曾懿生

(核工業(yè)華南建設(shè)工程集團(tuán)公司,廣東 廣州 510000)

隨著時(shí)代的進(jìn)步和社會(huì)的發(fā)展，我國(guó)交通運(yùn)輸事業(yè)發(fā)展迅速，公路工程數(shù)量越來(lái)越多。在高速公路邊坡工程中，在多種因素作用下，山體可能出現(xiàn)沿著剪切面的滑移和破壞。因此為了確保公路邊坡的穩(wěn)定性，多采用預(yù)應(yīng)力錨索加固坡體[1]。采用預(yù)應(yīng)力錨索對(duì)邊坡進(jìn)行加固，可以有效地將結(jié)構(gòu)與地層連接在一起，形成統(tǒng)一的復(fù)合體，這樣可以有效提高潛在滑移面的抗剪強(qiáng)度，確保其穩(wěn)定性[2]。

1　工程概況

某高速公路，標(biāo)段左側(cè)邊坡的最高等級(jí)為四級(jí)，其級(jí)垂直高度為8 m，其中一級(jí)邊坡坡率為1∶0.5～1∶1.25，二級(jí)邊坡坡率為1∶1.0—1∶1.25，三級(jí)邊坡坡率為1∶1.25，四級(jí)邊坡坡率為1:1.25，邊坡最大值為32.3 m，屬于類土質(zhì)，邊坡表層是全風(fēng)化的云母石(英片巖)，達(dá)2～3 m厚，下層為強(qiáng)風(fēng)化砂土狀的云母石(英片巖)，達(dá)8～10 m厚；下伏為強(qiáng)風(fēng)化碎塊狀云母石(英片巖)，層面產(chǎn)伏達(dá)270°，邊坡的穩(wěn)定性差，且高、陡，應(yīng)采取加固處理方式。

2　工程邊坡加固項(xiàng)目方案

為保障工程邊坡的穩(wěn)定性，施工團(tuán)隊(duì)擬在工程第一級(jí)位置設(shè)計(jì)非預(yù)應(yīng)力的錨桿框架(ZK101+390到ZK101+470段)，于第二級(jí)、第三級(jí)位置設(shè)計(jì)預(yù)應(yīng)力的錨索框架加固坡體，錨索框架結(jié)構(gòu)為：高為8 m、寬為8 m，比例為1∶1.25，框架均設(shè)置6索、4孔預(yù)應(yīng)力錨索。第二級(jí)的邊坡坡面上排、下排錨索長(zhǎng)度共18 m，單孔拉力為700 kN，錨固段長(zhǎng)為10 m；第三級(jí)的邊坡坡面錨索上排長(zhǎng)度為20 m、下排長(zhǎng)度為18 m，單孔拉力為700 kN，錨固段長(zhǎng)為10 m，如圖1所示。

圖1　左側(cè)邊坡加固工程平面布置圖(ZK101+370～ZK101+525段)

2.1　設(shè)計(jì)邊坡框架梁

該工程的錨索地梁框架使用澆筑施工方式[3]，用C25混凝土，基底調(diào)平使用鋪墊施工方式，在豎肋基礎(chǔ)上鋪墊5 cm后的砂漿，調(diào)平基底后，制作、安裝鋼筋，框架需嵌入50 cm深，坡面需露出10 cm左右，具體如圖2所示：

圖2　預(yù)應(yīng)力錨索的框架圖

2.2　設(shè)計(jì)錨索

本工程的錨索選擇分散壓力型錨索，共有3個(gè)單元錨，單元錨索由Φ15.24(2根)、鋼絞線組成，鋼絞線具備低松弛、高強(qiáng)度(強(qiáng)度達(dá)1 860 MPa)、無(wú)粘結(jié)等多種特征[4]，同時(shí)，鋼絞線利用擠壓套、擠壓簧等設(shè)備，固定在鋼質(zhì)承載體上，單根的連接強(qiáng)度應(yīng)超過(guò)200 k·Nm。

3　錨索施工工藝

3.1　錨索施工原理

逐級(jí)開(kāi)挖高邊坡、修整坡面后，按照設(shè)計(jì)的間距，借助潛孔鉆將假想滑動(dòng)土體鉆穿，直到穩(wěn)定土體后，且到相應(yīng)深度后設(shè)置錨索孔，孔道在穩(wěn)定土體中最里面的一段是錨固段，其余孔道均為自由段，利用鋼絞線(無(wú)粘結(jié))已經(jīng)加工好的錨筋體安裝在孔道中，經(jīng)由孔底到孔口，利用微膨脹水泥進(jìn)行注漿直到飽滿，使其充滿孔道水泥漿體，凝固之后使其與孔壁土體融合成整體，形成堅(jiān)固的錨固體[5]。

3.2　施工程序

錨索的施工工藝為：測(cè)量放樣毛孔、鉆機(jī)就位——鉆造錨孔——清理錨孔——檢驗(yàn)錨孔——編排錨孔——下錨——澆筑、注漿錨索框架——第一次、第二次張拉——封錨。

3.3　機(jī)械設(shè)備

錨索施工機(jī)械設(shè)備：注漿機(jī)(2SNS)、空壓機(jī)(9 m3/min)、鉆孔孔徑150 mm的潛孔鉆機(jī)、千斤頂(YCW150型)、電動(dòng)油泵(ZB4500型)。

3.4　錨索試驗(yàn)

錨索試驗(yàn)的目的主要在于：科學(xué)驗(yàn)證錨固地層的設(shè)計(jì)參數(shù)、工作錨索不同部分綜合性能，同時(shí)，試驗(yàn)也應(yīng)考慮錨索體在施工過(guò)程中、搬運(yùn)過(guò)程、存儲(chǔ)過(guò)程、安裝過(guò)程的抗物理破壞能力，明確邊坡地層錨索安全系數(shù)、最大極限承載力[6]，分析地層條件中錨索錨固力的影響因素、程度；仔細(xì)檢查錨索施工工藝，重新校驗(yàn)設(shè)計(jì)參數(shù)，如果發(fā)現(xiàn)相應(yīng)問(wèn)題，應(yīng)采取針對(duì)性變更、完善對(duì)策[7]。

3.5　錨索施工方案

3.5.1鉆造錨孔

3.5.1.1測(cè)量、放樣錨孔

按照工程施工設(shè)計(jì)圖，在坡面上準(zhǔn)確測(cè)放錨孔位置，孔位放置在坡面上的縱橫誤差應(yīng)不可超過(guò)±50 mm。

3.5.1.2要求鉆機(jī)就位

鉆進(jìn)施工過(guò)程中，應(yīng)根據(jù)施工設(shè)計(jì)圖[8]，搭設(shè)好承載能力強(qiáng)、穩(wěn)定性高的腳手架，結(jié)合坡面測(cè)放錨孔孔位安裝、固定好鉆機(jī)，以實(shí)際情況為基礎(chǔ)調(diào)整機(jī)位，錨孔開(kāi)鉆就位的高程誤差不可超過(guò)±100 mm、縱橫誤差不可超過(guò)±50 mm、方位誤差不可超過(guò)±2°、傾角誤差不可超過(guò)±1°。

3.5.1.3鉆進(jìn)施工方式

鉆進(jìn)錨孔時(shí)使用無(wú)水干鉆方式，不可使用通水鉆進(jìn)施工方式，從而保障錨固施工工程不會(huì)破壞邊坡巖土本身的地質(zhì)條件，提升孔壁整體粘結(jié)性能。同時(shí)，鉆孔速度應(yīng)結(jié)合錨固底層實(shí)際情況、鉆機(jī)性能，預(yù)防鉆孔變徑、扭曲問(wèn)題，避免其他安全事故，降低下錨的難度。

3.5.1.4孔徑深度

鉆孔的孔深、孔徑應(yīng)滿足設(shè)計(jì)值，鉆頭直徑須超過(guò)設(shè)計(jì)孔徑，同時(shí)，鉆孔深度應(yīng)超過(guò)設(shè)計(jì)深度約0.5 m以上，鉆進(jìn)深度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，不可馬上停鉆，穩(wěn)鉆約1～2 min，避免孔底尖滅，并對(duì)錨孔進(jìn)行清理[9]。

3.5.1.5清理錨孔

要求鉆孔孔壁不可帶有水體粘滯、沉渣，完成鉆孔后，應(yīng)利用風(fēng)壓為0.2～0.4 MPa的高壓空氣清除水體、孔內(nèi)巖粉，避免降低孔壁巖土體、水泥砂漿粘結(jié)強(qiáng)度，如果錨孔中流出承壓水，直到水量、水壓變小之后，可安裝錨筋、進(jìn)行注漿，必要的情況下應(yīng)在周圍位置設(shè)計(jì)排水孔。

3.5.2檢驗(yàn)錨孔

鉆造施工完成后，應(yīng)仔細(xì)檢查孔深、孔徑，驗(yàn)孔使用標(biāo)準(zhǔn)鉆桿與設(shè)計(jì)好的孔徑鉆頭，正式驗(yàn)孔時(shí)，必須平穩(wěn)推進(jìn)鉆頭，防止出現(xiàn)抖動(dòng)、沖擊問(wèn)題[10]。鉆具實(shí)際驗(yàn)送長(zhǎng)度符合設(shè)計(jì)要求，退鉆也應(yīng)保持順暢。通過(guò)高壓風(fēng)進(jìn)行吹驗(yàn)可有效避免水體情況以及飛濺沉渣問(wèn)題。

3.5.3編束錨索

3.5.3.1下料、安裝過(guò)程

編束錨索之前，施工人員應(yīng)檢查好鋼絞線，要求鋼絞線不存在扭曲、交叉等問(wèn)題，排列應(yīng)保持順直、均勻，根據(jù)設(shè)計(jì)尺寸進(jìn)行下料，長(zhǎng)度誤差應(yīng)小于±50 mm，同時(shí)，預(yù)留好的張拉段鋼絞線長(zhǎng)度約1.5 m，要求用機(jī)械切割鋼絞線，不可使用電弧進(jìn)行切割，及時(shí)剔除機(jī)械損傷、死彎等材料，保障除銹、除油處理過(guò)程合格。

3.5.3.2接裝導(dǎo)向帽

錨索體完成組裝隔離支架的施工后，必須在錨索體的底端位置將導(dǎo)向帽接裝好，確保下錨的順利進(jìn)行[11]。施工人員應(yīng)按照相關(guān)設(shè)計(jì)要求，嚴(yán)格制作好導(dǎo)向帽，制作的誤差小于±5 mm，同時(shí)，接裝定位的誤差小于±20 mm。

3.5.3.3架設(shè)線環(huán)

線環(huán)的原材料有塑料、鋼質(zhì)、不會(huì)損害錨筋體材料，禁止使用木質(zhì)型隔離支架。

3.5.3.4選擇合適的塑料套管

其型號(hào)、材質(zhì)以及規(guī)格均與設(shè)計(jì)要求相符，強(qiáng)度較高，確保套管在安裝、加工時(shí)不會(huì)被損壞。如果有接頭的情況，需將接頭位置捆綁牢固，做好密封處理工作，避免破損、拉脫等現(xiàn)象。

3.5.3.5注漿管

按照設(shè)計(jì)要求準(zhǔn)備注漿管，保障其強(qiáng)度，確保注漿工序的順利進(jìn)行，避免出現(xiàn)破損、堵塞、拉斷、爆管的問(wèn)題，注漿管的頭部位置距離錨筋體末端位置約50～100 mm。

3.5.4下錨

將錨筋體放入錨孔之前，應(yīng)仔細(xì)復(fù)查錨筋體的整體制作質(zhì)量，保障其符合相關(guān)設(shè)計(jì)要求，仔細(xì)清除錨孔內(nèi)部、外部四周的雜物，錨筋體的長(zhǎng)度保持與設(shè)計(jì)錨孔深度一致，錨筋體必須沒(méi)有明顯的彎曲問(wèn)題，確定錨筋的防護(hù)介質(zhì)不存在損傷問(wèn)題，有損傷時(shí)應(yīng)及時(shí)修復(fù)[12]。

3.5.5注漿施工

3.5.5.1注漿的施工原材料

純水泥漿的水灰比控制在0.4～0.45，如果錨固段位置遇到地下水豐富、砂土狀強(qiáng)風(fēng)化層時(shí)，可借助二次高壓劈裂注漿法提升地層整體錨固力。

3.5.5.2注漿漿液

嚴(yán)格按照相關(guān)配合比制作注漿漿液，將其攪拌均勻，在漿液初凝前完成注漿工作，避免雜物、石塊等物質(zhì)進(jìn)入漿液[13]。注漿漿體的強(qiáng)度超過(guò)設(shè)計(jì)要求的40 MPa，按照批次制作預(yù)制件，使用孔底返漿施工方法進(jìn)行錨孔注漿，注漿的壓力約2.0 MPa，到孔口有新鮮漿液溢出后停止施工，禁止孔口注漿、抽拔注漿管的現(xiàn)象。

3.5.6封錨施工過(guò)程

鎖定錨筋后，使用機(jī)械切割方式，將余露的錨筋切割好，預(yù)留5～8 cm的外露錨筋，避免拽滑問(wèn)題，使用水泥漿將錨頭各個(gè)位置空隙、錨墊板注滿，通過(guò)砼進(jìn)行封頭，避免銹蝕問(wèn)題。

4　檢測(cè)錨索施工質(zhì)量、邊坡穩(wěn)定情況

4.1　檢測(cè)錨固工程施工質(zhì)量

檢測(cè)邊坡預(yù)應(yīng)力錨索施工質(zhì)量的過(guò)程中，分為以下3個(gè)子項(xiàng)目：

4.1.1檢測(cè)抗拔力

如果試驗(yàn)檢測(cè)的荷載已經(jīng)到達(dá)1.5倍的設(shè)計(jì)荷載，對(duì)應(yīng)的伸長(zhǎng)量可滿足相關(guān)要求，且沒(méi)有被破壞；

4.1.2檢測(cè)長(zhǎng)度

超過(guò)設(shè)計(jì)長(zhǎng)度的90.0%以上，不足長(zhǎng)度小于0.5 m；

4.1.3檢測(cè)張拉質(zhì)量

張拉鎖定的荷載超過(guò)設(shè)計(jì)荷載的90.0%，小于設(shè)計(jì)荷載的110.0%，對(duì)應(yīng)的伸長(zhǎng)量可滿足相關(guān)要求，且沒(méi)有被破壞。錨索張拉質(zhì)量檢測(cè)結(jié)果如表1所示。

表1　錨索張拉質(zhì)量檢測(cè)結(jié)果

圖3　深部位移、地下水位監(jiān)測(cè)示意圖

4.2　監(jiān)測(cè)邊坡、預(yù)應(yīng)力、錨索應(yīng)力

完成錨索加固施工后，邊坡上設(shè)置觀測(cè)點(diǎn),深部位移、地下水位監(jiān)測(cè)示意圖如圖3所示，以長(zhǎng)期穩(wěn)定監(jiān)測(cè)邊坡情況，布設(shè)ZK1～ZK4，即地下水位監(jiān)測(cè)孔以及深部位移(4孔)；JC1～JC4，即錨索預(yù)應(yīng)力監(jiān)測(cè)孔(4孔)；巡查地表宏觀變形情況[14]。經(jīng)過(guò)1年的監(jiān)測(cè)、觀察，邊坡巖體、錨墩位置未出現(xiàn)變形問(wèn)題，邊坡穩(wěn)固，以ZK4#為例，工程深部位移監(jiān)測(cè)如圖3所示，圖像未發(fā)現(xiàn)滑動(dòng)變形等問(wèn)題，受到施工以及坡體蠕動(dòng)變形等因素的影響，觀察孔數(shù)據(jù)曲線呈現(xiàn)出擺動(dòng)特征，地下水位監(jiān)測(cè)具體情況如圖4所示，曲線未發(fā)現(xiàn)異常問(wèn)題，且呈現(xiàn)出正常的季節(jié)性變化特征[15]。以MS2-1-1為例，錨索應(yīng)力監(jiān)測(cè)結(jié)果如圖5所示，雖然應(yīng)力值有一定程度的降低，但數(shù)值依舊超過(guò)650 kN，為大于預(yù)警值，后來(lái)施工人員經(jīng)過(guò)分析查找，除了損失應(yīng)力外，框架嵌入的坡面深度較小，且刻槽后的砂漿基底未達(dá)到相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，C25砼嵌補(bǔ)的局部架空并不充實(shí)，使得錨索應(yīng)力張拉之后坡面出現(xiàn)沉降，降低了錨索應(yīng)力值。

圖4　左側(cè)邊坡(ZK101+370～ZK101+525)監(jiān)測(cè)孔地下水位監(jiān)測(cè)曲線

圖5　左側(cè)邊坡(ZK101+370～ZK101+525)MS2-1-1應(yīng)力監(jiān)測(cè)結(jié)果

5　結(jié)束語(yǔ)

總之，工程施工過(guò)程中應(yīng)用預(yù)應(yīng)力錨索施工工藝，具有操作簡(jiǎn)單、造價(jià)較低、施工效率高、安全性高等多種優(yōu)點(diǎn)，是當(dāng)前運(yùn)用得較為廣泛的高邊坡加固技術(shù)。因此，在實(shí)際施工過(guò)程中，施工人員應(yīng)以工程情況為基礎(chǔ)，科學(xué)引入預(yù)應(yīng)力錨索施工工藝，優(yōu)化其施工方案。本工程通過(guò)采用預(yù)應(yīng)力錨索錨固技術(shù)后，很好地解決了因地質(zhì)基脆弱，坡體結(jié)構(gòu)復(fù)雜而產(chǎn)生的路塹邊坡變形和破壞的問(wèn)題，確保高速公路邊坡的穩(wěn)定和結(jié)構(gòu)安全。

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