框架梁预应力锚索在山区高边坡防护中应用

框架梁预应力锚索在山区高边坡防护中应用

何春林，刘大华，易威良，周雨枫，赵锐超

（四川公路桥梁建设集团有限公司公路二分公司，四川成都 610200）

摘要：山区高边坡防护采用框架梁预应力锚索与抗滑桩板墙相比较，具有提高边坡整体稳定性、加快施工进度、节约材料、降低施工成本、减少生态环境破坏等优点而得到推广应用，达到减少基坑开挖，加快进度，保证施工安全的目的。本文针对框架梁预应力锚索在山区高边坡防护中的施工工艺及质量控制措施进行了分析介绍。

关键词：框架梁；预应力锚索；边坡防护；施工工艺

1前言

随着交通强国战略的迅猛推进，公路网络已覆盖延伸到偏远山区。针对川南山区沟谷地形，坡面地势较为陡峭，地质岩性大多数以中、强风化砂岩为主，夹杂泥岩层，岩层产状大于215°∠5°，竖向裂隙较为发育，岩层破碎易崩落，路堑边坡经雨水浸蚀后极为不稳定。开挖边坡高度较大，坡面开挖线外时常还有大量多年沉积堆积体，若采取放缓边坡，或者坡脚设抗滑桩板墙，施工开挖扰动边坡将极为不安全。为了减少对边坡的扰动，保证开挖边坡的稳定性，节约占地面积，减少对生态环境的破坏，对此地质的路堑边坡探索出一种框架梁预应力锚索施工方案替代抗滑桩板墙进行防护施工，其工艺具有施工简便，节约材料，减小对边坡的开挖扰动等优点，有效解决了山区地形陡峭放缓边坡难、生态植被破坏大等问题，达到保证施工质量，加快施工进度，降低施工成本，减少生态环境破坏的目的。本文结合国道546线纳溪至赤水（川黔界）段公路改建工程施工实践，对山区高边坡框架梁预应力锚索钻孔、安装、注浆、框架梁浇筑、张拉等施工工艺及质量控制进行了分析介绍。

2 施工工艺流程

山区高边坡框架梁预应力锚索施工，其施工工艺流程为：

图1 框架梁预应力锚索施工工艺流程

3 技术施工方案

3.1 施工准备

（1）边坡排危修整：对于地面上一定高度范围的坡面可采用挖机进行排危修整，较高部位边坡则采用人工佩戴安全绳使用风镐、钢钎、液压千斤顶等工具进行清理松动危石，并修整坡面超出轮廓线位置的凸起部分，尽量保证坡面大致平整。

（2）坡顶防护及排水：对于坡顶开挖线外的多年沉积堆积体岩石，采取点锚及GAR2型主动防护网方式进行防护处理，并根据坡顶地形情况设置截水沟进行排水，防止冲刷坡面，影响边坡稳定。

（3）监测放样：

①做好边坡地表变形监测，监测其水平位移、竖向位移、观测裂缝发展情况。从挖方边坡最高处开始设观测断面，并沿路线方向每隔40m间距向前后布置观测断面，于断面边坡坡口线外2m处埋设尺寸为0.1m×0.1m×0.6m的观测桩，采用全站仪和水准仪定期测量各观测桩的坐标和高程，利用直尺量测裂缝宽度变化情况。施工期间按每天一次观测，若遇强降雨及突发性暴雨应在雨后增加1次观测，施工完成后至通车前按每2周一次观测。

②测量核实边坡坡面的实际面积，并根据设计锚索4m×3m间距，在坡面上放样锚索钻孔点位，做好孔位及孔深标记（每级边坡岩层情况不同，钻孔锚固深度也不一样）。

3.2 搭设支架

（1）搭设双排脚手架。脚手架设置立杆间距1.5m，排距0.8m，水平横杆间距0.6m，杆底地面采用砼硬化，距地面20cm高设置一扫地杆。

（2）设置剪刀撑。每隔3m设置一道剪刀撑，每隔1.5m植筋设置一道连墙件固定架体，保证架体稳定性。每隔3米高搭设一道钻孔操作平台，并在操作平台上满铺木挑板，操作平台要设置安全网进行围挡。

3.3 锚索钻孔

（1）钻孔

①根据设计锚索钻孔水平间距4m, 竖向间距3m，以及钻孔直径不小于130mm，钻杆钻头采用直径120mm，钻孔轴线垂直于法向竖直平面，钻孔向下与水平方向倾角25°进行钻进，钻孔深度一般15～25m。         

②钻孔采用空压机无水钻进方式，锚索钻孔深度比设计深度大50cm。钻进到设计深度时，要稳钻1～2分钟，防止孔底窄小尖灭。

图2 框架梁预应力锚索设计图

（2）清孔。在岩石锚固端钻进至要求的孔深后，要用高压空气（0.4MPa）清除孔内粘土及岩屑。用高压空气清孔，直到将孔壁清除干净无粉土、碎屑，孔底无残块为止，严禁采用水冲洗，以确保注浆时浆体与孔壁的粘结质量。

（3）有效锚固钻孔长度。一般锚索有效锚固长度不小于10米，若现场实际钻孔揭露地质情况比设计较差，可作适当增加锚索钻孔长度，以保证锚索有效锚固长度，但不得低于设计要求长度。

3.4安装锚索及注浆管

（1）锚索制作。将下料好的钢铰线按设计4根（有的6根）编制成索，在自由段与锚固段接口处用胶布缠绕，然后将锚固段用紧箍环和扩张定位环按间距75cm间隔设置，底端安装导向帽，而自由段则用定位器按间距2m一道设置，以保证孔内钢铰线顺直，并在孔内居中。

（2）安装锚索。将φ25mm聚乙烯注浆管与锚索顺直地绑扎在一起，且注浆管底与锚索齐平，然后将组装好的锚索平顺、缓缓地推进至设计孔深，并用钢尺量测孔外露出的锚索长度，计算孔内锚索长度（误差控制在±50 mm范围内），确保锚索已完全安装到位。要考虑锚索在孔底预留50cm长的沉渣段。

3.5 压力注浆

锚索采取孔底注浆法，以确保孔内注浆后砂浆饱满。

（1）制浆要求。采用P.O42.5硅酸盐膨胀水泥配制M35水泥砂浆，其水灰比视设备和现场试验确定，一般水灰比为0.35～0.45。水泥浆液应搅拌均匀，随搅随用，并在初凝前用完，严防石块等杂物混入浆液。

（2）压力注浆。锚索采用一次性孔底注浆法，注浆应利用压力泵进行，注浆压力为0.6～0.8Mpa。待浆液从孔口自由流出时，再匀速拔出注浆管，注浆完成后要静置待凝。砂浆灌注必须饱满密实，锚孔注浆初凝收缩后，应从孔口补灌满盈。

图3锚索压力注浆施工

（3）若注浆作业开始和中途停止较长时间，再作业时宜用水或水泥浆润滑注浆泵及注浆管线，避免注浆不畅而发生阻塞。注浆量采用定压与定量相结合的方法确定。

（4）若注浆过程中超浆量过大，应考虑孔壁有缝隙而产生漏浆现象，此时可以采用间歇注浆或双浆液注浆工艺（水泥+水玻璃）。

3.6 框架梁施工

（1）钢筋制作及安装：

①框架梁钢筋制作及绑扎与常规施工无异，但应注意施工中要将相邻两个伸缩缝之间的主筋通长绑扎成钢筋骨架，仅在伸缩缝处断开。

②钢筋笼各接点均要采用焊接。

③在影响框架梁钢筋笼不顺直处，应将局部凸起坡面进行刻槽，并保证框架梁箍筋的净保护层不得小于3cm。

④在承压板钢筋骨架中预埋φ90mmPVC管，并插接入钻孔孔口中，以便将钻孔外的部分锚索钢铰线从管孔穿引到骨架外。

（2）框架混凝土浇筑施工：

①框架梁必须采用竹胶板或木模进行立模浇筑施工，并封堵好模板与岩面的接缝空隙，防止浇筑砼漏浆。

②用泵车连续浇筑C30砼框架梁，每级框架梁底部应设置浇筑通长C30砼连续横梁。在横梁每12～15m长的上下同一断面处，设一道伸缩缝，缝宽为2cm。

图4 框架梁立模浇筑施工

③锚垫板部位的C30斜托应与C30钢筋砼框架节点同时浇筑成型，斜托顶面应与锚索方向相垂直。

④框架梁必须待其混凝土强度达到设计要求的70%以上，方可拆模进行下一步施工，因此砼中宜加早凝剂。

3.7锚索张拉及封锚

（1）养生至少7d以上，且孔内水泥砂浆和框架梁砼均达到设计强度的70%以上后，方可进行预应力锚索的张拉。

（2）张拉采用OVM锚具配套的YCW100B型穿心式千厅顶。设计一孔4束锚索锚固预应力为500KN，一孔6束锚索锚固预应力为750KN，可根据设计锚索最大应力选择适合技术要求的千斤顶。

（3）设计采用整体张拉的施工方法，锚索预应力张拉应分为两次，每次又分级张拉。第一次张拉：0→持荷5min→25%σcon→持荷5min→50%σcon,中间间隔4天时间，再继续进行第二次张拉：50%σcon→持荷5min→75%σcon→持荷5min→100%σcon→持荷5min→110%σcon→持荷稳压10min→100%σcon锁定。

（4）张拉全部完成后48小时内，若测定的预应力损失值超过设计张拉力的10%时，应在补偿张拉后进行锚固。                                            

（5）锚索张拉锁定后，需从锚垫板上的注浆孔补充注浆，再用C30砼将锚头封闭保护。

3.8框格锚喷

（1）为防止框格内裸露的岩层被雨水浸蚀而引起风化脱落，架施工完毕后，应对框格内进行锚喷网施工。

（2）在框格内按间距100cm梅花型布置C22普通砂浆锚杆，锚杆长为2m，然后上挂φ6.5@30cm钢筋网片，喷射10cm厚C20砼封闭坡面。

（3）在砂泥岩分层处按10m间距向上倾角9～15°进行钻孔，钻孔Ф80mm深6m，插入φ5.59mmPVC管作为泄水管，以排除裂隙内渗水，保证边坡稳定。

4 质量控制措施                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      

（1）当边坡开挖至某一层锚索设计标高时，应立即进行锚索施工，可避免搭架施工，以确保施工安全。严禁在整段全边坡形成后才进行锚索框架梁施工，应至上而下分层（每一层边坡纵向上分段）开挖及时防护。

（2）对钻进设计锚固段所揭露地质情况与设计不相符时，钻孔需要加深长度，以保证锚固段持力层达到有效的锚固应力。

（3）当孔口为松散岩土体时，注浆前可在孔口设止浆阀。

（4）锚索承压板与框架梁主筋绑扎连接在一起，以保证施工后能承受最大锚固力（≤600KN）。

（5）对框架梁底部所在坡面存在的凹陷，立模时要加厚到岩面，与框架梁砼一次性浇筑成型，模板不得有悬空或用石块支垫等。

（6）在施工前应按设计锚索数量的3%进行锚固试验，以确定合理的施工工艺，锚固试验的拉拔力不应小于预应力锚索的超张拉力。

（7）锚索必须做好防锈、防腐处理，张拉段锚索需涂防腐剂。预应力锚索张拉锚固后，锚头部分应除锈并涂防腐剂，再用C30砼封锚。

5 结束语

山区路堑高边坡防护采取框架梁预应力锚索施工技术，有效地解决了山区地形陡峭放缓边坡施工难、开挖抗滑桩对边坡扰动大、生态环境破坏严重等问题，保证了施工安全，提高了施工质量，有利于保证边坡稳定，加快施工进度，缩短工期，节约材料，减少占地，降低成本，在在公路、铁路、市政、机场等路堑边坡防护中都具有一定的应用价值，社会经济效益十分突出，具有广泛的推广应用前景。

参考文献

[1]DL/T 5083－2019 水电水利工程预应力锚固施工规范[S]．

[2]侯霁.浅谈预应力锚索技术在公路边坡施工中的应用[J].科学与财富，2018（18）：265.

[3]林楠. 预应力锚索框架梁技术在高边坡防护中的研究与应用[J].市政技术，2020（Z1）：76-79，83.

作者简介：何春林（1979.04），女，高级工程师，大学本科，从事道路桥梁施工技术管理