预应力锚索加固高边坡路堑边坡施工技术探讨.docx

预应力锚索加固高边坡路堑施工技术探讨
中铁24局福建公司 陈春好

【摘 要】：预应力锚索对于高边坡路堑加固， 具有较好的固坡效果，近来在铁路的高边坡加固中得到越来越多的应用，本文着重对预应力锚索的施工工艺及注意事项进行了探讨，旨在引导正确的施工方法，从而达到预期的加固效果。
【关键词】：预应力锚索 高路堑 加固技术
1、工程概况
梅坎铁路（福建段）A标段DK1+160～+245段，地处低山地貌区，自然坡25-55。，植被发育，山坡表层为砂粘土夹砾石，呈褐黄色，硬塑，厚度为0-6m米；其下为Y52花岗岩，呈褐黄色夹灰白色，极严重风化，厚度为3-8m米；再下为Y52花岗岩，呈褐黄色夹灰白色，严重风化，厚度为6-16m米；最下为Y52花岗岩，呈褐黄色夹灰白色，颇重风化，地下水较为发育。
线路中心最大挖深16米，左侧堑坡最高为29米，为降低堑坡高度及增加堑坡的稳定，设计采用预应力锚索加锚喷网防护进行加固。锚索设计指标：r=19KN/m,∮=40。,k=1.25,砂浆与孔壁的抗剪强度为400kpa。
2 、锚索布置
2．1锚索的布置
锚索沿线路纵向间距4.0m ,竖向间距3.0m，按距形布置。其布置见锚索平面布置图（附图1）。锚索孔直径110mm，倾角为15度。，孔深14-20m、张拉吨位为300KN。

2．2预应力锚索的结构
预应力锚索由外锚墩、锚索体和锚固段三部份组成，其结构见锚索结构图（附图2）。锚索锚固段长6.0m，每孔设三根钢铰线；外锚墩设在孔口外，其作用是为锚索提供张拉力和锁定的部位。锚具采用柳州建筑机械厂生产的OVM15-3，外锚墩采用C30钢筋混凝土。锚索采用1860级、∮=15.24mm的高强度低松弛的预应力钢铰线。内锚固段采用M40水泥砂浆。

3 、锚索施工
3．1机械配备
主要工程机械配备有： QZ100K型潜孔钻1台，空压机GR-600型1台，手持凿岩机YQ-18型2台，千斤顶YCW100B型1台，高压油泵ZB4-500型1台，混凝土喷射机PZ-5B型1台，注浆泵3SNS1台。
3．2施工工艺流程图
边坡开挖—→钻孔—→清孔—→下锚—→锚固段注浆—→浇注锚墩—→ 张拉—→张拉段注浆—→补张拉—→张拉段补浆—→封锚—→边坡开挖
3．3边坡开挖
边坡开挖采用竖向分层，纵向分段的作业方式。每层开挖高度为1.8m，每段开挖长度为24m。为方便弃碴，考虑到路堑中部线路右侧边坡高度只有8米，且施工便道从旁经过，在此处开一弃碴马口，极大的方便了施工。
3．4施工工艺
3．4．1钻孔
搭设好脚手架，在脚手架上安放钻机，根据测量定出的孔位，用方向架定出锚索的方向，据之调整好钻机位置，确认无误后固定钻机，安好冲击器和钻头，接好风管钻孔。钻孔时钻杆方向要与锚索方向一致，每钻进5m效正一次钻杆方向。钻孔至设计深度后停钻，取下钻杆和钻具。检查孔深无误后，用高压风洗孔，吹出孔内的岩屑粉尘。

锚索钻孔的允许偏差和检验方法 表1
项次
项 目
允许偏差
检 验 方 法
1
孔位
坡面纵向
±50mm
用经伟仪或拉线和尺量检查
坡面横向
±50mm
孔口标高
±100mm
用水准仪或拉线和尺量检查
2
孔向
孔轴线倾角
±1.0°
用测角仪或地质罗盘检查
孔轴线方位
±2.0°
用经纬仪或地质罗盘检查
孔底偏斜
满足设计要求
用钻孔测斜仪检查
3
孔径
满足设计要求
验钻和尺量检查
4
孔深
大于设计深度20cm
验钻和尺量检查
在钻孔过程中遇到了渗水和塌孔，对此，采用了以下措施：
渗水处理：当水量不大时，可继续施钻，钻至设计深度后抽出钻杆，再用压力为0.2-0.8Mpa的压力水（气）冲洗钻孔，直至流出净水为止；当水量较大时，进行固壁防渗注浆处理，做法是，先洗孔，再注浆（水泥砂浆或水泥水玻璃双液浆），注浆分段（锚固做一段，张拉段根据吸浆量分2～3段）进行，待注入的浆液达到一定强度后，重新钻孔至设计深度。
塌孔处理：当钻孔中排出的岩粉中夹杂一些原状块石时，表明有塌孔发生，此时应立即停止钻进，拔出钻具，进行固壁注浆（做法与处理渗水相同）。
3．4．2抗拔试验
为验证砂浆与孔壁的粘结强度与锚固段长度的可靠性，在锚索施工前，我们选择典型地段作了抗拔试验，试验方法是：选3处钻孔、清孔、安装锚索，然后按不同的锚固段长度（选用1.0、1.5、2.0m）压注与设计相同标号的水泥砂浆，养护28天后进行抗拔试验，试验按设计要求逐级加载，直至破坏。试验结果是，砂浆与孔壁的极限粘结强度为400～600Kpa，满足设计要求。试验详情见下表2：
试验孔号
锚固长度(m)
破坏强度(Kpa)
设计强度(Kpa)
备注
1#
1．0
419
300

2#
1．5
606
300

3#
2．0
543
300

3．4．3锚索安装
先调直、截取钢绞线，其长度为钻孔实际长度+外锚墩厚度+千斤顶长度+工具锚和工作锚的厚度+张拉操作预留量，另外还要考虑截长误差，即多截出50～100mm。截取钢绞线宜用切割机，严禁用气焊和电弧焊切割。
将截好的钢绞线平顺摆放好，逐条进行质量检查，对合格者进行登记、挂牌、标记锚索编号（与孔号对应）。
按设计量出内锚固段和锚索长度并分别作出标记，在内锚固段范围内每隔1m穿一个对中隔离支架，两支架之间扎铁丝一道。张拉段的钢绞线应放入塑料管内并注入黄油（防锈和形成自由）。在锚索端安好导向帽后，平顺放好待用。
将组装好的锚索抬至孔位处（距离较远时可将锚索盘1.5～2.0m直径的圆盘，然后运输），经核对确认锚索与孔的编号一致后，先用高压风清孔，然后将锚索缓缓插入孔底，注浆管同锚索一起装入，管口与孔底要保持30～50cm的距离。安装时要注意：
（1）要保持锚索顺直，放送用力要均匀，不要左右摆动；
（2）下锚索前，对每根锚索都要进行捆扎质量检查，确保无松动，无锈蚀等不良现象，并核对孔号，以免下错锚索。
3．4．4锚固段注浆
采用一次常压注浆孔底返浆方式注浆，直至锚孔孔口溢出浆液或排气管停止排气且有稀水泥浆压出时，方可停止注浆。注浆结束后应观察浆液的回落情况，若有回落应及时补浆。液浆作业过程应做好注浆记录，同时，对每批次注浆采样进行浆体强度试验。浆液为C40水泥浆，水灰比0.4～0.45，注浆压力按设计要求控制，设计无要求时控制在1.5～2.5Mpa。
3．4．5制作外锚墩
外锚墩用C30钢筋混凝土浇筑，制作外锚墩的关键是必须保证其上表面与锚索垂直，为此，在浇筑外锚墩混凝土之前，要用一根比锚索孔径略小的薄壁定位钢管与锚垫板成正交焊接，将其插入钻孔后再绑扎钢筋，立模时将其固定好，确认无误后再浇筑混凝土。
为缩短工期，可在外锚墩的混凝土中掺入适量的早强剂。浇筑混凝土后要精心养护。
3．4．6锚索理论伸长值计算
锚索理论伸长值按照下式进行计算：
△ L=PL/ES
P——张拉力
L——钢铰线工作长度=孔内自由长度+外锚墩长度+千斤顶长度+工作锚和工具锚厚度
E——钢铰线弹性模量
S——锚索截面积
3．4．7张拉锚索
锚索张拉在外锚墩混凝土与锚固段砂浆强度达到设计强度80%以上时进行。张拉前必须对张拉设备进行标定：根据千斤顶与油表的标定方程作为张拉依据。
第一次张拉用20%设计拉力预张拉，以便索体各部位接触紧密，索体完全顺直。第二次张拉按五级张拉，即预应力的25%，50%，75%，100%，110%，除第一级需要稳定20～30分钟外，其余每一级需要稳定5分钟，并分别记录每一级钢铰线的伸长量。张拉时锚索体受力要均匀，发现异常情况应分析原因，并及时处理解决。
3．4．8张拉段注浆
注浆管从预留孔插入，直至管口到达距锚固段外端50cm为止，当预留孔有浆液溢出时，开始拉出注浆管（边注浆边拉管，以防有空隙产生）。孔中的空气由外锚墩的预留气孔排出。
3．4．9补张拉
对钢绞线松弛和地层的徐变等因素造成的预应力损失进行补张拉。据试验，（试验情况见下表3），预应力损失的90%以上是在张拉后3～5天发生的，我们在张拉后的6～10内天进行补张拉，然后锁定。

孔号
张拉荷载（KN）
测力表读数（KN）
第一天
第二天
第三天
第四天
第五天
第六天
1#
333
332
331
326
312
308
306
2#
331
331
331
326
318
316
312
3#
335
333
332
330
316
312
306
4#
332
331
328
321
306
303
302
5#
331
331
330
326
316
306
302

3．4．10补浆和封锚
补偿张拉后立即补注浆、注浆方法同上。
补浆后立即封锚。从锚具量起留50mm钢铰线，其余截掉，然后在其外采用覆盖厚度为60mm的水泥砂浆保护层。
4、施工注意事项
4．1应认真做好各项工程施工组织计划，充分考虑当地季节性气候对施工工艺的影响，尽量避免安排在雨季施工，施工前做好边坡排水措施。必须采取随挖随支护的施工方法，严禁一次开挖到底，应开挖一级，支护一级。
4．2锚索施工前做好抗拔试验，根据试验结果调整锚固长度，必要时调整钻孔直径。若现场开挖后实际与设计不符时，应立即通知设计单位，根据实际情况，做动态变更设计。
4．3钻孔方向与锚索方向要一致。
4．4下锚索前对每根锚索要严格检查。
4．5张拉应在砂浆和锚墩强度达到80%以上进行。
4．6张拉前应对张拉设备进行标定，作为张拉依据。
4．7永久锚索张拉控制应力不应超过其极限应力值的0.6倍。
4．8施工中做好安全防护措施，保证施工安全。
4．9完整记载并保存张拉记录。
5、结束语
预应力锚索加固路堑边坡与其它传统方法相比，有明显的优越性。主要表现在：
（1）施工不受地形，地质条件限制，加固边坡效果好。
（2）施工机械大部份为轻型，锚索可在脚手架上进行，施工比较灵活，方便。
（3）施工安全，与其它作业干扰少。
梅坎铁路的多处高边坡采用了预应力锚索进行加固处理，措施得当，施工工艺合理。通车后近四年未出现边坡失稳现象，取得良好社会和经济效益。