拉压复合型预应力锚索在边坡加固中的应用

拉压复合型预应力锚索在边坡加固中的应用

李清平

保利长大工程有限公司

摘要：随着社会经济的发展，预应力锚索是通过施加张拉力以加固岩土体使其达到稳定状态或改善内部应力状况的支挡结构,它是一种主要承受拉力的杆状构造。通过钻孔及注浆体将钢绞线固定于深部稳定地层中,在被加固体表面对钢绞线张拉产生预应力,达到使被加固体稳定和限制其变形的目的,其最大特点是能够充分利用岩土体自身强度和自承能力,减轻结构自重,节省工程材料,是高效和经济的加固技术。

关键词：拉压复合型；预应力锚索；边坡加固；应用

引言

传统的拉力型锚索是将锚索直接埋置在水泥浆内，靠彼此间的粘结传递拉力，锚固段的应力分布很不均匀，锚索周围灌浆体处于受拉状态，因而拉伸裂缝和剥离现象首先在顶端出现。另一种是压力型锚索，由于其锚索与锚固段灌浆体完全分开，荷载通过锚索直接传递到锚固段底部锚板上，然后由锚板向上推压灌浆体并传递给周围岩体；在这种情况下，灌浆体受压，锚固段的应力分布仍很不均匀。

拉压复合型预应力锚索将上述两种锚固方式联合应用，使锚固段的应力分布趋于均匀，并使最大应力值明显减小；减少在施荷条件下灌浆体内的裂缝或剥离现象，进而提高锚索的锚固性能，降低施工成本。部分荷载的传递主要集中在锚固段孔底的锚板上，自由段部分荷载由拉力型钢铰线传递至锚固段的前段，再传至底部锚板上的部分荷载由锚板推压灌浆体后再传给岩体。拉压复合型锚索的这一特点使荷载分散作用于整个锚固段长度上，而不是集中作用于其上部或下部。在实际应用中，拉压复合型预应力锚索的综合效益明显高于拉力型、压力型加固方案的效益。

1概述

锚索施工流程预应力锚索框架梁施工流程为：施工前准备→钻孔、验孔→锚索制作安装→锚索注浆→框架梁施工→锚索张拉锁定→试验验收封锚。

2支护方案

2.1 修整坡面

施工预应力锚索前，以人工的方式从上向下分层修坡，开挖一级防护一级。每层坡面开挖完成后，如果为土质边坡，则应使用彩条布覆盖，避免降雨对边坡造成冲刷，导致水土流失。

2.2 钻设锚孔

（1）锚孔定位，采用拉线尺量，水平和竖向绳子节点即为锚孔孔位，采用油漆标明孔位。锚孔钻进施工前，应搭设满足相应承载能力和稳固条件的脚手架，以满足钻孔、下锚索、注浆等工序的施工需要；根据孔位标记搭设操作平台并铺设木板，平台一般低于锚孔孔位0.2～0.5m，钻机冲击器与孔位对中。钻孔时，位置偏差控制在±20mm以内。若坡面不平顺或施工受限时，应征得监理工程师的认可，在保证安全的前提下适当放宽定位精度，经过调整后的锚孔测放精度应不超过100mm。锚孔测放完毕，经验收合格后，要按顺序编号，随后用油漆标示在坡面上，以锚孔位置编号作为预应力锚索制作时的编号依据，确保孔位与锚索相对应。（2）钻孔设备与锚孔的钻设效率和钻孔质量存在密切的关系，因此要合理选择钻孔机具。按锚固地层的类别、孔径、孔深、场地条件等因素，选取钻孔设备，岩层采用全液压锚固钻机，以冲击的方式成孔。部分岩层破碎地段，针对卡钻、塌孔等情况时，采用跟管钻进方法，在加快施工进度的基础上，保证成孔质量达到规范标准要求。（3）采用干钻的方法钻孔，确保孔壁的黏结性，遇到钻进困难的部位，可改为水钻。按选用的钻机性能，结合地层情况，控制好钻进速度，避免钻孔扭曲，影响下锚。（4）钻孔施工的过程中，要进一步增强钻机的导向作用，随时检测孔斜情况，发现偏差及时纠正，确保成孔符合规范及设计要求。钻进时，安排专人对每个孔位的地层变化、钻压、钻速、地下水等情况如实记录，当遇到缩孔或塌孔等情况时，应立即停止钻进，采取相应的措施处理后，方可恢复钻进。（5）钻孔时，孔内出现渗水后，吹孔时无粉尘，岩粉基本都黏附在孔壁上。采用高压风吹孔，直至吹出清水。当锚孔的钻设深度不足时，尽管冲击器仍然处于工作状态，且钻机也还有进尺，但必须立即停止钻进，将钻具从锚孔内拔出，洗孔后，重新恢复钻进。按照上述方式循环，直至成孔为止。当孔内渗出的水量较大并形成积水时，从孔内吹出的若是泥浆或是碎石，只要冲击器保持工作状态，就不需要停钻。渗水量过大而导致冲击器被淹没时，则应及时停钻，拔出钻具后，采用压力注浆的方法对锚孔进行固结处理。（6）锚孔钻进过程中，遇到塌孔或卡钻等情况时，可采取如下方法处理：钻孔从风化或是破碎的岩层穿过时，容易引起塌孔，发生塌孔问题后，从孔内吹出的岩粉呈黄色，并夹杂原状石块，此时必须立即停钻，将钻具从孔内拔出，采用注浆的方法加固孔壁，待24h后水泥浆液固结，便可恢复钻进。卡钻、塌孔等成孔困难的情况时，采用以风动潜孔冲击器跟管钻进工艺为主的施工方法。钻进中遇到大孤石等障碍使得跟管困难时，更换冲击器的偏心钻头为普通潜孔冲击钻头，穿过孤石时先采用高风压冲击钻钻穿孤石，再用高风压同心钻扩孔跟管；遇土层采用中、低风压同心钻跟管钻进，可快速成孔。（7）钻孔时，要控制好孔径和孔深，不得小于设计值。为使孔径达到设计要求，选用的钻头直径应不小于设计孔径。钻孔深度一般较设计超钻0.5m以上，钻孔达到成孔深度后稳钻3～5min。以免立即停钻导致无法达到设计孔径的情况发生。锚孔的孔壁上不得存在水体黏滞，要及时清理干净，钻孔完毕后，可以用高压风吹孔，将孔内的水体、岩石粉末等清除。需注意的是，只有质地坚硬且完整的岩体才可以用高压水枪冲洗。如果锚孔内有承压水流出，应在水流消失或是数量减小后方可安装锚索和注浆。必要时可以采取排水的方法予以处理。（8）当坡面上所有的锚孔全部钻设完成后，应报现场监理工程师检验，确认质量合格后，便可进入下道工序。检查孔深和孔径时，可采用标准钻杆，并在监理旁站下进行，验孔时，钻头要平顺推进，无冲击或是抖动现象，钻具的验送长度应与设计锚孔深度相符，退钻时应顺畅，无卡滞现场，以高压风吹验，无尘渣或是水体飞溅。

2.3 锚索体制安

本工程中使用的预应力锚索由以下几个部分构成：格梁、自由段、锚固段等。锚索为拉压复合型，钢绞线为高强度低松弛度无粘结预应力钢绞线。沿着锚索的轴向，每间隔2.0m布设一道架线环，确保锚索的保护层厚度达到2.0cm以上 。要在施工前对锚孔编号认真核对，依据规范中给出的公式，钢绞线下料长度为锚索设计长度、锚头高度、千斤顶长度、工具锚和工作锚的厚度以及张拉操作余量的总和。计算出锚索的实际长度，误差控制在50mm以内。具体的施工技术要点如下：

（1）按设计要求的长度切割钢绞线，钢绞线下料一律采用机械切割下料，锚筋下料应整齐准确。每孔锚索由二单元共四束钢绞线组成，对钢绞线不同单元和钢筋锚接头进行醒目可靠的标记；将下好料的钢绞线固定在承载体上，以设计荷载体间距作为依据，组装成完整的锚索体。在制作锚索体的过程中，应防止钢绞线相互缠绕，且承载体要处于钻孔的中间位置处。

（2）钢绞线截取后，应先将锚固段的塑料套管剥除，并将表面的油脂和污渍擦拭干净，检查线材，看表面是否乌黑发亮，触感是否滑腻，有无涩滞感。要求每根钢绞线都顺直，不得存在扭曲的现象，排列应均匀。

（3）组装步骤：

①将钢绞线整齐排列在加工平台上。②装配挤压头、挤压套、锚板、托板，制作锚头部分。③安放注浆管，二次注浆管的锚固段沿管身每米螺栓型钻6～7个Φ6mm的注浆孔，孔外用透明胶带密封。④使用铁丝捆扎在两架线环中间的自由段，并用铁丝将在两架线环中间的锚固段捆扎成纺锤形。⑤安置钢制承载体。⑥安装导向帽。

（4）下锚时，锚索采用人工下锚方式，锚索体由套管作为导向，操作人员协调一致，均匀用力往锚孔里推，保证锚索体在孔内顺直不扭曲。不可以在孔内钻动锚索，同时要对隔离架、绑扎丝进行检查，发现异常及时处理，如有必要，应更换新的锚索。锚索组装完毕后，在坡面上将与锚索对应的锚孔按顺序编号，分类存放，并采取防雨和防潮等措施，避免锚索受损。

2.4锚索张拉锁定

在注浆浆体与台座混凝土强度达到设计强度80％以上时，方可进行锚索张拉锁定；选定进行验收试验的锚孔，应在达到设计强度的条件下，待验收试验结束并经检验合格后再进行。锚斜托台座的承压面应平整，并与锚筋的轴线方向垂直。锚筋的张拉锁定必须采用专用设备，设备在张拉作业前应进行标定。锚索正式张拉前，应取10～20％的设计张拉荷载，对其预张拉1～2次，使其各部位接触紧密，钢绞线完全平直。

锚索锁定后48h内，若发现明显的预应力损失现象，则应及时进行补偿张拉。锚索锁定后先不切除钢筋预留张拉段，若锚索应力监测结果发现明显的预应力损失现象，则应及时进行补偿张拉。

   2.5锚索封锚

锚索张拉完成后应及时对锚头进行补浆和封锚，锚具及锚筋外露部分（长度不小于10cm，采用切割机机械切割）应严格进行去锈除油后采用与锚梁同标号混凝土进行封锚。

结语

结果表明预应力锚索对提高对边坡牢固性，降低边坡水毁滑坡发生的概率有着重要意义。但该技术工序繁多，技术性强，且对锚固段及张拉端的安全度要求较高，施工过程中应引起足够的重视。

参考文献

［1］　吴　雯，苏　伟，吴　展．预应力锚索加固边坡的设计方法探讨［J］．科技信息，2009（3）：89．

［2］　张发明，刘　宁，赵维炳，等．岩质边坡预应力锚索加固的优化设计方法［J］．岩土力学，2002（２）：56．

［3］　荣文文．浅析预应力锚索加固边坡的设计与施工［J］．科技交流，2010（3）：58－61．