预应力锚索在高边坡病害治理中的应用

1、预应力锚索在高边坡病害治理中的应用中铁十六局集团第五工程有限公司 张振宇摘要 本文介绍了预应力锚索在福宁高速公路某边坡病害处治中的应用，取得了良好的加固效果，减少了土石方开挖量。同时介绍了预应力锚索的施工工艺及机具材料，以及施工中所遇到的困难及处理措施，为今后类似工程的施工提供借鉴。关键词 预应力锚索 边坡 病害处治 应用1概述福宁高速公路A15-2标段K102+720-K102+900段右侧为高边坡路堑，设计边坡最高为50余米，坡长180m，工点附近属丘陵剥蚀地貌，地形陡峭，路堑穿过的山体平均坡度大于25，海拔标高90130m。该处施工图设计路堑各级边坡坡率自下而上分别为：1：0.25、1：

2、0.5、1：0.5、1：0.5、1：0.75边坡防护形式分别为：13级边坡系统锚杆加挂网喷砼，45级边坡变截面护面墙壁，6级边坡等截面护面墙壁。施工方法为：清除表层植被，设置坡顶截水沟后自上而下逐级开挖。当挖至第二级边坡后，于2000年10月12日坡顶出现裂缝，随即该处停止施工。10月25日，K102+740-K102+770段第五级边坡垮塌，此后坡顶裂缝发展较快，缝宽由最初的12cm，逐渐变至1020cm。10月23日后裂缝进一步发展，最大缝宽达50cm，并于10月28日自坡顶裂缝处滑塌下来。随后，中交第二勘察设计院会同业主、施工、监理单位进行实地调查，分析病害产生原因，制定治理方案。2病害

3、治理方案确定21原因分析由于原设计在该处无钻探地质资料，因此首先在该处进行地质补探和详细的地质勘察，勘察结果显示该处地层主要有第四系残坡积层（厚度25m，最大8m）和南园组晶凝灰岩组成，风化强烈，地表以出露强风化层为主，强风化层厚度511m，且风化差异突出，岩性软弱相间。弱风化层厚度较大，且裂隙发育，裂隙切割岩石呈碎石状、碎块状，完整性差；测区内构造发育，以裂隙密集带的形式产出，部分张开，为粘土填充，频率5条/米，节理切割岩石呈破碎石状，非常不利于边坡稳定。通过以上地质资料及施工现状分析，病害产生主要原因有以下风点：A、地区地质基础脆弱，并有历史病害遗迹。B、边坡开挖高陡临空，造成坡体卸荷，原

4、始的极限平衡被破坏，坡脚应力集中发展，超过坡脚岩土的承载能力失稳。C、区内裂隙发育，在较弱下部支撑被卸载的情况下，残坡积层在自重作用下快速变形积聚发展，从而沿着原始软弱结构面下滑所致。22治理方案221方案确定 通过以上原因分析，对于破碎岩石高边坡病害，应以防止或有效地控制坡体应力松弛、加固不利结构面组合变形和破坏为主，进行综合治理，因此对该处确定采用适量刷方放缓边坡和预应力锚索防滑加固和处理方案。地层和地表水采用深孔相结合的排水方法，地层裂隙发育处采用注浆加固和孔隙封闭的方法。222改坡刷方对已发生边坡滑坡破碎体，予以清除或大部分清除，滑坡后壁按左右两侧坡级刷方顺接。放坡后最高处形成九级边坡

5、，边坡高度达80m，坡率自下而上，分别为1：0.5、1：0.5、1：0.5、1：0.5、1：0.75、1：0.75、1：0.75、1：1.00。边坡防护形式为：第一、三、五、六、七、八、九级采用锚索格子梁防护，第二、四级采用锚杆格子梁防护。223预应力锚索参数的选定锚索材料选用5j15.24高强度低松弛钢绞线，视钻孔地质情况，锚索选定长度在2330m之间，锚索间距4.5m，锚索孔径为130，倾角20，经计算，锚孔与注浆体、注浆体与钢绞线的相互受力分析，确定锚索锁定预应力为380KN，锚固段长度不小于10m，必须嵌入弱风化或微风化岩层，在锚固段沿轴线方向每隔11.5m设置一个隔离架和紧箍环，保证

6、每根钢绞线保护层厚度不小于2cm；自由段锚索防腐采用涂防锈漆及脱水黄油，外套PVC管及注浆等多层防腐措施处理。格子梁采用C25钢筋砼，其横梁纵梁截面均为0.50.5m，锚垫墩截面尺寸为1m1m0.5m，预应力锚索张拉采用双控进行，实际伸长量不大于理论伸长的6%，锚索孔注浆压力控制0.51.0Mpa。预应力锚索具体构造见下图所示：3预应力锚索施工31施工机具造孔机具选用宣化产KQJ-100B潜孔钻造孔，江西产4L-20/8型电动空压机供风；锚具采用柳州欧姆公司生产的OVM锚具，张拉设备采用柳州建筑机厂生产的ZB4-500型电动油泵，YCW100B型组合千斤顶，灌浆设备选用BW-250/50型泥浆

7、泵。32现场工艺验证试验为了确定锚索的极限锚固力，验证锚索的各种安全系数以及施工工艺合理性，在正式进行预应力锚索施工前，在与工作锚索相同的地层中进行了工艺试验。试验数量为一组三孔，每孔锚固段长度分别为4m，8m和12m，自由段长度皆为3m，锚索采用7j15.24钢绞线编制而成。试验从造孔到锚索张拉完毕所有工艺皆与拟采用的施工工艺相同，通过试验所得数据，绘制出以下PS曲线：锚索张拉记录张拉循环压力表读数(Mpa)锚索体拉力(KN)锚索体伸长量(mm)1号孔2号孔3号孔第一循环1.411.9000第二循环11.2329141214第三循环25.5791332931.5第四循环33.6105472.

8、74344.5第五循环41.813191405654.5第六循环45.914527270说明：1号孔当张拉至第三循环时，锚垫墩开始陷入坡面，其它孔当张拉至第四循环时，张拉力与伸长量不成比例，锚固段失效。通过试验验证了锚索的设计参数及施工工艺是可靠的和合理的，对今后大面积的施工起到重要的指导作用。33预应力锚索施工工艺331工艺流程首先对材源进行检验，并进行张拉设备的配套标定工作，然后按以下步骤施工：造孔 清孔 编锚 下锚 锚固段注浆 锚垫墩及格子梁浇注 外锚头制作 张拉 补偿张拉 自由端注浆 封锚332造孔造孔前首先精确定出孔点位置，孔点坐标与设计的坡面坐标偏差不得超出（50mm，100mm）

9、，钻孔采用潜孔冲击钻无水钻进，禁止开水以确保边坡岩体地质条件不被恶化和保证孔壁的粘结性能，钻孔过程配有专门技术人员随时检测孔斜，保证斜度误差控制在2.5之内。钻孔深度保证超钻不小于50cm。333清孔钻孔结束后，用高压风进行清孔，孔壁不得有粘土或粉砂滞留以保证水泥砂浆与岩体的粘结力。钻孔清孔完成后，将孔口暂时封堵，以免碎屑、杂物进入孔内。334编锚、下锚锚索编制前对钻孔实际长度进行测量，并按孔号截取锚索体材料，钢绞线必须采用机械切割，严禁电弧切割，同时也不得采用焊接，锚索体长度考虑到张拉和施工工艺要求，一般取设计长度外加11.5m的工作长度。材料截取后，在编索平台上进行拉直编索，在锚固段安置隔

10、离架和紧箍环，并在锚索末端安装导向帽，在自由段作防腐处理，自由段内的钢绞线上涂防锈漆及脱水黄油，外套PVC防腐管，在防腐管末端安置止水环，并用胶布缠绕，以防注浆时浆液进入自由段，注浆管捆扎在锚索体的中间，随锚索一起下入孔内，管端距锚索末端不超过20m。锚索编制完成后，按对应的孔号下入锚索孔内，下锚时用力要均匀一致，防止在推送过程中损伤锚索配件和防护层。335锚固段注浆下锚后及时进行锚固段注浆，浆体为1：1水泥砂浆，水灰比0.380.45，强度不低于20Mpa，注浆时注浆管边注边拔，使注浆管始终有一段埋于浆液中，注浆过程要保证锚固的注浆长度符合设计要求。336锚垫墩及格子梁浇注锚垫墩及格子梁采用

11、整体浇注法施工，要求嵌入坡面20cm，浇注前，在孔口1m范围内埋设波纹管，方向与锚孔方向一致。现场浇注时，注意砼振捣，尤其是在锚孔周围，钢筋较密，应仔细振捣，保证砼密实，两相邻格子梁处预留23cm伸缩缝，并用浸沥青的木板填塞。337外锚头制作为保证锚索受力垂直，在锚索垫墩上需设锚索斜托，锚索斜托顶面与锚孔轴线保证垂直，锚具中的螺旋筋、锚垫板安放要符合设计要求，锚垫板尺寸误差控制在0.1cm0.2cm。338张拉待锚固段的浆体强度和垫墩、锚墩的砼强度达到设计要求后，进行预应力张拉。张拉采用“双控法”，即采用张拉系统出力与锚索体伸长值来综合控制锚索应力，以控制油表读数为准，用伸长量校核。当实际伸长

12、量与理论值差别大于6%时，应暂停张拉，待查明原因并采取措施后方可继续进行。张拉前，事先将锚垫板表面清除干净，将垫墩、锚墩、锚具安装好，锚具安装应与锚垫板和千斤顶密切对中，并和锚索轴线方向垂直，千斤顶轴线与锚索轴线在一条直线上。张拉方式采用整体分级式张拉，并在正式张拉前取0.2P的张拉力进行预张拉；张拉稳压时间除最大一级要稳压25min外，其余每级持荷稳定时间不少于5min，具体张拉方式如下：0.2P 0 0.1P 0.3P 0.5P 0.7P 0.9P 1.15P锁定（P为设计预应力)339补偿张拉在张拉完成锁定72小时后，进行补张拉至1.15P再锁定，以补偿前期张拉的预应力损失。3310自由

13、端注浆补张拉完成后，对自由段进行注浆，作为自由段钢绞线的防腐措施之一，注浆要饱满，浆液配比同锚固段注浆液。3311封锚在补张拉完成7天、自由段注浆结束后，如没有发现异常情况，可进行封锚处理。多余外露的锚索用手提砂轮机切除，严禁电弧烧割，并留长510cm的外露锚索，以防拽滑，然后用小石子砼将锚头封闭，以防风化侵蚀。4施工中遇到的问题及处理措施41地质复杂、裂隙密集、成孔困难由于该处工程地质条件复杂，岩体风化严重，构造裂隙发育，岩体破碎，因而在钻孔过程中，经常出现塌孔、卡钻现象。为此，我们采取了灌浆固壁的方案，边钻边灌，逐步成孔，对个别孔位由于裂隙密集，裂隙延伸距离长的地段，若采用普通灌浆法，灌浆

14、量非常大（曾有一孔灌浆水泥用量达15吨），为此采取了渗加水玻璃，间断灌浆法，取得了较好的效果。42钻孔过程遇地下承压水钻进过程中出现的承压水，使得钻渣变为浆状物，排渣时无法排出。给钻进工作带来了很大困难。为此，我们采取了封堵结合的办法进行处理，即在钻孔内高压注浆，进行封堵，封堵后重新钻进，对个别出水量较大的孔，除了采取注浆封堵外，在其附近补钻一排水深孔，排水深度以进入锚索锚固端为宜。43预应力损失较大前期张拉完成3天后进行补偿张拉时，发现应力损失较大，部分锚索预应力损失超过了10%，分析原因主要有：造孔精度差，增大了摩阻应力损失，锚具及预应力筋徐变引起的预应力损失。针对以上原因，我们采取了提高造孔精度，减小孔斜误差，尤其是控制钻孔入口2m范围内的误差，使其不大于2，首先加固钻孔平台支架，保证钻孔过程中不发生晃动；其次钻头入孔时，用侧斜仪严格控制其倾角；徐变引起的损失，采取张拉时每级荷载持荷时间适当放长，尤其是最大一级持荷保证不小于30min。5结束语预应力锚索与钢