DSI体系预应力锚索框架梁施工工法

1、DSI体系预应力锚索框架梁施工工法帅建国1，陆文逸1，罗长青1，谢天义1，吴建2( 1.中建五局阿尔及利亚公司，长沙，410000；2.中建阿尔及利亚公司，北京，100125）一、 前言滑坡是斜坡岩体沿着某一破坏面（或软弱面）整体向下滑动的现象，是山区常见的一种不良物理地质现象。山区铁路、公路及其它工程的兴建，需要开山动土，经常会遇到滑坡危害，它和地震、山崩、泥石流等自然灾害一样，给人类生命财产造成重大的损失。其的整冶方案多种多样，而预应力锚索整冶方案不乏为一种良好的防滑工程措施。我部在阿尔及利亚南北高速公路T2隧道出口应用DSI体系预应力锚索框架进行仰坡防护取得成功，经整理汇总形成本工法。二

2、、 工法特点本工法具有以下优点：1、所用施工机械大部分比较轻便，可以在坡面上搭设双层脚手架进行作业，本工法施工几乎不受地形的限制。2、可以在全坡面进行流水作业，大大缩短滑坡体整冶时间。3、较之抗滑桩、桩板墙等其它整冶方案工程量均少，劳动强度小，施工简单，投资少。4、对山体扰动小，避免诱发山体滑坡复活，施工安全性大。三、 适用范围1、滑坡体加固工程。2、在斜坡上修筑道路或建筑物时对边坡加固。3、在城市地铁及其它深基坑施工中坑壁加固。4、在软弱地基中开挖抵抗基础隆起的抗浮加固及地基反力锚固。5、悬索结构及桥梁索道锚固、高层建筑的抗震锚固等。6、水利设施坝基加固及地下引水洞加固。四、 材料性能本工法

3、建立在意大利DSI锚索体系上，主要材料有15.2mm钢绞线、波纹管、注浆管等组成。具体材料及其规格性能见下表。序号名称及规格型号备 注1钢绞线15.2mms15.2mm-1860MPa2套管16/19mmPE3注浆管L=22.0mPE4热熔管25/9PE5定位架PE6绕线5mm尼龙7波纹管81/100PE8导向帽L=300mm，100mmPE9导向帽与波纹管连接管PE10锚具12T15铸铁11锚垫板250*250mm*40mm D=141mm铸铁12夹片15.2mm13锚头100本工法所基于的DSI锚索体系P2型锚索示意图如图一所示：图一 DSI锚索体系P2型锚索示意图在该体系中，波纹管主要起

4、到以下两个作用：1.使锚索体系与山体隔离，防止地下水对锚索系统的侵蚀，尤其是锚固段；2.增大锚索体系与山体的摩擦力。注浆管共有三根，分为内部注浆管、外部注浆管、外部高压注浆管。内部注浆管主要用于固定锚固段，外部注浆管和高压注浆管主要用于锚索体系与山体的固定。套管的作用是保护锚固段不被水泥浆固定。五、 工艺原理预应力锚索由锚固段、张拉段（或称自由段）和锁定头三部分组成（如图一示），锚固段设于被加固或不稳定的地层以外的稳定地层中，形成锚拉支承能力。然后由张拉段将锚固力传递给结构物或抑制件，用锁定头将张拉力固定在建筑物或抑制件上。其主要是通过预应力锚索将软弱、松动、不稳定的岩土体悬吊在深层稳定岩土体

5、上，以防其离层滑脱。起悬吊作用的锚索，主要是提供足够的拉力，用以克服破坏工程稳定的滑落岩土体的重力或下滑力，保持工程稳定。六、 施工工艺（一）工艺流程详见图（二）示。图二 预应力锚索框架梁防护施工工艺流程图（二）施工要点本工法结合阿尔及利亚南北高速公路T2隧道出口边坡整治预应力锚索框架施工来叙述其施工工艺：1、边仰坡开挖，喷锚防护在开挖边仰坡之前及边坡开挖成型后，依照设计，结合现场实际地形设置监控量测点。监控量测包含三个内容：1.地表位移及沉降监测；2.深孔位移监测；3.地下水位监测。在整个边仰坡防护施工中，持续对边仰坡的稳定性进行监控量测。监控量测点分布如图三所示。逐级开挖一级边坡和二级边坡

6、，并逐级进行喷锚防护。喷锚防护采用钢筋网片+喷锚+锚杆系统。图三 监控量测点分布示意图2、完善排水系统排水系统共包含截水天沟和泄水孔两个方面。其中，泄水孔采用L=6M,160PVC管和L=30M，160PVC管相结合的排水系统。3、框架梁浇筑根据设计资料，测量人员在施工前将锚固孔的孔位、钻孔方向确定，打入标桩，标明钻孔编号。进行框架梁的钢筋绑扎。在横梁与纵梁搭接处采用焊接方式固定锚垫板，用靠尺及测量钻孔方向点控制锚垫板角度，避免锚索在山体内部交叉。立模浇筑砼，预留排水孔。4、钻孔根据测量人员确定的孔位及钻孔方向进行钻孔，并进行钻孔记录。必要时搭设钻孔工作平台。钻机平台采用脚手架和木方进行搭设。

7、用潜孔钻机“干法”造孔，严禁泥浆护壁，对岩层较破碎松散的要采用钢套筒管跟管钻进，以防止塌孔；采用高压风洗孔，每孔比设计钻孔长度多钻0.5m，防止孔底被岩（土）屑挤占。锚固孔钻孔质量指标主要是钻孔弯曲率和岩芯采取率。因此，钻孔时要求每次采取率达到90%，以确定不稳定岩土体厚度或滑动面的位置等，并根据锚孔揭示的实际地质情况对锚孔长度和位置作适当的调整。要求锚固孔圆直，不得弯曲，钻孔施工中，要及时测斜，必要时每5m测一次，如发现孔斜应立即纠正。在钻孔过程中，因地质差、操作不当等问题，易出现塌孔、空洞等现象。a 若钻孔过程中出灰量大，后期装索困难，即可判定为塌孔。此种情况，钻孔完成后，应立即安装锚索。

8、若锚索扔无法安装，则应对锚索孔注浆处理，并重新钻孔。b 若钻孔过程中，潜孔钻机无力、出灰量少，则可判定为有空洞情况。立即停止钻孔，取出钻杆，采取注浆方式填补空洞，并重新钻孔。5、锚索制作及安装锚索采用多股高强度低松驰钢绞线制作。自由段（张拉段）涂强力防腐涂料并套聚乙烯塑料管封闭，确保防护效果，制作锚索时，实际长度应比设计长度增加1.0m的张拉段（或根据张拉千斤而定）。钢绞线必须平顺，不能相互交叠，以防张拉时受力不均匀。锚束依照设计用5mm粗尼龙先缠绕，钢绞线得到充分握裹和保护。锚索安装前需通风检验三根注浆管是否通畅，安装时要注意保护外部注浆管及波纹管，避免因用力不当，造成外部注浆管弯折堵塞，或

9、波纹管挤压变形、脱落。锚索安放时，应防止锚索扭压、弯曲，注浆管跟随锚索一同放入钻孔，注浆管头部距孔底宜为50100mm。锚索插到孔内的深度不小于锚索长度的95%，一经安放，不得任意敲击，不得悬挂重物，锚索安放后，为防止土屑将孔堵塞，应立即注浆填充。6、注浆从预埋的注浆孔中压注胶凝材料。胶凝材料根据设计采用树脂胶、树脂胶水泥浆、纯水泥浆或水泥砂浆，浆体单轴抗压强度25Mpa。注浆方法根据设计的不同分别采用锚固段和张拉段同时一次性压注或先压注锚固段等到锚索张拉完再压注张拉段两种方法。注浆浆液应搅拌均匀，随搅随用，浆液应在初凝前用完，并严防石块、杂物等混入浆液。由于浆液可能沿裂隙乱窜，甚至压出坡面，

10、所以隔一定时间后要反复压注，直至注浆压力达到或超出设计压力为止。首次注浆时，先进行内部注浆再进行外部普通注浆，直至锚索波纹管和孔口均出现返浆。如孔口返出的为清水，或浆液浓度比注入的浆液稀，应持续注浆至浆液浓度与注入浆液浓度一致为止。应在第一次注浆结束两小时后进行第二次补注浆。若注浆过程中，出现注浆管堵塞情况，可进行加压注浆。普通注浆压力以48 bar（400800 Kpa）为宜，岩层中无裂隙的注浆压力取低值，有裂隙时可在下锚前采用自流顶灌浆，再钻孔、洗孔、设锚；在土层中视土体的密实性能选用压力，土层密实时选用46 bar （400600 Kpa），松散时选用68 bar（600800 Kpa）

11、。普通注浆后7天，进行高压注浆管注浆，注浆压力为25 bar（2500Kpa）。注浆压力达到25bar（2500Kpa）后，高压注浆管会爆裂，若孔内有未住满部位，浆液将进行填充。7、张拉待框架梁（地梁）砼强度达及注浆强度达70%以上时分级张拉。安装张拉机前清理锚垫板内杂物，安装锚具及锁片，保证锚具与锚垫板无缝衔接。在安装锚具时，要使锚具的角度与工作锚一致，这样锚索才能顺直，张拉机千斤顶才能正常工作。张拉流程图如图四所示。图四 张拉流程图张拉分级按设计采用多级张拉，为抵消因坡面张拉压缩等造成的预应力损失可根据不同试验情况超张拉10%15%。 安装前应对千斤顶和电动油泵进行标定，并按标定的数据进行

12、张拉。本段滑坡治理所采用的张拉设备的张拉数据要求包含两个方面：a锚索伸长量变化速度。锚索伸长量为L应满足以下条件：L（15min-3min）<1.5mm；L（30min-5min）<1mm；即，张拉稳定后3分钟到15分钟的锚索伸长量变化值不超过1.5mm；5分钟到30分钟的锚索伸长量变化值不超过1mm。b锚索最终伸长量。此处的锚索最终伸长量指的是在张拉稳定后30分钟时，锚索的伸长量。此伸长量根据锚索长度的不同，要求也不同，伸长量斜率具体方程式如下：1、最小斜率计算最小系数计算=1000*（外露长度+1.5）*1000/（钢筋截面*钢筋模量）最小坡度计算=(应力*最小系数)(T0应力

13、* 最小系数) 2、最大斜率计算最大系数计算=1000*（外露长度+1.5+1/2*被锚固的长度）*1000/（钢筋截面*钢筋模量）最大坡度计算=（应力* 最大系数)(T0应力* 最大系数)锚索伸缩长量斜率应在最大值与最小值曲线之间。例图如图五所示。在张拉试验成功后，方可进行大面积锚索施工作业。8、封锚图五 张拉数据实例补偿张拉后，从锚具量起留80120mm钢绞线，其余部分用切割机截去，用锚头和泡沫胶（膨胀剂）对锚具及垫板进行包裹，以作永久防护。七、 机械设备 本工法主要机具、设备、配置祥见表1、 本工法主要机具设备表 表1序号名称及规格型号单 位数 量1动力式液压钻机台52电动空气

14、压缩机20m3/min台33灰浆搅拌机400L台14双液注浆机台15半自动切割机100台16预应力钢筋液压张拉设备650KN台17高压油泵63MPa台18砼拌和站套1 9装载机辆1 10砼搅拌输送车台2 11变压器套1 12发电机组套2 13汽车吊台1 14水泵台115钢筋切割机台1 16钢筋弯曲机台117电焊机台118平板车辆1 八、劳力组织本工法劳力组织见表2本工法劳动力组织表 表2序 号工 种人 数备 注1负责人1人2技术主管1人3技术员2人4测量员2人5实验员1人6安全员1人7框架梁组24人框架梁钢筋绑扎、模板安装、锚垫板安装定位、 框架梁混凝土浇筑8钻机组9人操作钻机、维修保养、抬运

15、下索9注浆张拉组3人灌浆、灌筑，灌筑锚墩等10电焊工1人电焊11电工1人接电源、工地照明及排除故障12机修工1人操作风压机和灌浆泵，维修保养13机械司机4人14其他2人15合计53人九、质量控制A、本工法以特殊地段的锚索施工（NF EN 1537）法文版中有关中有关预应力钢绞线施工标准为依据，结合公路工程质量评定及验收和公路桥梁工程施工技术规范进行质量控制。B、预应力锚索必须确保锚固段长度及注浆效果，自由段及外露端必须认真做好防锈蚀处理，注浆强度必须达到100%和地梁砼强度达设计80%后才能张拉预应力锚索。C、锚索孔成孔必须采用“干法”严禁泥浆护壁，钻进时要认真做好记录，以准确确定锚索锚固长度

16、和锚固岩层。D、自由段（张拉段）涂强力防腐涂料并套聚乙烯塑料管封闭，避免浆体进入塑料管与钢绞线粘接，确保防护效果。E、钢绞线束制做必须平顺，不能相互交叠，锚索锚固段必须按设计设置绕线，以保证灌浆钢绞线得到充分握裹和保护。锚索安放时，应防止锚索扭压、弯曲，并严禁在地上泥土里拖拉。F、锚索张拉实行“双控法”控制，当钢绞线实际伸长量与理论伸长量误差超过6%时应查明原因后重新进行张拉；张拉器具在张拉前必须进行校核；钢绞线在使用前必须进行规范规定的松驰试验。十、安全措施 除遵守预应力工程施工日常安全规定外，尚应采取如下安全措施：A、 应用“事故易发点控制法”，加强施工安全工作，重在预防，杜绝安全隐患。B

17、、 锚索张拉前要有专门的安全防护措施，防止锚索在张拉过程出现脱落伤人事件。C、 张拉前，必须对张拉设备、预应力钢材进行正确标定和检验。张拉时，事前检查油泵各阀门的工作情况、油管的通畅情况，以免在张拉时油泵工作不正常而造成张拉失败。D、 钻孔过程中如遇到地层松散、破碎时，应采用跟套管技术，以使钻孔完整不坍。十一、效益分析本工法与传统的锚索框架梁施工方案有如下明显的特点：1、本工法施工钻孔使用机械设备少，工艺简单，施工方便，施工质量容易控制。2、本工法工程量少，避免了对滑坡体大面积刷坡减载的施工，从而大大减少了对古滑坡体的扰动对古滑坡体的诱活，而且由于施加预应力，滑坡体变形能迅速抑制，确保了古滑坡

18、体的稳定，为其它工程施工创造了条件。3、本工法将传统的逐级刷坡、逐级施工锚索、最后施工框架梁的方式，变为逐级刷坡、逐级锚喷防护，先将松散的坡面封闭成一个整体，并通过完善的排水系统和持续的多方位的监测来确保施工安全。4、本工法先锚喷封闭坡面后利用框架梁反压坡面，增强了坡面的稳定性，也降低了施工难度；框架梁施工置于至锚索钻孔之前，避免了框架梁施工与锚索施工的交叉干扰，缩短了张拉的等待时间。5、本工法先施工锚索框架梁，后进行锚索施工，并可以合理划分作业面，进行平行流水作业，方便罐车、混凝土泵车、吊车等大型机械作业，大大的提高了工作效率。6、由于预应力锚索受力明确，结构合理，能充分利用材料的性质，且施工几乎不受地形的限制。因此本工法能适用范围较广。十二、 工程实例 阿尔及利亚南北高速公路T2隧道南口是较大的不稳定斜坡，坡体的材料为粘质砾石。该区域属中低山构造剥蚀地貌。山体陡峻，斜坡坡度约30。-40。，植被发育。出露地层为白恶系下统页岩，层位稳定，区域稳定性较好。根据工程地质调绘以及钻探、物探策划能够过，表层坡积土厚度较大，稳定性差，隧道洞口施工势必会开挖坡脚，形成高陡临空面，坡脚应力集中，加之该