝錨筋制作前應(yīng)搭建高于地面50cm的制作平臺，下料應(yīng)整齊準(zhǔn)確，確保長度偏差不超過± 50cm。特別要強(qiáng)調(diào)的是，不同單元的鋼絞線在下料時(shí)的標(biāo)記一定要清晰、準(zhǔn)確、牢靠，防止不同單元混淆以致被超張拉而拉斷。擠壓頭的組裝，擠壓套、擠壓簧應(yīng)安裝準(zhǔn)確，擠壓頂推進(jìn)應(yīng)均勻。另外下索時(shí)錨孔孔口處位置必須設(shè)置一個(gè)架線環(huán)，保證張拉時(shí)錨孔中的鋼絞線順直不扭曲。

3.4 注漿施工

錨孔鉆造完成后，應(yīng)及時(shí)安裝錨索體并進(jìn)行錨孔注漿，原則上不得超過24h。要嚴(yán)格控制漿液的水灰比，一般采用0.4～0.5的純水泥漿，必要時(shí)可以加入一定量的外加劑或摻加劑。

錨孔灌漿作業(yè)必須施行孔底返漿方式注漿，直至錨孔孔口溢出漿液或排氣管停止排氣時(shí)，方可停止。必要時(shí)采用二次高壓注漿，即劈裂注漿。注漿壓力不宜低于2.5MPa并分段依次由下至上進(jìn)行。

3.5 錨索框架

主要內(nèi)容包括坡面刻槽、框架梁鋼筋綁扎、模板制作及安裝、砼澆筑。

控制要點(diǎn)有框架梁刻槽須嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求深度嵌入坡體，經(jīng)砂漿調(diào)平后方可進(jìn)砼結(jié)構(gòu)鋼筋制作安裝。在橫梁與豎梁交匯處錨孔孔口處鋼筋布置時(shí)須給予錨索張拉提升時(shí)的活動(dòng)空間，嚴(yán)禁鋼筋勒住錨索，防止錨筋受到意外剪切力而被拉斷，因?yàn)轭A(yù)應(yīng)力鋼絞線在高應(yīng)力作用下的抗拉強(qiáng)度非常大但抗剪切性能非常脆弱。外錨頭處錨墊板，加強(qiáng)鋼筋網(wǎng)片和螺旋筋應(yīng)可靠連接。

3.6 張拉鎖定與封錨

錨筋張拉鎖定是錨索施工中最重要的環(huán)節(jié)，直接決定錨索框架防護(hù)工程的成敗。在注漿體與框架梁混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的80%以上后方可進(jìn)行錨孔的張拉鎖定。張拉之前應(yīng)先進(jìn)行差異荷載的張拉計(jì)算。

現(xiàn)以和溪互通A匝道AK1+460-AK1+720段右側(cè)二級邊坡(2-1-1號)錨孔為例進(jìn)行分析。

該孔錨索總長24m，錨固段長度12m，設(shè)計(jì)拉力600kN，單孔束數(shù)6束。壓力分散型錨索規(guī)格為以15-7Φ5的預(yù)應(yīng)力鋼絞線為主筋，單根直徑為5.0mm的鋼絲，7根鋼絲組成一股鋼絞線，每股鋼絞線的直徑為15.2mm，單束鋼絞線的截面積為140mm2，抗拉強(qiáng)度為1860MPa，每股鋼絞線的理論破斷值為260.4kN，按0.7的安全系數(shù)每股鋼絞線可承受的安全荷載為182kN。

壓力分散型錨索各單元差異伸長量和差異荷載增量計(jì)算公式如下。

差異伸長量:

差異荷載增量：

其中，L1，L2，L3——分別為第一、二、三單元錨索的長度(應(yīng)為有效張拉長度，即考慮錨具張拉千斤頂限位板的長度0.408m),L1=24.408m＞L2=20.408m＞L3=16.408m；

ΔL1,ΔL2,ΔL3——各單元錨索在給定最終張拉(設(shè)計(jì)鎖定)荷載作用下的伸長量,ΔL1=107.3mm,ΔL2=107.3mm, ΔL3=107.3mm；

ΔL1-2,ΔL2-3——各單元錨索在給定最終張拉(設(shè)計(jì)鎖定)荷載作用下的差異伸長量,ΔL1-2=17.58mm,ΔL2-3= 17.58mm；

σ——給定最終張拉(設(shè)計(jì)鎖定)荷載作用下鋼絞線束應(yīng)力，σ=0.857MPa；

P——給定最終張拉(設(shè)計(jì)鎖定)荷載作用下單根鋼絞線束荷載，P=120kN；

A——單根鋼絞線束的截面面積，取140mm2；

E——鋼絞線的彈性模量，取195MPa/m2；

ΔP1，ΔP2——分步差異張拉之第一、二步級張拉荷載增量，計(jì)算得ΔP1=39.33kN,ΔP2=86.36kN。

根據(jù)壓力分散型錨索各單元差異伸長量和差異荷載增量計(jì)算公式，計(jì)算結(jié)果見表1。

4 常見施工質(zhì)量問題分析

4.1 鋼絞線位移不收斂

錨索張拉時(shí)出現(xiàn)外錨頭處鋼絞線位移不收斂的情況(圖2)，其原因大概涉及工程地質(zhì)條件、建筑材料、施工工藝等三方面。

表1 錨索張拉計(jì)算結(jié)果表

(1)工程地質(zhì)條件方面。錨固段實(shí)際地質(zhì)為土層或砂土狀強(qiáng)強(qiáng)風(fēng)化巖層等不符合設(shè)計(jì)的軟弱地層，錨固力達(dá)不到設(shè)計(jì)要求.

(2)材料方面。所使用的擠壓套、承載體、工具錨夾片等質(zhì)量不合格。

(3)施工工藝方面。

①清孔不徹底，造成錨索下索后錨固段地層局部塌孔，泥沙淤塞，灌漿體無法包裹錨固段錨索。

②錨孔注漿未實(shí)行孔底返漿或雖實(shí)行孔底返漿但因注漿管內(nèi)局部壓力過大而爆管，錨固段漿體不飽滿、不密實(shí)。

③內(nèi)錨頭承載體銹蝕破壞，不能承受張拉荷載。

④擠壓操作時(shí)擠壓壓力不足，質(zhì)量不合格。

圖2 鋼絞線斷絲

4.2 鋼絞線斷絲、斷束

張拉過程中在未達(dá)到預(yù)定張拉荷載時(shí)鋼絞線出現(xiàn)斷絲、斷束，其原因涉及材料、施工工藝等兩方面。

(1)材料方面，所使用的鋼絞線存在尺寸偏差，實(shí)際截面積偏小，彈性模量實(shí)際過小。

(2)施工工藝方面。

①錨孔孔道不是一條理想直線，而是受重力等影響呈拋物線狀或螺旋狀等。

②鋼絞線編制過程中，鋼絞線纏繞扭曲，張拉時(shí)局部應(yīng)力集中。

③錨索編制過程中錨索不同單元標(biāo)記不清晰、不牢靠，而出現(xiàn)張拉過程中某單元索體本應(yīng)后張拉卻先行補(bǔ)償張拉導(dǎo)致受到超張拉破壞。

④框架梁鋼筋制作安裝時(shí)孔口處橫梁鋼筋勒住錨筋使其在張拉時(shí)意外受到較大剪切力。

⑤錨斜托處混凝土澆筑時(shí)，混凝土漿液進(jìn)入波紋管和錨墊板內(nèi)發(fā)生粘結(jié)，張拉時(shí)未進(jìn)行清除而使錨筋受到剪切力破壞。

4.3 錨斜托破裂

張拉過程中，錨斜托承載力不足而破裂變形(圖3)，原因有兩方面。

(1)錨斜托處鋼筋安裝不符合要求，加強(qiáng)鋼筋網(wǎng)片、螺旋筋、錨墊板未緊密結(jié)合在一起。

(2)混凝土強(qiáng)度不足，砼澆筑后未達(dá)到齡期而提前張拉或混凝土澆筑時(shí)振搗不到位，混凝土不密實(shí)，與加強(qiáng)筋結(jié)合不緊密。

圖3 錨斜托破裂變形

5 解決措施

(1)所有材料進(jìn)場后須檢驗(yàn)合格后方可使用。

(2)重視基本試驗(yàn)對錨固設(shè)計(jì)和工程施工工藝、施工質(zhì)量的驗(yàn)證檢驗(yàn)作用。

(3)鉆孔過程中不時(shí)調(diào)整鉆機(jī)、鉆桿角度、方位，保證錨孔孔徑盡量近似直線運(yùn)動(dòng)降低錨孔軸向壓縮與錨固段孔壁剪切變形影響。

(4)編索時(shí)不同單元錨索標(biāo)記清晰、牢靠，必要時(shí)采取雙重標(biāo)記。

(5)注意監(jiān)控?cái)D壓質(zhì)量，確保最大擠壓壓強(qiáng)達(dá)到30MPa以上。

(6)嚴(yán)格執(zhí)行孔底返漿，在錨孔富水時(shí)采用二次劈裂注漿法，遇地層裂縫時(shí)加大水泥供應(yīng)量，加大注漿量和強(qiáng)度。

(7)注漿時(shí)孔口處設(shè)置架線環(huán)，保證孔道內(nèi)錨索順直不扭曲。

(8)注意孔口處橫梁與豎梁交結(jié)處也就是錨孔處鋼筋綁扎，適當(dāng)調(diào)整鋼筋間距，保證錨索張拉空間。

(9)確?？卓谔幉y管長度、防止振搗時(shí)混凝土進(jìn)入波紋管內(nèi)，注意錨斜托處混凝土振搗，保證錨斜托混凝土密實(shí)。

(10)將錨墊板加強(qiáng)鋼筋網(wǎng)盤和螺旋筋用14#鐵絲綁扎固定成一整體后再套入模板內(nèi)澆筑。

(11)加強(qiáng)混凝土澆筑厚的養(yǎng)護(hù)工作，養(yǎng)護(hù)不達(dá)到規(guī)定時(shí)間不張拉。

(12)錨斜托處鋼筋模板安裝完畢后孔口設(shè)置一定位環(huán)，讓不同單元錨索自然分離不粘結(jié)。

6 結(jié)論

(1)錨筋張拉鎖定是壓力分散型預(yù)應(yīng)力錨索施工中最重要的環(huán)節(jié)，直接決定錨索框架防護(hù)工程的成敗。

(2)壓力分散型預(yù)應(yīng)力錨索施工中易出現(xiàn)鋼絞線位移不收斂、鋼絞線斷絲、斷束、錨斜托破裂等三方面問題。施工中應(yīng)詳細(xì)了解工程地質(zhì)條件，確保建筑材料符合要求，嚴(yán)格把關(guān)施工工藝流程。

(3)和溪互通A匝道邊坡已經(jīng)開挖完成，邊坡的加固措施正常發(fā)揮作用，坡體穩(wěn)定性得到了保證。

[1]福建省高速公路施工標(biāo)準(zhǔn)化管理指南第二分冊:路基工程(第二版).北京：人民交通出版社，2013.

[2]巖土錨桿與噴射混凝土支護(hù)工程技術(shù)規(guī)范.北京：中國計(jì)劃出版社，2016.

[3]杜紹軍,王洪洋.關(guān)于錨索施工應(yīng)注意的幾個(gè)問題.青海交通科技, 2003.