土质边坡预应力锚索加固施工技术

  摘要:预应力锚索在深基坑中的应用日益引起人们的关注，它是近年来发展起来用于土体开挖和边坡稳定的一种挡土结构，由于具有安全有效经济合理等优势，在我国基础工程项目得以迅速推广和应用。本文总结了边坡工程采用预应力锚索+桩板墙组合式防护中的锚索施工技术，为类似工程施工提供了借鉴。 

         关键字：土质边坡    套管跟进钻孔    预应力锚索     注浆加固

 一、技术特点

         （1）预应力锚索采用高强度低松弛钢绞线（极限抗拉强度1860MPa），5根φ15.2（1φ7），抗拉强度设计值1320Mpa。锚索孔径170mm，锚索与水平面的倾角30?。锚索长度35m，自由段6m，锚固段29m。

         （2）注浆材料采用水泥净浆，水灰比为0.45～0.5，浆体强度不低于30MPa，

         （3）锚固段全长采用波纹管进行保护，波纹管采用聚乙烯塑料制备，具有良好的化学稳定性与耐久性，并具有一定的强度和刚度，能抵抗一般外力冲击和摩擦损伤。

         （4）导向帽上焊接顶帽，下索时利用钢管进行辅助顶进。

         （5）预应力锚索柔性大，有良好的抗震性和延性，可深层加固，同时能够主动控制岩体变形，调整土体受力状态，有利于土体稳定。

         二、适用范围

         本技术主要适用土质边坡锚索加固施工，对其他类型锚索施工也可参照实施。

         三、技术原理

         土质边坡预应力锚索加固是利用一定强度的水泥浆在有效深度的锚孔底端与周边土体形成具有一定强度的锚固体，而后在锚索的预应力作用下，将不稳定的土体与稳定土体组成整体，确保边坡稳定。

         预应力锚索一方面可直接在滑面上产生抗滑阻力，另一方面通过增大抗滑面上的正应力来增大抗滑摩擦阻力，从而提高边坡岩土的整体性和稳定性。

         四、施工工艺流程及操作要点

         4.1施工工艺流程

         锚索施工工艺流程如下图所示：

         图4-1 锚索施工工艺流程图

         （1）土方开挖

         土方开挖主要采用液压反铲分层开挖，开挖至冠梁或腰梁底部时预留顶部宽度不小于4m，坡度在1：1～1：1.25的作业平台，用于锚索施工。

         （2）锚索孔定位

         边坡由于采用的是锚拉式桩板墙，施工锚索之前，先按照设计要求进行桩板墙灌注桩、冠梁、墙板和腰梁施工。按照测量放线，在冠梁或腰梁施工时，测量精确放出每个锚孔点位，冠梁或腰梁施工时按照测量放出的点位预埋φ200的PVC管，孔位误差不得超过±50mm。

         （3）钻机就位

         锚索钻机采用H680液压钻机，根据冠梁或腰梁上所测放孔位调整钻机钻臂角度准确安装固定钻机，并严格认真进行机位调整，确保锚孔开钻就位纵横误差不得超过±30mm，高程误差不得超±50mm，钻孔倾角和方向应符合设计要求，锚孔偏斜度不应大于3%。钻进过程中，若在原状土中钻孔，采用三叶钻成孔；若遇到岩石，则采用冲击钻成孔；若在土质松散区成孔，为了避免塌孔，则需采用套管跟进技术。

         （4）钻孔

         孔钻进要用无水干钻，以确保锚固工程施工不致于恶化岩土工程地质条件和保证孔壁的粘结性能。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，造成下锚困难或其它意外事故，当孔深至施工图标示深度后，再用扩孔钻头进行扩孔至施工图标示长度，用高压空气（0.2～0.4MPa）将孔端的土粉石屑全部清除孔外。

         成孔直径为170mm，钻孔孔径、孔深要求不得小于设计值。为确保锚孔直径及深度，要求实际使用钻头直径不得小于设计孔径，钻孔深度超过锚索设计长度不应小于0.5m。

         （5）锚孔清理

         钻进达到设计深度后，不能立即停钻，要求稳钻l～2分钟，防止孔底尖灭，达不到设计孔径。钻孔孔壁不得有沉碴及水体粘滞，必须清理干净，在钻孔完成后原则要求使用高压空气（风压0.2～0.4MPa）将孔内岩粉及水体全部清出孔外，以免降低水泥砂浆与孔壁岩土体的粘结强度。除相对坚硬完整之岩体锚固外，不宜采用高压水冲洗。若遇锚孔中有承压水流出，待水压、水量变小后方可安放锚索与注浆，必要时在周围适当部位设置排水孔处理。

         （6）锚孔验收

         锚孔成孔结束后，需经现场监理检验合格后，方可进行下道工序。孔径、孔深检查一般采用设计孔径钻头和标准钻杆在现场监理旁站的条件下验孔，要求验孔过程中钻头平顺推进，不产生冲击或抖动，钻具验送长度满足设计锚孔深度，退钻要求顺畅，用高压风吹验不存明显飞贱沉渣及水体现象。同时要求复查锚孔孔位、倾角和方位，全部锚孔施工分项工作合格后，即可认为锚孔钻造检验合格。在安装锚索前，将孔口堵塞保护。

         （7）锚索制作

         锚索制作加工在预先平整好的场地上，锚索的加工长度按设计长度+腰梁+张拉工作长度来进行下料，锚索编束前要确保每根钢绞线顺直，不扭不叉，排列均匀，每股长度误差不大于±50mm。锚索钢绞线采用5φ15.2，极限抗拉强度标准值为1860MPa高强度低松弛钢绞线。钢绞线要用机械切割，严禁用电弧切割，并经除油和除锈处理合格，对有死弯、机械损伤及锈坑材料应剔除。

         锚索自由段的防腐与隔离要严格按照以下设计要求施做。

         1）外锚头：锚头进行除锈，涂沥青等防腐材料，采用混凝土密封包裹，钢垫板和锚具保护层厚度不小于50mm，过度管与承压板需密封，过度管内完全充满防腐油膏或树肢砂浆进行密封；锚索锚墩预留孔内采用黄油、涂沥青等防腐材料充填。

         2）自由段：自由段全长度范围内采用除锈，刷沥青底漆，沥青玻纤布缠裹其层数不小于二层，装入聚乙烯套管后，套管两端100~200mm长度范围内用黄油充填，外绕扎工程胶布固定，套管外注纯水泥浆进行防腐。

         3）锚固段：钢绞线保护层不得低于20mm，锚固段与自由段交界处采用黄油充填。锚固段采用注入水泥浆的波形管，波纹管与聚乙烯套管搭接长度不小于200mm。锚固段底部用扎丝钢绞线捆在一起。导向帽按照设计要求制作，将端头钢绞线穿入导向帽，用工程胶布绑扎牢固。

         下料要求用砂轮切割机切割好以后，对绞线除污干净，下好料以后，按要求设置承压板、架线环。锚固段架线环与紧固环每隔1米间隔设置，紧固环系16号无锌铅丝绑扎，不少于2圈，应绑紧；自由段每隔3m设置一道架线环已保证钢绞线顺直，架线环采用塑料制成。对不同位置处的承载体相应的绞线外露端做出临时和永久性标记。

         4）注浆管制作

         一次常压灌浆采用水泥浆经胶管(或用1根Ф30mm左右的钢管作灌浆管)。二次注浆管采用尼龙管制作，耐压应大于0.5MPa。待锚索绑扎完成后，先将尼龙管沿锚索轴线方向从定位支架的中间孔洞从自由段开始向底端穿进，穿前注浆管底段0.5米以上范围内间距0.5m钻对孔，孔径Φ5mm，用作二次注浆时出浆孔眼，并用胶布将孔眼密封，并一起下入孔内。

         5）锚索制作完成后进行编号、登记后，报请监理单位进行查验并存放在专用场区内，同时按照设计及规范要求，采取临时措施进行防护：切断腐蚀源，避免与有害物质直接接触，防止受潮、受腐蚀气体浸渍。

         （8）锚索安装

         锚索入孔前对钻孔重新进行通孔检查,对塌孔、掉块进行清理干净或处理，不得欠深。安装前应对锚索体进行详细检查，核对锚索编号与钻孔的孔号，并对损坏的配件进行修复和更换。将经过除锈、清洁、并检查无任何质量问题的索体采用人工缓缓推入孔中。推送锚索时用力要均匀，防止扭压和弯曲。注浆管应与锚索一同放入钻孔，杆体放入孔内应于钻孔角度保证一致。在将锚索体推送至预定深度后，检查注浆管是否畅通，否则应拔出锚索体，排除故障后重新安装。锚索体入孔长度应满足设计要求，锚索体安装完成后，不得随意敲击，不得悬持重物。

         （9）注浆

         灌浆是预应力锚索施工中的一道关键工序，必须认真进行，并作好记录。

         灌浆材料采用水泥净浆，注浆强度不小于30Mpa。注浆材料为纯水泥浆，水灰比为0.45～0.5。

         注浆浆液搅拌均匀，随搅随用，浆液在初凝前用完，并严防石块和杂物等混入。注浆作业开始时或中途停止超过10min以上，宜用水或稀水泥浆润滑浆泵及管路。

         灌浆方法分两次完成：第一次为常压灌浆，第二次为压力注浆。第一次常压灌浆是用压浆泵将水泥浆经胶管(或用1根Ф30mm左右的钢管作灌浆管)灌入孔内，管端保持高于底100mm。一次灌注压力为0.3～0.5MPa左右。随着水泥浆的灌人，浆液从钻孔底部向上返回，钻孔孔口处有水徐徐溢出，待孔口出现纯水泥浆时一次常压灌浆结束。待孔口有浆液溢出时应逐步将浆管向外拔出直至孔口，但在拔管过程中应保证管口始终埋在浆液内。压力不宜过大，以免吹散浆液。待浆液或砂浆回流到孔口时，用水泥袋纸等捣人孔内，再用粘土封堵孔口，并严密捣实。二次高压注浆是在水泥浆终凝以前（约3～12小时之内）进行压力注浆，利用注浆管对锚固段分段注入浆液，二次注浆压力不小于2.0MPa。

         灌浆压力愈大，锚固体与周边土层结合得越紧密，结合带的摩擦角和粘聚力值也相应提高，因而土体的抗剪强度值也显著增大。若灌浆压力很低，或在无压力灌浆状态此时，锚固体外围土层的抗剪强度值，则完全取决于原状土的物理力学性能和上部土层的静压力。

         （10）锚索张拉

         锚索张拉宜在注浆体和腰梁强度达到设计强度75%后进行，每根锚索的控制张拉力为1.05Nd，正式张拉前，先用小千斤顶将单根钢绞线顶紧，使各部位密贴，索体顺直，然后换大千斤顶进行整索张拉，锚具垫板必须与锚索垂直 ，张拉加荷分级按现行规范执行，当锚头位移趋于稳定时，即可退荷至0.75Nd将锚索锁定然后进行第二次注浆，封闭外锚头。

         张拉锁定设备：锚索的张拉必须要用专用设备并在张拉作业前对张拉机具设备进行配套标定，计算出千斤顶受力与油压的线性方程，用于张拉油压和张拉力的控制，锚筋锁定工作采用符合技术要求的机具。

         锚索张拉程序：锚索张拉程序严格按照设计要求作业，常用张拉作业顺序和技术要求如下：

         1）张拉机具及仪表由专人使用和管理，并定期维护和检验；

         2）张拉设备应配套检验，压力表的精度不应低于1.5级。检验张拉设备用的实验机或测力计精度不得低于±2%。校验时千斤顶活塞的运行方向应和实际工作状态一致；

         3）张拉设备的校验期限不应超过6个月，当张拉设备出现反常现象或在千斤顶检修后应重新检验；

         4）张拉设备的量程应和锚索的锁定荷载相适应；

         5）腰梁及台座等传力装置的承压面应平整，并与锚索轴线方向垂直；

         6）锚索张拉时，腰梁及台座的混凝土抗压强度不应低于设计和规范要求强度。

         张拉前必须把张拉机具、测力装置及所需附属机具准备齐全，并都进行严格的率定和校验。对率定和校验过的机具要妥善保管，以免影响精度，机具率定或校验证书必须经过验收合格后方可使用，张拉设备在张拉前必须配套标定，并将率定合格证书报监理工程师。张拉共分4个量级进行。4个量级的张拉均应在同一工作时段完成，否则应卸荷重新再依次张拉。

         （11）封锚

         锚索逐一张拉、锁定后，锚具用C35砼进行封锚。封锚结束后进行下一道锚索的施工。

         五、材料与设备

         施工机具的规格、性能、配套数量应满足施工要求，拟进场的主要施工机具如下表所示：

         表5-1 主要设备配置表

 （2）其他验收标准

         1）高压风洗孔应干净彻底，孔中不得残留岩粉和水。

         2）锚索制作要确保每一根钢铰线始终排列均匀、平直，不扭不叉锈、油污要除净，对有死弯、机械损伤及锈坑者应剔除。锚索编制采用隔离架集束，隔离架应按设计要求设置，间距允许偏差50mm。

         3）锚索安放要保证锚索孔壁有不少于1厘米的注浆厚度

         4）水泥纯浆拌制须严格按照设计水灰比。

         5）锚索张拉锁定后夹片错牙不应大于2mm，否则应退锚重新张拉。

         6）封锚时锚板外预应力钢绞线存留长度不应小于30mm，其切割严禁使用电弧或乙炔焰。

         6.2质量保证措施

         （1）制定完善的质量管理制度，保证质量体系的有效运行；

         （2）加强进场质量意识教育，做好质量奖罚交底，让每一个施工人员意识到质量保证是应该做到的，也是必须做到的；

         （3）过程控制：严格执行“三检制”，每道工序都要经过验收合格后方可进行下一道工序施工。

         （4）严格把好材料关，进入施工现场材料必须三证齐全，试验检测合格后方可投入使用。

         （5）锚索孔径允许误差±2mm，倾角允许误差±1°。

         （6）若遇坍孔，应立即停钻，进行固壁注浆处理，注浆24小时后重新扫孔钻进。

         （7）锚孔要清洗干净，空中不得留有岩粉和水。

         （5）锚索的编制要确保每一根钢绞线始终均匀排列、平直、不扭不叉，锈、油污要除净，对有死弯、机械损伤及锈坑者应剔出。

         （8）锚索下料长度允许误差±10cm，并对锚索按孔号相应编号。

         （9）锚索的张拉要在注浆体强度达到设计要求后方可进行。

         （10）张拉前必须对张拉设备进行标定，保证各级张拉的稳定时间。张拉到位后用机械切除多余钢绞线，严禁电割、氧割。

         七、安全措施

         （1）全员接受三级安全教育，分工种进行安全技术交底，特种作业人员必须持证上岗。

         （2）各种机械机具状况良好，勤维修、勤保养，机械、电器设备专人操作。

         （3）作好安全检查工作，遵守有关安全操作规程。

         （4）作业脚手架搭设严格按照专项方案中设计的脚手架参数及辅助加固措施进行搭设。

         （5）高空作业应设安全防护设施：临边护栏、作业平台护栏、安全网。

         （6）风动钻机管路连接应牢靠，避免脱开出伤人。

         （7）注浆管路应畅通，不得堵塞，避免浆液喷甩出伤人。

         （8）张拉过程中千斤顶前不得站人，以防钢铰线断裂锚具飞出伤人。

         参考文献:

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