预应力锚索张拉工艺性实验.doc

1、 京福高速公路（福州段FA1标段）预应力锚索设计与施工摘要：以京福高速公路FA1标段预应力锚索为例，对预应力锚索设计与施工问题进行了探讨。关键词：高边坡 预应力锚索京福高速公路福州段FA1标段路基全长 km，该段地形复杂，V字型沟谷发育，修建的路堑边坡较高，最大高度达90m，其中的锚索防护因工艺较新、工程数量较大，是施工的重点和难点工程。本标段共有锚杆528孔10216m，试验孔9孔186m；锚索228孔5534m，试验孔12孔248m。本标段路堑高边坡防护设计采用压力分散型锚索，每孔锚索共三个单元，每个单元由两根无粘结钢铰线内锚（通过特制挤压簧和挤压套对称锚固，单根连接强度大于200KN）于

2、钢质承载体组成，预应力锚索为j15.24mm、强度1860MPa高强低松弛钢绞线；锚具为HVM型。预应力锚索结构参见图1。二、施工工艺流程施工工艺流程：测量放线、钻锚索孔、编索、安装锚索、注浆、浇筑钢筋砼框架、预应力张拉锁定及封锚等。三、基本试验1、试验目的：大规模施工前，按照施工图设计规定进行锚索基本试验，即抗拔拉破坏试验，以验证锚索的性质和性能、施工工艺、设计工艺、设计合理性、安全储备、锚索的抗拔拉承载能力、荷载、变形、松弛和蠕变等问题，以及有关搬运、储存、安装和施工过程中抗物理破坏的能力。如发现问题，应及时采取变更和完善等应对措施，以便调整和修正设计参数和施工工艺。图1 边坡加固预应力锚

3、索结构示意图2、试验孔的布置和试验方案的确定：试验孔布置在有代表性岩土的坡面上，由设计图1 边坡加固预应力锚索结构示意图2、试验孔的布置和试验方案的确定：布置在有代表性岩土的坡面上。基本试验每种类型锚索数量不少于3根，试验时最大的试验荷载不宜超过锚筋承载力标准值的0.9倍，待锚固体强度大于设计强度的80%时，方可进行试验。3、试验方法（1）基本试验加荷等级与测读锚头位移：a、对于压力分散型锚索，初始荷载为0.1×A×fptk+差异荷载（A为锚筋的截面积，fptk为锚筋承载力标准值），使锚筋拉直，然后松开。随后再采用循环加荷，每级加荷增量取A×fptk的1/101/

4、15倍。压力分散型锚索各单元差异伸长量和差异荷载计算公式：（以三单元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L1L2L3；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

5、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。b、锚索加荷等级与观测时间见表1。 锚索基本试验加荷等级与观测时间 表1加荷标准循环数加荷等级（A×fptk %）加 载最大加载量卸 载初始荷载10第一循环103010第二循环10203040302010第三循环10304050403010第四循环10305060503010第五循环10305070503010第六循环10306080603010观测时间（min）5551

6、0555c、在每级加荷等级观测时间内，测读锚头位移不应少于3次。d、在每级加荷等级观测时间内，锚头移量不大于0.1mm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。（2）锚索试验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。（3）整理试验报告，并绘制荷载一位移（Q-S）曲线、荷载一弹性位移（Q-S0）曲线、荷载一塑性位移（Q-SP）曲线。（4）基本试验所得的总弹性位移应超过自由

7、段长度理论弹性伸长的80%，且小于自由段长度与1/2锚固段长度之和的理论弹性伸长。压力分散型锚索之锚固段视为零，试验中其自由段应分单元按实际全长计算。（5）试验得出的锚索安全系数K0值由下式确定：K0=Ru/Nt式中：Ru锚索极限承载力，取破坏荷载的95%；在最大试验荷载下未达到规定的破坏标准时，极限承载力取最大试验荷载值。Nt锚索设计荷载（设计轴向拉力值，下同）。K0安全系数；根据福建省的地质情况，k0值一般宜大于2.0。5、试验结果：报告监理工程师审查合格后，方可组织大规模施工。四、锚索施工工艺、施工要点1、锚索钻孔（1）测量定位：坡面检查合格后，按设计要求测量放线测定孔位，孔位误差不得超

8、过±5cm。钻进过程用罗盘仪控制钻孔方向，以满足精度要求。（2）钻机就位：用地质罗盘仪或测斜仪定向，钻杆与水平夹角控制在20°，并确保钻机安放支架牢固稳定，在造孔过程中不允许出现晃动。（3）钻孔机具：采用空压机供风，潜孔钻无水干钻成孔，以确保锚索施工中不至于恶化边坡岩体的工程地质条件和保证孔壁的粘结性能；使用钻头直径不得小于设计孔径。（4）钻孔顺序：钻孔应自上而下逐层施工，并组织好交叉、流水作业。（5）钻孔深度：为确保锚孔深度，钻孔深度大于设计深度0.2m以上。（6）特殊情况处治：钻孔速度应根据使用钻机性能和锚固地层严格控制，防止钻孔扭曲和变径，造成下锚固难或其它意外事故；

9、如遇地层松散、破碎时，则采用套管跟进钻孔技术；如遇塌孔、缩孔现象，立即停钻，及时进行固壁灌浆处理（灌浆压力0.10.2MPa），待水泥砂浆初凝后，重新扫孔钻进，以使钻孔完整；若遇锚孔中有承压水流出，待水压、水量变小后方可下安锚筋与注浆，必要时在周围适当部位设置排水孔处理，或采用灌浆封堵二次钻进等方法处理锚孔内部积聚水体。（7）锚孔清理：使用高压空气（风压0.20.4MPa）将孔内岩粉及水体全部清除出孔外，以免降低水泥砂浆与孔壁岩土体的粘结强度。（8）锚孔检验：锚孔成孔结束后，须经现场监理检验合格后，方可进行下道工序。锚孔钻造的允许偏差和检验方法应符合表2的规定。（9）钻孔记录：钻进过程中应对第

10、个孔的地层变化，钻进状态（钻压、钻速）、地下水及其它特殊情况作好现场施工记录。2、编索编索在加工棚内工作平台上进行。钢铰线的下料长度等于锚索设计长度、外锚墩厚度、张拉千斤顶长度、锚具厚度以及张拉操作预留量等的总和。截取钢铰线前，对线材要进行检查，对无粘结钢铰线套管有破损的进行修补，钢铰线有机械损伤或锈蚀的放弃不用。截取钢铰线用切割机，不允许用电焊或气割。截好的钢铰线平顺地置于工作平台上。每孔压力分散型锚索有根分为组，每组根，端部用红、黑、白三中颜色地油漆标记。在锚固段范围内按设计间距穿上架线环，用细铁丝绑扎固定，再在锚索下端部安装钢质承载体及挤压套。注浆管与锚索一起编入索体，从承载板中间穿过。

11、编索后编号备用。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1孔位坡面纵向±50mm用经伟仪或拉线和尺量检查坡面横向±50mm孔口标高±100mm用水准仪或拉线和尺量检查2孔向孔轴线倾角±1.0°用测角仪或地质罗盘检查孔轴线方位±2.0°用经纬仪或地质罗盘检查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20cm验钻和尺量检查3、安装锚索锚索孔成孔检查合格后，再次用高压风清孔一次，将相应的锚索人工抬至孔口穿索。穿索时要人工缓慢送入，避免锚索体扭曲。4、注浆采用一次

12、常压注浆孔底返浆方式注浆，直至锚孔孔口溢出浆液或排气管停止排气且有稀水泥浆压出时，方可停止注浆。注浆结束后应观察浆液的回落情况，若有回落应及时补浆。液浆作业过程应做好注浆记录，同时，对每批次注浆采样进行浆体强度试验。浆液为C40水泥浆，水灰比0.40.45，注浆压力按设计要求控制，设计无要求时控制在1.52.5Mpa。当锚固段地层为土质时，根据设计要求，为提高锚固段的抗拔能力，采用二次高压劈裂注浆，在一次注浆形成的水泥结石体强度达到5.0MPa进行。浆液选用水灰比0.450.5的纯水泥浆，注浆压力不宜低于2.5MPa。注浆压力、注浆数量和注浆时间可根据锚固体的体积及锚固地层情况通过试验确定，并

13、分段依次由下至上进行。5、钢筋砼框架施工施工程序为：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）现浇砼砼养护。施工要点为：（1）基础底面处理基底用25cm厚水泥砂浆找平，遇边坡有局部超挖较大架空处采用C10浆砌片石嵌补。找平后的基础底面较框架梁宽50mm，作为立模的基面。（2）模板的安装与加固模板采用组合钢模，锚斜托处的模板特制，使锚斜托突出框架梁表面与锚索方向垂直。用圆钢筋打入地面和钢管支架联成整体固定模板。检查模板接缝，空隙用海绵条堵塞紧密防止砼灌注时漏浆。（3）钢筋制安、砼灌注和养护锚索框架现场浇筑。钢筋在棚内制作，运送至现场绑扎，下料、弯制

14、、焊接、绑扎按设计技术规范要求施作。砼机械拌和，简易索道和铁斗车运输，振动棒振捣密实，尤其在锚孔周围，钢筋较密集，应仔细振捣，保证质量。砼浇筑完成后,及时草袋覆盖洒水养生至张拉龄期。（4）浇筑砼前，必须将锚具中的螺旋钢筋、波纹管（宜用钢质）和锚垫板按设计要求固定在地梁或立柱的钢筋上，方向与锚孔方向一致，摆放平整。（5）锚索框架按设计分片施工，相邻两片框架横梁或顶梁接触处留2cm宽伸缩缝，用浸沥青水板填塞。（6）对地质复杂，稳定性差的边坡，采用压力分散型锚索加固时，应根据边坡稳定变化的情况，及时采用简易预张拉，简易预张拉的拉力一般为设计荷载的30%。（7）锚索地梁或框架允许偏差和检查方法按表3的

15、规定。地梁或框架的允许误差和检查方法 表3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±3º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组试样试验5框架地梁断面尺寸满足设计要求每5根抽查1根6、张拉锁定压力分散型预应力锚索张拉按一定的次序分单元采用差异分步进行，即根据设计荷载和锚固单元长度计算确定差异荷载。首先分单元补足张拉各单元差异荷载，然后按下述张拉程序整体同步分级张拉。边坡锚固锚索张拉采用超张拉，超张拉力值为设计拉力值的1.11.2

16、倍。锚索张拉力值宜分两次张拉作业施加，第一次张拉作业力值为设计张位力值的一半，第二次张拉作业直至超张拉力值。每次张拉宜分为56级进行，除第一次张拉需要稳定30分钟外，其余每级持荷稳定时间为5分钟，并分别记录每级荷载对应锚索体的伸长量，做好记录。张拉时锚索体受力要均匀，发现异常情况应分析原因，并及时处理解决。锚索张拉注意事项：（1）锚斜托台座的承压面应平整，并与锚索的轴线方向垂直。（2）锚具安装应与锚垫板和千斤顶密贴对中，千斤顶轴线与锚孔及锚索体轴线在一条直线上，不得弯压或偏折锚头，确保承载均匀同轴，必要时用钢质垫片调满足。（3）锚固体与台座砼强度均达到设计强度的80%以上时，方可进行张拉。（4

17、）张拉千斤顶和油泵必须经过有资质的部门校验标定。（5）锚索正式张拉之前，应取0.10.2倍设计张拉力值对锚索进行12次预张拉，确保锚固体各部分接触密贴，锚索体顺布平直。（6）永久锚索张拉控制应力不应超过其极限应力值的0.6倍。（7）完整记载并保存张拉记录。7、封锚锚索锁定后，做好记号，观察三天，没有异常情况即可用手提砂轮机切割余露锚索头，严禁电弧烧割，留长510cm外露锚索，以防滑。最后用水泥净浆注满锚垫板及锚头各部分空隙，并按设计要求支模，用C25砼封锚处理，防止锈蚀和兼顾美观。8、监测在施加预应力前全面测量被加固体平面位置及高程，张拉过程中，实行“信息施工法”，即边监测边施工，以反馈回的资

18、料指导施工。结束语：随着社会基础设施建设的力度不断加大，道路设计标准不断提高，高边坡防护工程越来越多，为了维持边坡的稳定，提高防护技术的技术含量，预应力锚索防护技术有着更加广阔的发展前景。京福高速公路福州段FA3标段少埔山路堑高边坡综合治理吴王成（福建省交通建设工程监理咨询公司， 福州 350004）摘 要 本文针对京福高速公路福州段少埔山路堑高边坡、病害作了原因分析，并介绍综合治理措施作。关键词 路堑高边坡 病害分析 治理目前，我国高速公路建设正快速进行，其中有不少路段通过山岭重丘地带，地形、地质条件复杂且自然坡陡。在施工过程中，路堑边坡的崩塌、滑坡现象时有发生，其危害严重、损失极大，使工程

19、往往无法正常实施，也可能给工程竣工后正常运营留下安全隐患。为了满足安全可靠和经济合理双重目标，对高边坡病害特征性质的深入分析和对其治理工程方案的慎重选择显得非常重要。京福高速公路K260+550880段左路堑高边坡多处失稳滑塌即属此类问题的典型实例。1 工程概况少埔山位于福州段京福高速公路FA3合同标段，高速公路从该山腰通过，左边坡的里程为K260+550K260+880，路堑边坡达60余m高，每10m设一个平台，设计坡率：1、2、3级为1：0.5；4、5级为1：0.75；6级为1：1。2 主要病害情况（1）该山体具有滑坡史： 1997年发生山体滑坡，造成山脚下4户村民房屋冲毁倒塌，13人丧生

20、。（2）该坡面多处滑塌，上千立方滑坡有2处之多，其里程位置为K260+662K260+690的3、4、5级边坡，长29m，沿滑动面方面长约27m，滑体深度28m。K260+720K260+850顶部滑坡，其中：K260+720K260+775段35级坡沿开挖轮廓线滑坡，K260+775K260+850段为2级和3级路堑边坡，2、3级滑坡滑体厚度为05m。（3）滑坡后观察其滑动面与水平夹角为3550o，滑体为残积亚粘土，砂质粘性土及块（漂）石土。（4）山体局部有渗水现象，土体含水量较大。3 病害原因分析（1）山体上覆坡残积层及强风化层的厚度大于20m,土体松散，边坡具有不良地质现象的地貌形态，稳

21、定性差。岩体中发育有倾向临空的不利结构面，下伏为弱风化、微风化凝灰熔岩。（2）山体地下水十分发育，局部有渗水现象，且软硬土体变化明显，如岩土界面，是滑坡体的主要滑动面。（3）"V"字形沟谷发育，山坡陡峭，地表水及溢流的冲刷渗透。（4）水文地质的影响：广泛分布于第四系冲积层、冲洪积层及残坡层中，前两者水量丰富，后者水量较少，含水量接受大气降水入渗补给。地下水水位及其水量受降水控制，季节性变化很大。基岩内潜水分布于基岩分化孔隙、裂隙中及岩体断裂带中，由大气降水补给，水量较小，地下水流向与地形坡向一致或于断层裂隙中成带状分布，对边坡有一定的影响。4 边坡综合治理措施为了坡体的安全

22、、稳定，采取预应力锚索框架为主辅以砌石挡墙、变截面护面墙、孔窗式挡墙，网格骨架植草，调整坡率，增设排水设施等综合治理措施。4.1 锚索框架4.1.1 锚索框架措施边坡开挖后，通过对坡体分析，坡体存在潜在滑动面，为避免坡面产生滑动，在4级、5级坡面上设置预应力锚索框架，锚索长度为30m，锚固段长14m；3级坡面因土石夹杂，采用预应力锚索框架与砌石变截面护面墙（高10m,底宽90cm，顶宽0.4m）交错设置，锚索长度为30m 和28m,锚固长度14m。锚索框架共33片，单片框架长8m,斜长为12.5m和11.18m。每片框架设4个锚孔，每孔6根无粘结钢绞线，其直径15.24mm，每2根为一单元，采

23、用压力分散型锚索形式施工，锚索框架施工应与同级坡开挖修坡同时进行，待锚索框架预应力张拉后进行下一级土石方开挖，以免边坡面长时间不防护，产生新的滑坡，造成更大的施工困难，影响施工进度。4.1.2 锚索框架工作原理预应力锚索框架是通过锚固在坡体深部稳定岩体上的锚索将力传给框架，再经框架对不稳定坡体施加一个预应力，将不稳定松散岩体挤压，使岩体间的正压力和摩阻力大大提高，增大抗滑力，限制不稳定坡体的发育，从而起到了加固边坡稳定坡体的作用。锚索孔内高压注浆，使浆液填充了锚孔周围坡体内裂隙，提高了坡体的整体稳定性。4.1.3 锚索框架施工流程施工流程见图1。图1 施工流程4.1.4 预应力锚索框架主要参数

24、的选取（1）预应力钢绞线：选用直径15.24mm,强度1860MPa的高强度低松弛无粘结钢绞线，延伸率3.5%。（2）设计拉力：锚索设计拉力700kN，每孔615.24预应力钢绞线。（3）安全系数：锚索安全系数取2.02.2。（4）钻孔直径及设备：钻孔直径130mm,设备采用YM160步履式土锚钻机和无锡探矿机械厂、宣化英格索兰工程机械 、东北岩土工程公司等单位生产的岩锚钻机。（5）锚索张拉力与锚固力：锚索采取差异分步张拉，每孔6根分为3个单元，根据设计荷载和锚索长度计算确定差异荷载，锚索的预应力在补足差异荷载后分5级按设计荷载700kN的25%、50%、75%、100%和110%进行施拉，每

25、次持荷时间25min，最后一级持荷稳定观测10min 以后按设计要求锁定，锁定后48h内没有出现明显的应力松弛现象，即可进行封锚。压力分散型锚索加荷等级与测读位移应遵守下列规定： 首先把所有的锚索一起拉到A×fptk的0.1倍（A为锚索的截面积，fptk为锚索承载力标准值），使锚索拉直，然后松开；随后再采取循环加荷，每级加荷增量宜取初始荷载0.1A×fptk+差异荷载。 在每级加荷等级观测时间内，测读锚头位移不应小于3次。 在每级加荷等级观测时间内，锚头位移不大于0.1mm时，可施加下一级荷载；否则需延长观测时间，直至锚头位移增量2h小于2mm时，方可施加下一级荷载。（6）

26、张拉主要设备：YCW150B型千斤顶，OVMZ-500型油泵，HVM锚具。（7）锚索挤压套挤压设备：ZB4-500型电动油泵，柳州产GYJA挤压器。 （8）锚索间距与倾角：单片框架（"井"字架）锚索水平距4.0m,斜向距1:0.5坡的为5.59m，1：0.75坡率为6.25m，锚索倾角为20o。（9）锚固长度及胶结：锚固段嵌入坡体的长度为14m,锚固段采用强度为M40纯水泥浆胶结，水灰比0.40.5,水泥为普通硅酸盐P.O 42.5R。（10）锚索钢筋混凝土：采用C25现浇钢筋混凝土"井"字型框架设计，框架梁为0.6m×0.5m矩形截面，主筋为

27、22，箍筋为12。4.2 设置护面墙4.2.1 挡墙K260+550K260+760段1、2级边坡为弱风化、微风化凝灰熔岩，在该部位设置高10m、底宽0.9m、顶宽0.4m的浆砌片石。护面墙防护在3级交错设置，锚索框架间小部分滑体处嵌补浆砌片石后采用护面墙防护。K260+760K260+880段1、2、3级为坡残积层及强风化层，采用了调整坡率，减缓坡度按一定的坡率进行清方刷坡，对原开挖的第一级台阶变为二级台阶，半孔式浆砌片石挡墙防护，即原1:0.5坡率调整为下部6m挡墙防护，上部4.0m调整为1:0.7坡率孔窗式挡墙，孔内培土植草防护。4.2.2 坡面防护（1）原层基材+系统锚杆：K260+735K260+880段为15级边坡，处于开挖坡体交接面处35级边坡滑坡后部分不均匀石体裸露，根据滑坡的实际情况进行1:0.751:1.25的刷坡，采取厚层基材绿化和系统锚杆防护。系统锚杆间距2.0m×2.0m，长度分别为1.5m和6m，钻孔孔径不小于4.5cm；锚孔与坡面成90°。锚杆体短锚杆为16螺纹钢，长锚杆为25的螺纹钢；锚杆呈梅花型交错布置，挂2mm的镀锌铁丝网。系统锚杆为全长粘结式锚杆，锚杆抗拔力不低于50kN,注浆强度不小于25