预应力锚索施工在高速公路高边坡工程中的应用

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预应力锚索施工在高速公路高边坡工程中的应用

隧道网 (2005-9-18) 来源:隧道网

摘要:介绍了高速公路高边坡采用框架加予应力锚索加固边坡的施工工艺和锚索的造孔:锚索编束;锚索入孔后的高压注浆锚索运输及进扎锚索张拉等施工经验。经验收和半年的监测证明是有效的。

关键词:高边坡予应力锚索施工

1. 概述

预应力锚索施工在桥梁工程、水利工程等领域已较普遍使用,而应用于高速公路的高边坡上还是近几年的事。

在高速公路施工中,遇到高边坡,往往会出现地质条件不够理想。岩石的风化、蹦塌严重,尤其在深路堑施工时,造成临空面较高,如果再加上构造裂隙发育,就会使路堑边坡形成不稳定势态,设计部门就要采取加强边坡防护,提高稳定性的积极措施。除了采用土层锚杆的锚杆喷射混凝土支护外,在最近通车的同三国道福建段的福宁高速公路霞浦段中,采用了预应力锚索组成的框架梁防护形式,使预应力锚索施工进一步在高边坡工程中得到应用。

其实预应力锚索组成的框架梁防护形式(见图1),是利用一定强度的水泥砂浆在有效深度的锚孔底端与周边岩石形成具一定强度的锚固体,而后在锚索的预应力作用下,将不稳定的山体部分稳固地与稳定山体组成整体,确保边坡的稳定,不使构造裂隙进一步发展,从而达到防护目的。下面就预应力锚索施工在同三国道福宁高速公路A1 4标段E匝道右侧边坡中应用情况作一介绍。

图1 框架垂直坡面正视图

2 地质概况

同三国道福宁高速公路A14标段E匝道,是在霞浦互通区内,位于霞浦城东南约1.5公里,跨越丘陵与河谷单元。E匝道右侧边坡处于在丘陵地貌单元,山地浑固,山坡较平缓,植被发育,总的地势为南高北低。E匝道是以路线半径为280m的曲线内侧切割山体斜坡。自然山坡坡度约25°~30°。从地貌形态分析,原自然山坡无明显不良地质现象。

由于坡体开挖面差异风化严重,岩石裂隙发育,2001年11月,当边坡开挖至第一、二级边坡时,坡体产生裂缝,并向上发展到坡顶附近。设计作了调坡卸载措施,并根据实际情况,又进行工程地质勘探。从不同的钻孔位置,发现边坡出露地层分为七层,分别为素填土、粉质粘土、砂质粘性土、全风化花岗斑岩(花岗岩)、强风化花岗斑岩(花岗岩)、弱风化花岗斑岩及微风化花岗岩等七层,其主要为花岗斑岩及花岗岩组成,岩石差异风化现象严重,开挖面顺坡方向为软硬不均的岩土组合,弱风化岩层破碎,垂直裂隙十分发育、裂隙中充填砂土,顺坡向易产生崩塌和滑坡,由于开挖原因导致岩土体应力失衡。在降雨集中和雨量较大的季节,岩土体易受水侵蚀软化,形成不利界面。

因此,设计作出了对EK0+080~EK0+208段第二、四级的部位采取了预应力锚索框架加固,而后第二级又向西延伸了16m。

3 预应力锚索框架加固

预应力锚索框架加固分别布置于EK0+064~EK0+208第二级和EK0+088~EK0+184第四级边坡。每片框架宽8 m,间距4 m,框架横梁与竖肋截面均为0.5×0.5 m;每一级各设上、下二排采用压力分散型的锚索。单孔锚索设计拉力为600kN,由6根中15.24高强低松驰无粘结钢绞线配以承压板和挤压套等制作;其锚索长度:第二级的EK0+064~EK0+120段为25 m和23 m;EK0+120~EK0+192段为30 m和28 m;EK0+192~EK0+208段为25 m和23 m。第四级的EK0+088~EK0+120段为28 m和26 m;EK0+120~EK0+184段为30 m和28 m;EK0+192~EK0+208段为25 m 和23 m。它们的锚固段长均为9 m。锚索钻孔孔经为130m m,向下俯斜25°。锚索锁定预应力为500kN。

4 预应力锚索框架加固施工

1.框架施工

预应力锚索框架是边坡锚固工程的抑制构件。由于它的形成将整个被加固范围内的临空面表面受到了框架平面的覆盖,使加固的整体性得到加强。同时,它又是预应力钢绞线锚固结构的锚垫着落点。因此,它的施工质量的优劣,直接影响着预应力锚索的加固。

施工工艺程序见图2

图2 框架、格子梁施工工艺流程框图

其中钢筋混凝土工程与一般混凝土结构一样,必须符合相关的施工及验收规范。所不同的即在混凝土灌注前,必须将锚具中的螺旋钢筋、波纹管和锚垫板按设计要求固定在横梁与竖肋交点处的钢筋上,方向与锚孔方向一致,摆放要平整。浇捣时必须仔细,确保混凝土密实。并不能使锚具走动。在锚索下孔注浆后,即进行结构框架的施工,施工采用分片进行,每片由两至三根竖肋及其横梁、顶梁、底梁组成,两相邻框架接触处(横梁、顶梁、底梁)留2cm宽伸缩缝,用浸沥青木板填塞。

由于框架底面受坡面凹凸情况影响,凸出部位采用局部打凿,凹人部位,可先用Cl0混凝土衬垫,再进行钢筋安装;凹入量不大的可一次性与C2 5混凝土一起浇筑。

混凝土浇筑后,安排了专人养护。在混凝土达到设计强度后,才能进行锚索张拉。

2.锚索施工

施工工艺程序见图3

图3 预应力锚索施工工艺流程框图

本施工的主要特点是单孔复合锚固体系的压力分散型锚索,并具有一定下俯角度的锚索,因此不论在造孔、锚固,张拉等都有其特殊性。

在施工中使用的主要设备是:

施工准备除了临时设施建设和组织施工人员熟悉图纸,做好技术交底、施工放样外,着重进行材料和机具的准备。同时进行适应施工操作、既安全又可靠的脚手架搭建等工作。

造孔

根据锚孔下倾与水平夹角为2 5°的要求及测放后的孔位,准确安装固定钻机,并严格认真进行机位调整。夹角的偏差控制在土1,方位偏差控制±2°;

钻进方式,采用无水干钻,禁止采用水钻。为确保锚孔深度,实际钻孔深度要大于设计长度0.5m:

钻孔的过程中,对每个孔的地层变化、钻进状态、地下水及一些特殊情况要作现场记录。如遇到地层松散、破碎时,则采用跟套管的钻进技术,以使钻孔完整不坍。如遇坍孔,应立即停钻,对钻孔进行固结灌浆处理,待水泥浆初凝后,重新清孔钻进:

成孔后,采用高压风清孔,风压在0.2~0.4MPa,将孔内岩粉及水体全部清出孔外。在此经监理检查后,再进行下一步工序。

锚索编束

锚索编束前:要确保每根钢铰线顺直,不扭不叉,排列均匀,对有死弯、机械损伤及保护套破损的应剔出。

下料:均采用机械切割、严禁采用电弧。其长度为:锚索设计长度+结构竖肋厚度+千斤顶长度+限位板厚度及张拉操作所需长度的总和。张拉操作余量,一般取150mm为宜。

承载体安装:根据下料好的钢绞线,下端头分别按设计锚固段中心每3米处安装承载体,其尺寸必须准确。钢铰线通过特制的挤压簧和挤压套对称地锚固于钢质承载体上,其连接强度满足设计张拉的要求,即大于200KN。

注浆管安装:注浆管应满足设计要求,具有足够强度,保证注浆施工过程中注浆顺利,不堵塞、爆管或破损拉断。注浆管捆扎在锚筋体中轴部位,管的头部距锚筋体末端为50~100mm。捆扎时不宜采用镀锌材料。

隔离架安放;将予先加工好的隔离支架分别在锚固段范围内每隔1.0m安装一个,自由段范围内每隔1.5m安放一个隔离架,梆扎时不宜采用镀锌材料。

为使下锚顺利,在锚索体完成隔离支架和紧箍环的组装之后,在锚索体底端接装导向帽,宜采用绑扎不宜焊接。

锚索运输及进孔

锚索运输:主要依靠人工扛抬在边坡上搬运。搬运前仔细核对该搬运的锚索长度与即将进入所对应设计孔位的锚孔深度是否相符,确认无误,才能组织人员抬至孔口。避免错运,造成费工费时,甚至酿成质量事故。搬运时,不得损坏各部位,凡有损伤的必须修复。扛抬各支点向距不得大于2m,其弯转半径不宜太小。

进孔:在成孔高压清孔后,立即将锚索进孔。入孔安放时,应防止锚索挤压,弯曲或扭转。锚索人孔的倾角和方位应与锚孔的倾角和方位一致,要求平顺推送,在锚索安装承载体的一端先人孔。先慢慢人孔,摆正方向,然后加快速度推送,依靠锚索重力及惯性下滑。尽量不要停顿,严禁抖动、扭转和串动,防止中途散索和卡阻。如中间卡住,可稍拨出一点再下推,直至下到设计深度。若遇锚索进孔困难,再用高压风吹洗孔一次,若还不行,再用钻进冲孔、扣孔,直到锚索入孔安装就位为止。

高压注浆

压浆前应对压浆设备压浆管、注浆管等进行完好、畅通的检查。在管路连接后可用清水压注检查,确保设备和管路运转正常,无漏浆、爆管等问题发生。

一旦锚索人孔安装后,应及时压浆。本工程注浆采用孔底返浆法,全段一次性注浆,防止中途停止较长时间。高压注浆压力宜大于2.5MPa,注浆至锚孔孔口溢出浆液时,方可停止注浆。

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