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锚索框架梁施工方案

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2020年4月19日
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框架梁锚索防护施工方案

一、工程概况
汶川至马尔康高速公路是国务院批准的国家公路网规划 ~2030中的上海~成都高速公路-昌都联络线G4217中的重要路段，是交通运输部《升入实施西部大开发战略公路水路交通运输发展规划纲要 ~2020》“八纵八横”西部开发骨架公路网纵八线（阿勒泰~广州）和横五线（上海~喀什）的公用路段，是《四川省高速公路网规划》中成都~德格~西藏线和成都~阿坝~青海线的共用路段，也是四川汶川地震灾后恢复重建总体规划中一条通往重灾区的高质量生命线。
该项目的建设，对增强路网抗灾防灾能力，开发阿坝州旅游资源及矿产资源，发挥旅游产业优势，加快阿坝州少数民族地区脱贫致富，促进沿线经济社会快速发展，在区域路网中具有十分重要的意义。
米亚罗3号隧道出口，分布崩坡积层（Q4c+dl），以块石结构，灰黑色、褐灰色、灰色为主，石质成分以板岩、变质砂岩为主，少量千枚岩。结构不均，稍密，潮湿，透水性较好。钻孔揭露坡积厚度约5~15m。下卧层为三叠系上统侏倭组（T3zh），岩层由变质岩屑砂岩、凝灰质砂岩、粉砂质板岩、千枚岩等组成，该岩层厚度大于400m以上。
隧道开挖可能造成坡积层变形下滑，采用锚索框架梁进行加固处理。加固范围： K165+962~K165+992段共30m边坡，高度从设计标高14以上开始，顺坡高度30m。加固类型：3m×3m钢筋混凝土框架锚索植草。加固面积：900m2。
二、编制依据
1.公路隧道施工技术规范JTG F60- ；
2.公路工程地质勘察规范 JTG C20- ；
3.公路工程抗震规范 JTG B02- ；
4.公路建设项目环境影响评价规范 JTG B03- ；
5.汶川至马尔康高速公路两阶段设计文件；
6.已批复的C18合同段施工组织设计；
三、施工计划
1、施工准备
征地拆迁计划在6月1日前完成。坡面修整，清理坡面树根及危石，使坡面大致平整。搭设钢管架，搭建安全爬梯，设置材料运输通道，保证混凝土、钢筋、水泥、设备的正常供应。
2、锚索施工
计划6月6日起，6月28日完成。
3、框架梁及植草
因本工程处于高边坡顶面，搭建钢管架比较费时，计划采用流水作业，按3m一层，一次完成所有作业后再进入下一级防护。总体完工时间比锚索施工晚2~3天。
四、人员、设备配置
1、人员配置
序号
工种
人数
施工内容
备注
1
杂工
20
砍树挖根、搭设拆除架管、材料运输

2
钻工
6
钻机操作

3
钢筋混凝土工
12
框架梁钢筋制作、安装、模板、混凝土浇筑

4
张拉人员
8
预应力筋制作、安装、注浆、张拉

5
安全防护人员
4
安全防护工作

6
技术员
2

7
领工员
1

8
其它人员
9
机械司机等

小计
62

2、设备、材料配置
序号
设备名称
型号
数量
备 注
1
挖掘机
D320
1
平整场地、清理
2
48架管
48
42吨
工作台搭设
3
竹架板
30*300
1500
工作台和爬梯
4
潜孔钻

2
钻孔、清孔
5
注浆机

2
注水泥砂浆
6
张拉设备

1
锚索张拉
7
爬升

1
混凝土运输
8

3、试验检测
锚索张拉完成后，及时报验，按抽检频率完成抽验，避免后期检测困难。
五、总体施工方案
坡面砍树挖根完成后，及时清理平整坡面。搭设施工平台，搭设安全梯和爬升设备，从底层向上逐层施工。先测量定位锚索位置，用钻机钻孔、清孔后，安装PVC管，安装绑扎好的钢绞线，先注水泥浆，再注砂浆，安装预制块，初次张拉，二次张拉，施做框架梁钢筋，框架梁混凝土，铺植草网片，施做第二层锚索，直至全部施工完成第三次张拉，逐层拆除钢管架，完成。
六、关键工序
1、预应力锚索施工工艺
荷载分散型锚索一般分为拉力分散型锚索、压力分散型锚索和拉压分散型锚索，一般压力分散型锚索在高速公路工程中的应用最为普遍。
压力分散型锚索以无粘结钢绞线作为锚索体，其主体结构由自由段和锚固段组成。压力分散型锚索是在不同长度的无粘结钢绞线末端连接固定承载体（包括承载板和挤压套），注浆固定后，以一定的规律分配荷载张拉对应的钢绞线单元，设置在锚孔不同深度的承载体将拉应力转化为压应力经过浆体材料传递到锚固地层，提供工程组要的锚固力。
压力分散型锚索一般由两个或两个以上的单元锚索组成，每个单元锚索采用两根高强度、低松弛的无粘结钢绞线（直径15.24mm，强度1860MPa）经过特制的挤压簧和挤压套对称的内置于钢质承载板上组成。

图1 压力分散型锚索结构图
预应力锚索施工步骤：a锚索结构施工：包括施工准备、造孔、清孔、锚索制作、安装、注浆等；b框架梁施工：包括框架基础刻槽、砂浆衬垫找平、钢筋制作安装、模板安装、砼浇筑、养生、锚索长度检测等；c锚索张拉锁定：包括锚索张拉、锁定、试验检测、封锚等；d《预应力锚索框架梁施工工艺流程图》见图2。
1.施工准备
进行测量放样，搭设钻孔作业平台。
2.钻孔
钻孔一般采用100B钻机，钻机应严格按照设计要求的孔位、倾角、方位就位，在搭设钻机作业平台时应充分考虑这一点，倾角、方位用测斜仪定向。
钻孔必须采用干钻，施工人员配备必要的防尘装备或在空口安装吸尘装置，严禁采用水钻，以保锚索施工不至于恶化边坡岩体工程地质条件和保证孔壁黏结性能。
钻孔速度根据使用的钻机性能和锚固地层的情况严格控制，防止钻孔扭曲和变径，造成下锚困难或其它以外事故。
在钻进的过程中做好施工记录，包括地层变化情况、地下水及其它一些特殊情况。
在钻进的过程中如遇到塌孔、缩孔等现象，应立即停钻，进行固壁灌浆处理（灌浆压力0.1～0.2MPa），水泥砂浆初凝后重新扫孔钻进。
若遇到锚孔中承压水流出，一般待水量、水压变小后方可下安锚索和注浆，必要时在周围适当位置设置排水平孔或采用灌浆封堵二次钻进等方法处理。
孔径不小于130mm，孔深均不得小于30m设计值，为了确保钻孔直径要求实际使用的钻头直径不得小于130mm，钻孔深度一般要求超钻50cm。
3.清孔
钻孔完成后用高压风（风压0.2～0.4MPa）将孔内岩粉及水体全部清除出孔外，以免降低水泥砂浆与孔壁岩土体的粘结强度。
清孔完成后进行验孔，检查内容：孔径、孔深、清孔质量，复查孔位、倾角及方位。
4.锚索体制作安装
锚索采用4根s15.2mm低松弛钢绞线（1860MPa），锚具用15-4型的成套产品。
钢绞线下料长度为锚索设计长度+张拉段长度（一般按1.5m预留），采用机械切割，严禁采用电弧焊切割，下料长度误差不大于50mm。
钢绞线下料完成后进行组装，将下好的钢绞线平置于工作台上，每根钢绞线上下端一次做好编号标识，然后安装挤压套、挤压簧、承载板、限位片、架线环、注浆管、导向帽等。
挤压头组装时挤压套、挤压簧安装要准确，挤压顶推进时应均匀充分。
承载体组装时定位要准确，挤压套经过螺栓在承载体和限位片之间栓接牢固。架线环之间的间距按设计要求的控制，自由段架线环间距2.0m，锚固段架线环与紧箍环每隔0.75m间隔设置，以保证钢绞线顺直。锚孔空口位置必须设置架线环。注浆管穿索安装准确定位，绑扎结实牢固，深入导向帽5～10cm。导向帽点焊固定在最前端承载板上，预留溢浆孔，保证孔底返浆。
锚孔清孔完成后应及时安装锚索体，一般用人工扛抬至孔位处，按照设计倾角、方位人工平顺推进，中间尽量不要停顿，依靠锚索体的自重和惯性下滑入孔，推送过程中严禁抖动、扭转，防止中途散束河卡阻。如果出现散束和卡阻现象，应拔出锚索，重新清孔或钻孔后安装。
5.锚孔注浆
锚孔清孔、安装锚索体后24h内进行注浆，以免出现塌孔等其它意外情况。
锚孔注浆采用M35水泥砂浆，锚孔注浆一般采用孔底返浆的方式，直至孔口溢出新鲜浆液，排气管停止排气时，紧固止浆塞，注浆压力需达到0.4~0.6MPa，方可停止注浆。并在30min内进行孔底压注补浆2～3次，以确保孔口浆体充满。
2、框架梁施工
框架梁施工包括框架基础刻槽、砂浆衬垫找平、钢筋制作安装、模板安装、砼浇筑、养生等工序。
刻槽应严格按照设计要求的刻槽深度进行施工，如果深度不足造成框架梁裸露，严重影响后续绿化施工。
施工时要注意锚斜托台座下设有加强钢筋网，承压面必须平整，保证与锚索的轴线方向垂直，与框架梁砼同时浇筑。
砼入仓一般采用爬升斗配合小推车，条件允许的情况下也能够采用吊车配吊斗，在砼浇筑时应制备同条件养护试块。
3、锚索张拉
在锚斜托台座和注浆浆体强度达到80%以上时，进行张拉作业。
单根锚索设计锚固力不大于500KN.
安装锚具、夹片，锚具应与锚垫板和千斤顶密贴对中，千斤顶轴线应与锚孔、锚索保持同一轴线，确保均匀承载。
正式张拉前按设计荷载的10～20%进行预张拉，使各部位接触紧密，钢绞线完全平直。
压力分散型锚索因各单元锚索长度不同，张拉采用差异分布张拉，根据设计荷载和锚索长度计算确定差异荷载，根据计算的差异荷载进行分单元张拉。
差异伸长量和差异荷载增量计算公式（以三单元共六束压力分散型锚索为例）如下：
差异伸长量：
,
,,

差异荷载增量：

其中L1,L2,L3————分别为第一、二、三单元锚索的长度，且L1＞L2＞L3；
△L1,△L2,△L3————各单元锚索在给定最终张拉荷载作用下的伸长量；
△L1-2；△L2-3———各单元锚索在给定的最终张拉荷载作用下的差异伸长量；
σ————最终张拉荷载作用下单根钢绞线的应力；
P————最终张拉荷载作用下单根钢绞线的荷载；
A————单根钢绞线的截面面积；
E————钢绞线的弹性模量
△P1，△P2————分步差异张拉之第一步、第二步荷载增量；
锚索的预应力在补足差异荷载后分5级进行加载，既设计荷载的25%,50%,75%,100%,110%。在张拉最后一级荷载时，应持荷稳定10～15min后卸荷锁定。锚索锁定后如果在48小时内发现有明显的预应力损失现象，则应及时进行补偿张拉。
4.锚索验收试验
锚索的验收试验一般委托有相关资质的检测单位进行验收检测。验收试验的锚索数量不少于工程锚索总数的3%，且不得少于三根。
锚索验收试验以设计荷载的1.5倍计算差异伸长量和差异荷载增量，补足差异荷载后同步张拉到设计荷载的30%，作为起始荷载，分级加载的荷载值分别为设计荷载的0.5、0.75、1.0、1.2、1.33、1.5倍，最大试验荷载不能超过锚索承载力标准值的0.8倍，最大差异荷载增量如果大于设计荷载的30%，则以最大差异荷载增量作为起始荷载。
验收试验确定锚索合格的两个条件：
a验收试验中，从50%荷载到最大试验荷载之间测得的总位移量应当超过该荷载范围内锚索自由段长度的理论伸长量的80%，且小于自由段与1/2锚固段长度之和的理论伸长量。
b在最后一级荷载作用下的位移观测期内，锚头位移稳定，在10min内的
位移量不超过1mm，或者2h蠕变量不大于2mm。
5.封锚
验收合格后进行封锚。封锚前经过锚垫板补浆孔进行补浆，直至补浆孔溢浆为止，这是锚头防腐的重要环节。有预应力监测要求的钢绞线不切除，及时安装锚索测力计对锚索的预应力变化情况进行检测，根据预应力损失确定是否进行二次张拉。
七、质量控制
路堑开挖事先做好天沟、排水沟等排水措施，以防水流充刷边坡及地表水流入路堑影响施工。
锚索孔按设计图纸布置的孔位精确定位，垂直方向与水平方向的距离误差小于0.02m；钻孔的倾角及水平角误差控制在1度以下，孔斜率小于1/50。
钻机机台保持稳定牢固，在钻孔反推力作用下仍能保证钻机稳定和钻孔方向；钻孔施工尽量不扰动钻孔周围岩层，钻孔结束后，从孔底向外继续清孔至少10分钟。
锚索材料确保达到设计强度要求。钢绞线按设计长度用无齿锯锯断，并清除其上油污、锈斑后再进行防腐处理。自由段涂防腐剂后，用无氯石油沥青涂涮，等沥青硬化后，再涂黄油套塑料螺旋套管。制好后的锚索禁止直接放在泥土上，以防污染。
水泥砂浆的质量严格掌握，砂采用净化的河砂，并过筛分选。搅拌好的砂浆要再次过筛，以免水泥结块堵塞管路；注浆采用底孔注浆法，从孔底开始注浆。注浆时缓慢搅拌砂浆，直到注浆结束，砂浆灌注饱满密实。注浆材料固化前，禁止移动锚索。
张拉前应检查锚头等设备，确认合格后清污除锈。张拉前对张拉千斤顶油泵进行标定，给出千斤顶出力与压力表指示压强曲线。标定时千斤顶最大出力应多于锚索张拉时的值。
面板安装时确保与锚索轴线垂直，并与开挖坡面全面贴紧。张拉结束后，锚头部分应涂防腐剂，再用砼封闭。
正式施工前，按设计要求选3～5根锚索进行拉拨试验。试验中对锚索各部分变位性状做详细记录，根据试验结果确认设计荷载是否安全。拉拨、张拉试验时，应有设计、监理人员参加。
预应力锚索施工时应特别注意安全，严格加强现场安全管理，严格操作规程，以免发生危险，确保施工安全。
八、安全保证措施
高边坡作业严格按照高空作业要求办理，配备专职安全员监督现场钢管架、安全梯、工作台的安全，并对地基基础经常检查，雨天停止作业。
加强现场管理，搞好工地的保卫、防盗，搞好永久工程和临时工程安全，防止发安全事故，制订安全生产的组织措施，并制订严密的安全生产规程。
加强安全生产教育和预防教育，并制订以下预防措施，以保证员工的安全健康。
进入施工现场，戴好安全帽，系好安全带，禁止其它闲杂人员进入施工现场。
施工准备
原材料试验
材料准备
机具准备
搭设脚手架
施工放样
造 孔
钻 孔
高压清孔
钢绞线检验
下 料
编 索
锚索进孔
锚孔注浆
框架梁施工
张 拉
锁 定
封 锚
水泥砂浆试验
锚具检验
基本试验
工艺试验
工艺试验
按设计要求安装锚索测力计

图2 预应力锚索框架梁施工工艺流程图