压力分散型预应力锚索加固边坡技术应用2

压力分散型预应力锚索施工技术压力分散型预应力锚索施工技术 中铁十八局集团公司华东工程公司 金 学 摘要 本文简单阐述了压力分散型锚索的基本原理 并通 过压力分散型锚索的施工技术的实际应用 说明压力分散型锚 索施工中应注意的问题 关键词 压力分散型锚索 锚固长度 一 前言 锚索是一种主要承受拉力的杆状构件 它是通过钻孔将钢 绞线固定于稳定的地层中 并在被加固体表面通过张拉产生预 应力 从而达到使被加固体稳定和限制其变形的目的 锚索技术源于国外 它是锚杆技术发展的产物 我国的锚 索加固技术始于 20 世纪 40 年代 60 年代开始在国内用于工程 实践 近几年来 随着我国经济的快速发展 大量基础设施的 建设 特别是一些大型水电设施建设和山岭重丘地区高速公路 的建设 以及潜孔钻机的广泛应用和无粘结钢绞线的开发使用 等因素 促使预应力锚索在结构 材料和施工工艺方面进行了 改进 向受力合理 快速承载 效率高的方向发展 并广泛应 用于岩体的深层加固 压力分散型锚索是将施加的预应力分散在整个锚固段上 使应力应变分散减小 从而充分利用了锚固段岩体的受力性能 提高了锚索的适用性 该项技术的开发与应用 在许多方面取 代了传统岩体加固方法 为岩体加固与支护开辟了一条全新的 途径 二 特点 压力分散型锚索是在同一锚孔中安装几个单元锚索 而每 一锚索又都有自己的锚筋体 自己的锚固段和自由段 而且承 受的荷载也是通过各自的张拉千斤顶施加的 并且通过预先的 补偿张拉使所有的单元锚索始终承受相同的荷载 因此 压力 分散型锚索能最大限度的调用整个锚固段范围内的地层强度 而不会出现应力过度集中现象 普通锚索与压力分散型锚索锚 固法的比较见图 1 粘结应力 图1 压力分散型锚索与普通锚索锚固法的比较 b 压力分散型锚索 粘结应力沿固定段的分布 粘结应力 a 普通型锚索 粘结应力沿固定段的分布 初始荷载 荷载进一步加大 极限荷载 三 施工工艺 预应力锚索施工主要由锚孔钻造 锚索制作 锚索安装 注浆 锚墩施工 封孔注浆 封锚等工序组成 压力分散型锚 索结构图见图 2 锚固段 95 L3 图2 压力分散型锚索结构图 承载体大样 钢绞线孔 20 注浆管孔 25 自由段 架线环 间隔1 1 5m A 280 HVM锚具 钢筋混凝土锚梁 100钢绞线外余 混凝土封锚 150 不小于100 95钢质 承载体 螺旋筋 钢筋砼 波纹钢管 锚斜托 L1 钢质承载体 A 注浆管 L2 L1 L2 L3 j15 24钢绞线 150钻孔 M40水泥浆 150 A A 水泥浆 注浆管 25 1 测量放样 根据设计提供的边坡立面布置图进行放样 因边坡开挖误 差等原因 实际放样过程中为保证锚墩 框架 格子梁 美观 应考虑坡面超 欠挖对锚孔位置的影响 放样结束后可用钢筋 头直接钉于坡面锚孔位置 挂线检查 孔位误差要求坡面纵 横向不大于 5cm 高程误差不大于 10cm 2 锚孔钻造 锚孔钻造是锚索施工中的关键工序 为提高效率和保证钻 孔质量 一般采用潜孔冲击式钻机 钻机选择应根据设计提供 的地质资料和孔深等数据合理选择搭配 钻进过程中应根据钻进速度 钻机吹出粉尘等确定孔内地 质情况 及时记录 看孔内地层情况是否符合设计要求 如孔 内地质为土质则应按照要求采用二次高压劈裂注浆 钻进中可按照设计长度将所需钻杆摆放整齐 做到钻杆用 完 孔深刚好到位 为保证锚孔深度 实际钻进中 锚孔深度 要比设计深度大 但不宜大于 0 2m 钻孔结束 逐根拔出钻杆和冲击器备用 两种特殊情况的处理 渗水的处理 在钻进过程中或在钻孔结束后 若吹孔时无 粉尘 而是一些小石粒或灰黄色团粒 则说明孔内有水 岩粉 多贴附于孔壁 此时若孔深已经到位 可注入清水用高压风进 行吹孔 直至吹出清水 有时孔内渗水量大 甚至有积水 钻 机工作时能吹出泥浆和碎石粒 这种情况岩粉不会糊住孔壁 只要冲击器工作 可继续钻进 如果渗水量太大 甚至淹没了 冲击器 冲击器会自动停止工作 此时应拔出冲击器进行压力 灌浆处理 塌孔的处理 当钻孔穿越地质破碎带是往往会产生塌孔现 象 塌孔的主要标志是从孔中吹出黄色岩粉并夹杂一些原状的 石块 这时 应立即拔出钻具 进行灌浆固壁 浆液可采用搀 有水玻璃的水泥浆 24 小时后重新钻进 3 锚筋制作 锚索加工前可在现场用 42 钢管搭设加工平台 钢绞线截 取长度应按照单元锚索长度 千斤顶长度 工具锚和工作锚及 张拉操作余量的总和 一般可取 1 2 1 5m 钢绞线截取时采用 机械切割 不宜采用焊割 将截好的钢绞线放置在操作台上 准确量出锚固段和自由段长度 分别安装承载体 安装承载体过程中 剥离钢绞线表面 PVC 套管 将钢绞线 表面防腐油脂清洗干净 然后用挤压机将挤压套和钢绞线进行 机械连接 压力分散型锚索因各单元锚索长度不同 张拉伸长量不同 因此应对各单元锚索需进行标记 编号可采用三重编号的原则 避免因施工中因锚索拖动将标记磨损 一是将钢绞线端头 10cm 的外套剥离 将隔离油脂清洗干净后用不同颜色油漆标记 二 是对钢绞线外露段 PVC 管用不同颜色油漆标记 三是对外露段 外套管分别采取切除若干段 1 3 部分的方式 以上三种方式应 配套使用 特别要注意 因锚索张拉时外露钢绞线套管要全部 剥离 此时只存有第一种标记 实际施工中在张拉前应对第一 种标记进行重新标识 4 锚索安装 锚索安装前应再次采用高压风对锚孔进行清孔 然后安装 该孔号对应的锚筋 下索时应按设计倾角和方位平顺推进 严 禁抖动 扭转 5 注浆 注浆用 BW 150 注浆泵进行 一般注浆压力为 2 MPa 浆液 采用水泥浆或水泥砂浆 采用孔底返浆法注浆 当孔口出现溢 浆且持续时间不小于 2min 后 方可停止注浆 水泥浆固结收缩 后 要多次补浆 以保证浆体充满钻孔 注浆完毕后 将锚索 固定在孔口中央 二次高压劈裂注浆 锚固段遇土质或砂土质强风化岩层时 为提高锚固力 应采用二次高压劈裂注浆 采用劈裂注浆工艺 的 应在锚筋内空预留钢质注浆管并按照设计预留出浆孔并用 胶带封堵 6 框架梁施工 锚墩 施工程序为 测量放线 锚梁开挖 支立模板 绑扎钢筋 安装锚索孔口波纹管 安装螺旋筋及孔口钢筋网 安装锚具 钢垫板 现浇混凝土 混凝土养护 7 锚索张拉 1 张拉设备的选型与标定 根据锚索锚固设计吨位选择合适的千斤顶及油压泵 在张 拉前需对张拉设备进行标定 绘出千斤顶顶力与压力表指示的 压强曲线 作为锚索张拉时的依据 2 张拉荷载和伸长量计算 张拉荷载计算 根据设计和施工规范要求 锚索设计荷载采用平均法进行 分配 即每单元锚索承受的荷载为设计荷载的 1 n n 为单元锚 索数量 忽略孔道摩擦和其它不利因素 伸长量计算 根据虎克定律 L PLi EA 确定每单元锚索的最终伸长量 压力分散型锚索之锚固段视为零 其自由段应分单元按实际全 长计算 差异荷载和伸长量计算 压力分散型锚索各单元差异伸长量和差异荷载计算公式 以三个单元锚索共六束压力分散型锚索为例 差异伸长量 L1 2 L1 L2 L2 3 L2 L3 Li E Li 式中 P A i 1 2 3 差异荷载 P1 E A L1 2 L1 2 P2 E A L2 3 L2 L2 3 L1 2 其中 L1 L2 L3 分别为第一 第二 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 设计锁定 荷载作用下的 伸长量 L1 2 L2 3 各单元锚索在给定最终张拉 投计锁定 荷载作用下的差 异伸长量 给定最终张拉 设计锁定 荷载作用下钢绞线束应力 P 给定最终张拉 设计锁定 荷载作用下单根钢绞线束荷载 A 单根钢终线束的截面面积 E 钢绞线的弹性模量 P1 P2 分步差异张拉之第一 二步级张拉荷载增量 3 张拉程序 预张拉 在正式张拉前 先按照初始荷载为 0 1 A fptk A 为锚 索的截面积 fptk 为锚筋承载力标准值 对锚索进行 1 2 次 整体张拉 使锚筋拉直 然后松开 差异分步张拉 第一步 先按照差异荷载 P1张拉第一单元最长一组锚索 并采用 L1 2进行控制 张拉到位后锁定施工锚和工作锚 在 千斤顶行程内可不回油 压力表不归零 继续进行第二步张拉 第二步 再按照差异荷载 P2同时张拉第一单元最长一组 和第二单元次长一组锚索 并采用 L2 3进行控制 张拉到位 后锁定施工锚和工作锚 在千斤顶行程内可不回油 压力表不 归零 继续进行整体同步分级张拉 整体同步分级张拉 按照上述第一 二步分单元进行补足张拉后 将三组锚索 即一 二 三单元 整体同步按照设计荷载的 25 50 75 100 110 五级张拉锁定 锁定后 48 小时若发现明显的预应力损失现象 则应进行 补偿张拉 4 张拉时间控制 在张拉过程中 当荷载每增加一级 均应稳定 5 10min 记录位移读数 最后一级张拉荷载应维持 10min 在每级加荷等级观测时间内 锚头移量不大于 1 0mm 时 可施加下一级荷载 否则需延长观测时间 直至头位移增量 2 0h 小于 2 0mm 时 方可施加下一级荷载 在每级加荷等级观测时间内 测读锚头位移不应少于 3 次 5 张拉破坏控制标准 锚索张拉过程中出现下列情况之一时可视为破坏 应终止 加载 锚头位移不收敛 锚固体从岩土层中拔出或锚索从锚固 体中拔出 锚头总位移量超过设计允许位移值 后一级荷载产生的锚头位移增量超过前一级荷载产生位 移增量的 2 倍 锚索材料拉断 8 封孔灌浆 封锚 预应力张拉达到设计值后 做好记号 观察三天 没有异 常情况即可对波纹管进行有压循环封孔灌浆 封孔灌浆后 用手提砂轮机切除多余钢绞线 从锚具起预 留 5cm 然后支模 用混凝土封锚 9 质量标准 锚孔钻造的允许偏差和检验方法 表 2 项次项目允许偏差检验方法 坡面纵向 50mm 坡面横向 50mm 用经纬仪和拉线和尺量检查 1 孔位 孔口标高 100mm 用水准仪或拉线尺量检查 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 用测角仪或地质罗盘检查 2 孔向 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 孔深大于设计深度验钻和尺量检查 锚筋组装的允许偏差和检验方法 表 3 项次项目允许偏差检验方法 1 锚筋长度 50mm 尺量检查 2 锚固段长度 50mm 尺量检查 3 塑料套管端头定位 50mm 尺量检查 中心定位 10mm 4 注浆管 端头定位 50mm 尺量检查 制作尺寸 5mm 5 支架 环箍 导向帽 接装定位 20mm 尺量检查 锚筋安装的允许偏差和检验方法 表 4 项次项 目允许偏差检验方法 倾角 1 1 入孔方向 方位 2 地质罗盘检查 2 入孔深度 200mm 尺量检查 地梁或框架的允许误差和检查方法 表 5 序 号 检查项目 规定值或 允许偏差 检查方法 1孔距偏差 50mm 每 20m 用经纬仪检查 3 点 2孔口高程 100mm 每 20m 用水准仪检查 3 点 3锚索轴线误差 3 查施工记录 每 20m 查 2 根 4框架地梁砼强度满足设计要求每个工点取 3 组试件试验 5框架地梁断面尺寸满足设计要求每 5 根抽查 1 根 四 结语 山岭重丘地区高速公路的大量建设给压力分散型锚索提供 了一个广阔的舞台 它以不受地形 地质条件限制 对于岩层 较为破碎的边坡能及时有效 因地制宜的深层加固的优点 以 及柔性可调 随机补强 深层和主动控制 超前预支护 施工 快捷等特点 迅速得以推广应用 以京