公路工程高边坡防护中预应力锚索框架梁施工技术研究.pdf

路桥建设 Road and Bridge Construction 汽车周刊 Auto Weekly 第 12 期 150 公路工程高边坡防护中预应力锚索框架梁 施工技术研究 秦迎春（山西工程科技职业大学 山西晋中 030619）摘 要文章结合工程实例，分析公路工程高边坡不良地质产生的主要机理，根据地质报告情况，结合本工程现场状况，采用预应力锚索+框架梁结构进行施工，总结各环节施工技术要点。实践证实，采用上述方法进行公路工程高边坡防护，能够保证预应力锚索框架支护结构受力状态长期稳定。通过对预应力锚索框架梁施工技术要点的分析，旨在为类似公路工程项目边坡防护施工提供一定思路。关键词预应力锚索框架梁；施工技术；公路工程；高边坡防护 1、工程实例 本工程为某高架主路与地面联系的匝道，通过新建匝道，连接快速干道主路和北区。在本项目中，新建 S 匝道位于该高架路北侧上坡上，建成后将形成环形匝道，全长410m。该匝道左侧边坡较高，且岩体比较破碎，对其进行分级削坡后，采用预应力锚索框架梁施工技术对高边坡进行防护，左侧边坡具体情况见表 1。表 1 本工程匝道北侧边坡支护情况 序号 边坡等级 锚杆排数 类型 长度（m）1 级边坡 坡面布设 3 排锚杆 锚杆 8-10 2 级边坡 坡面布设 3 排锚索 锚索 15 3 级边坡 坡面布设 3 排锚杆 锚杆 12 4 级边坡 坡面布设 3 排锚杆 锚杆 8-12 2、高边坡不良地质形成的主要机理 2.1 地质地形因素 S 匝道边坡位于上坡上，该段边坡主要由碎石卵石层、粉质黏土以及人工填土组成，区域内未见地下水，可直接接收大气降水。但是，受到公路切坡的影响，原有自然排水系统已经被破坏，边坡排水性能明显降低，并且显著增加垂直下渗量。虽然该边坡在勘探深度内未发生地下水，但是由于边坡未设置截水沟，一旦出现强降雨天气，边坡土体会受到雨水的严重冲刷，沿落水洞、裂缝等通道下渗，并且通过基岩裂隙渗入下一级边坡中1。粉质黏土、人工填土遇水后变软、变滑，为不良地质的形成与发展创造条件。2.2 滑坡条件分析 结合目前该地区的整个滑坡地质条件的现状，整个边坡地层结构呈现出风化状态之后，逐渐可以形成相对比较大的倾角。深入到现场进行仔细勘察和分析，其自身的岩层状为 34040。与此同时，要保证岩层的倾向可以维持与高边坡坡向的一致性，同时岩层自身的产出状态，也会直接与公路工程路线之间形成有效的斜交。由于岩体自身呈现出严重的破碎状态，粉质黏土或者是人工填土都是以泥质结构作为其中的主要基础组成部分。在坡面呈现出渗水的状态后，在泥岩层位置处可以对隔水层进行合理的设置，一旦遇水之后就会软化变软，留下严重的滑坡隐患问题。3、施工前准备 3.1 预应力锚索防护计算 结合 S 匝道级坡护面墙错断口情况以及坡顶张拉裂缝，在经过计算和分析后，可以得出 S 匝道边坡的深处存在一定的滑面，经过测量其埋深控制在 13 至 23m 的范围之内。结合现场调研结果，对现场的地质条件以及地形地貌等进行仔细的勘察，根据最终的结果，可以对现有数据信息进行合理利用，实现对边坡地质剖面图的绘制和利用。根据边坡地质剖面情况，发现松动变形的岩体自身稳定性路桥建设 Road and Bridge Construction 汽车周刊 Auto Weekly 第 12 期 151 并不是很理想，尤其是在整个剖面中，潜在滑面其实就是顺层滑坡，整体规模普遍比较大，所以呈现出的风险也比较高。根据目前岩体力学试验检测数据，可以对该潜在滑坡的下滑力进行准确的计算和分析。基于此，结合滑坡的最终形成原因、规模等，对预应力锚索框架梁进行分析，将其作为基本的支护结构为坡的稳定性提供保证。3.2 高边坡修整 正式施工之前，必须完成 S 匝道高边坡的有效修整处理，使四级边坡的整体高度符合设计要求，设置平台，宽度控制在 2m 左右，坡率 1:0.75，-级边坡选择的是预应力锚索加固方式，同时锚索选择的为低松弛钢绞，确定的拉力是 620kN，而边坡和锚孔角度则要控制在 15。一般情况下，对于高边坡加固来说，单独采用预应力锚索进行加固，一旦锚索拉力过大，可能导致坡体变形甚至是破坏，无法发挥预应力支护作用2。为防止这种现象，此项目使用的为预应力锚索，以框架结构方式实现支护的进一步强化，此项结构不但可以起到固坡效果，也可以达到分散力与传力效果，从而增强 S 匝道高边坡结构的整体支护效果。除此之外，框架梁选择的为 4*3m 钢筋混凝材料实施浇筑作业，且保证截面尺寸为 0.4*04m。4、预应力锚索框架梁施工技术 4.1 锚索施工 采用钻孔机在边坡岩层中钻孔，对于容易发生坍塌缩孔的位置，应优先选择根管钻进方式，其中锚索孔径确定是 130mm，禁止选用水冲钻进作业方式。同时成孔技术使用的是潜孔钻干钻方式，根据项目边坡岩层和岩性具体状况严格把控钻孔作业速度，以免出现孔径突变或者是扭曲等问题，保证下锚施工的安全、有序进行。4.2 锚索安装 S 匝道高边坡中，于级边坡坡面布设 3 排锚索，锚索长度为 15m，自由端长度为 5m。采用的为高强度低松弛钢绞线，同时合理选取锚具，从钢绞线的自由端进行黄油的均匀涂抹，从钢绞线的外表面套入波纹管，以免钢绞线出现腐蚀问题。为了能够确保钢绞线处于顺直状态，从自由段规范安装架线环（每隔 3m 布置 1 个）。4.3 锚孔注浆 待锚索安装完成之后，需要按照规定基本要求进行注浆作业，选择的灌注浆液为水泥砂浆，水灰比应保证处于0.40%0.45%。此项目中锚孔注浆方式为孔底注浆法，确保注浆压力范围处在 0.6MPa0.8MPa，同时注浆操作应连续、均匀，不可随意停止注浆，提升锚孔注浆密实度。待第一次注浆操作完成之后，浆液 24h 就会凝固收缩，所以需要及时做好补浆处理。为了能够进一步提升注浆效果，保证水泥砂浆随拌随用，最为关键的是浆液应达到搅拌充分、均匀状态 3。在锚孔注浆过程中必须认真进行各项数据记录，待注浆结束后按照相关要求做好注浆套管、注浆枪等的清洗处理。当确定锚孔灌注的水泥砂浆整体强度大于设计要求强度的 80%后，才能够正式实施锚索张拉。4.4 锚索预应力张拉 结合目前锚具工作台的具体布置方式，通过对混凝土浇筑方式的合理利用，可以实现与地梁的共同浇筑处理，以此来逐渐形成整体，整个过程中并不需要利用预制件。对于锚具的底座顶面以及钻孔轴线等各方面，都必须要保持垂直状态，以此来保证锚索预应力张拉过程的合理管控，促使锚索与千斤顶可以维持在相同的周线中。在针对混凝土进行浇筑施工处理时，保证振捣水平，从而提高施工质量。孔内砂浆达到设计强度后，方能开展锚索预应力张拉，需要在张拉前开展现场试验，从而确定锚索预应力张拉锁定的施工工艺。有研究认为，严格根据施工要求，预应力张拉与锁定均采用分级方法比较合理4。设计张拉完成7-10d 后，根据现场情况开展补偿张拉，继而锁定。本工程锚索预应力张拉时锚索长度以及钢绞线使用情况见表 2。表 2 本工程锚索长度以及钢绞线使用情况 锚索类型 锚索长度 钢绞线 波纹管 总长度 自由段 锚固段 规格 长度 数量 总长 长度 A 15m 5m 10 S15.2 17m 4 根 68m 20m 为保证预应力锚索结构的稳定性，对结构进行优化，配合框架梁结构，清除松动变形岩体后，沿孔走向继续深挖 1.5m，直径控制在 300mm，将其作为框架梁的节点，回填混凝土（C30）后形成锚固柱，然后开展框架节点施工。框架梁、锚固柱共同发挥支护作用，进一步加强结构的稳定性。5、质量控制措施 5.1 精准测放锚孔 边坡施工时，必须要注意遵循边挖边加固的方式，也就是开挖一级之后，需要防护一级，切忌不能一次性开挖到底。结合各工点工程中给出的立面图，严格按照TRANBBS中的基本设计要求，通过对全站仪的合理利用，可以直接路桥建设 Road and Bridge Construction 汽车周刊 Auto Weekly 第 12 期 152 将锚孔的位置全部都准确地测量到对应坡面中，孔位的误差不能低于50mm。如果在施工过程中，发现刷方坡面出现不顺畅等问题，那么很有可能会留下严重的隐患，所以必须要在设计人员以及监理单位提出要求以及经过审核之后，为坡体结构的稳定性提供保证，适当的放宽定位精准度。5.2 规范安装钻机、钻孔 结合坡面测放孔位，对固定钻机进行科学合理地安装和利用，针对机位等进行适当的调整，这样做的根本目的是为了促使锚孔开钻相互之间的误差可以得到有效控制，一般控制在50mm 范围之内，同时钻孔的倾角以及方向都必须要满足目前提出的一系列要求。在整个钻孔施工过程中，切忌不能使用水钻等方式，同时还要保证锚索施工不会导致边坡的岩体受到严重的恶化影响，结合各环境下工程地质条件等各方面影响因素，最大限度保证孔壁自身的粘结性能得到不断完善和优化。在钻孔的速度方面，则必须要结合目前钻机的具体使用性能以及锚固地层等各方面来进行严格有效的管理和控制，这样能够尽量避免出现钻孔扭曲或者是变径等问题，否则势必会导致下锚困难或者是引起其他的严重安全事故。在整个钻进施工过程中，需要注意是要针对每一个孔的地层变化形势进行深入了解，对钻进的状态以及地下水等情况进行仔细的记录和分析。如果遇到塌孔缩孔等一系列的不良钻进等问题时，必须要立即停止，同时还要结合实际情况，保证固壁灌浆施工处理的有序开展，水泥砂浆在初凝后，可以对其进行重新钻进，更为重要的是要保证钻孔的孔径以及深度等各方面参数可以得到有效控制，控制在标准要求范围内，以此来保证锚孔的直径可以达到要求。各种不同类型钻头在投入正式使用时，钻头的直径不能够超过设计标准，否则势必会带来不良影响。5.3 做好清孔处理 在钻进施工过程中，一旦达到设计标准深度要求之后，不能立即停钻，要求稳钻 1 至 2min 左右的时间，尽可能避免出现孔底尖灭等情况，无法满足目前在孔径设计方面提出的一系列要求。结合目前提出的要求，钻孔的孔壁当中，切忌不能够存在水体粘滞等不同类型的问题，提前做好清理。特别是在钻孔后，对高压空气进行科学合理的引入和利用，直接将孔内现有的岩粉、水体等进行清除处理，这样做的根本目的是为了尽可能保证水泥砂浆与孔壁岩土体自身的粘结强度可以得到有效提升。需要注意的是切忌不能够利用高压水来进行清洗，否则势必会遇到很多问题。如果遇锚孔当中有承压水流出，那么在水压以及水量逐渐变小之后，可以对其展开锚筋以及注浆施工处理，同时还要在适当的周边位置处，对排水孔进行合理的设置和利用。如果在设计过程中，明确的提出要求，要针对锚孔内部的积聚水体等进行处理，通常都会选择利用灌浆封堵二次钻进等方法，以此来达到良好的处理效果。5.4 实施锚孔检验 锚孔钻造施工完成之后，必须要根据目前提出的一系列要求，在经过现场的仔细检验和处理之后，可以达到标准要求，同时还可以进入到下道工序当中。无论是在孔径或者是在孔深检查过程中，需要对孔径以及钻头等进行科学合理地设置和利用。结合目前现场监理旁站的实施现状，将现有的验孔操作流程放在首要位置上，尤其是在整个验孔中，必须要保证钻头推进的平顺性、稳定性、可靠性，同时还要避免出现严重的抖动等问题。需要注意的是整个钻具在投入正式使用时，其自身的验送长度可以满足实际要求，无论是在钻进或者是在退钻时，都可以保证顺畅性。总结：公路工程高边坡支护对技术的要求比较高，S 匝道高边坡施工结合施工现场实际情况，通过对改边坡地质情况以及边坡本身岩体力学特征的分析，确定采用预应力锚索框架梁施工技术进行高边坡加固。在施工过程中，根据施工规范以及相关要求，对边坡加固支护施工技术进行优化，进一步改善公路工程高边坡受力条件，发挥良好的支护效果。经过试验计算和后期匝道通车运行，证实预应力锚索框架梁施工方案合理，技术应用到位，在暴雨状况下仍具有良好的安全系数，满足施工设计规范，符合匝道安全使用要求。参考文献：1张国军,孙博.基于地震作用的预应力锚索抗滑桩边坡加固应用优化研究J.水利水电技术,2019,50(09):148-153.2刘媛,吴显伟,阎波,等.垂直预应力锚杆式挡墙在高填方边坡防护中的应用J.工程勘察,2020,48(02):34-38+48.3刘建,彭府华,王春毅,等.多级框架锚索与微型抗滑桩群组合加固边坡技术J.中国地质灾害与防治学报,2020,31(02):91-97.4张京.PM_(2.5)污染环境下边坡预应力锚索框架加固效果评估模型研究J.环境科学与管理,2019,12(08):125-127.作者简介：秦迎春，（1972.4），女，汉族，山西太原人，本科，副教授，主要从事公路、桥梁方面的教学工作。