高边坡预应力锚索施工质量控制.doc

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浅谈高边坡预应力锚索施工

【摘 要】武广客运专线高边坡支护中，大量使用了预应力锚索。在施工过程中，对原材料、施工工艺、质量控制、异常情况及地质缺陷处理等方面，采取了一系列严格措施，保证了工程高质量。
【关键词】高边坡支护；预应力锚索；施工措施。

预应力锚索属于岩土锚固的一种，是通过埋设在地层中的锚索，将结构物与地层紧紧地联锁在一起，依赖锚索与周围地层的摩阻力传递结构物的拉力或使地层自身得到加固，以保持结构物和岩土体的稳定。框架式预应力锚索加固技术是一门新型的结构物加固技术，这项技术是把预应力锚索的锚锭直接固定于框架结构上，使框架、预应力锚索和地基共同承担加固结构物的荷载。它是通过钢筋混凝土框架将锚索巨大的锚固力传递给坡体，改变坡体应力状态，调用坡体自稳能力的一种主动加固方法。由于该项加固技术与其它土体加固技术相比，具有造价低廉、施工简单、加固效果显著和适用面广等优点，因而受到了国内外岩土加固界的极大关注，并已得到了广泛应用。随着我国高速铁路、公路大规模的建设，预应力锚索框架技术开始应用于加固路堑高边坡。此种结构体安全稳定，轻巧美观，综合造价及社会经济效益明显优于传统的重型支挡结构。 本文就针对武广客运专线高边坡预应力锚索施工及质量控制进行论述。
1.边坡支护概况
边坡锚护施工，主要有预应力锚索208束、骨架护坡及山体排水系统等支护方式。最高达12 m的边坡，边坡坡比1∶1.5～1∶1.75。分三排布置锚索，锚索均为端头锚索，长度在11～13.5 m 之间。（见图1）

2.原材料及张拉设备
2.1原材料
钢绞线采用强度级别为1860MPa（ASTM416－87a）的高强低松弛钢绞线，直径15.2mm，每根钢绞线由5根5mm钢丝组成。锚具采用柳州欧维姆建筑机械有限公司生产的OVM锚具。水泥采用525号普通硅酸盐水泥。膨胀剂采用郑州铝城实业开发总公司水泥厂生产的AEA膨胀剂，减水剂采用广东三水银海化工有限公司生产的GYA高效减水剂和京冶JG－2减水剂。钢材由业主供应。
2.2张拉设备
采用穿心式千斤顶，预紧和单根张拉千斤顶为YC25型，锚索整体张拉千斤顶为YCW型。张拉设备采用柳州建筑机械总厂产品。
3.施工工艺及质量控制
3.1检查验收程序
端头锚索：造孔→测斜→编束、穿束→锚固段灌浆→锚墩混凝土浇筑→张拉→张拉段灌浆→外锚头保护。
对穿锚索：造孔→测斜→编束、穿束→两端锚墩混凝土浇筑→张拉→全孔灌浆→外锚头保护。
终孔测斜、锚固段灌浆、张拉、张拉段灌浆4个工序为关键工序，由监理实行全过程旁站；编索、垫座混凝土开仓作为重要工序现场验收签证；其余工序则采取现场抽检或巡视的方式控制。
3.2锚索造孔
锚索孔定位采用全站仪或经纬仪测量，在岩面上标出孔位，在排架平台上标出后视点确定造孔方位。孔位误差控制在10 cm以内，因地质缺陷、废孔重造等原因调整孔位，在0.5 m内需经监理工程师同意，超过0.5 m需经设计认可。施工单位在钻孔过程中采用了分段测孔斜，进行及时纠偏的措施。锚索钻孔要求干钻，禁止开水钻，以确保锚索施工不致于恶化边坡岩体的工程地质条件和保证孔壁的粘结性能。为清除钻孔及孔壁上附着的粉尘、泥屑，钻孔完成后必须使用高压空气（风压0.2～0.4Ｍpa）将孔中岩粉及水全部清除出孔外，以免降低水泥砂浆与孔壁岩体的粘结强度，保证孔内干燥和孔壁的干净粗糙；钻孔完成并清洗干净后，应对孔口进行暂时封堵，不得使碎屑、杂物进入孔口。 锚孔下倾与水平夹角为15°，允许误差±1°，为确保锚孔深度，实际钻孔深度不小于设计长度且不大于设计长度的1％，当有不可排出的松散物时，应考虑松散物所占据孔的深度。 钻进过程中应对每个孔的地层变化，钻进状态（钻压、钻速），地下水及一些特殊情况作现场记录，如遇地层松散，破碎时，应采用跟套管钻进技术，以使钻孔完整不坍。如有地下水从孔口溢出时，应采用固结注浆，以免锚固段注浆体流失或强度降低；如遇坍孔，应立即停钻，进行固壁灌浆处理（灌浆压力0.1～0.2Mpa），待水泥砂浆初凝后，重新扫孔钻进。
3.3锚索编制安装
锚索采用满足设计要求的高强度、低松弛钢绞线制作，不应有死弯。自由段内钢绞线用注黄油的热缩管包裹，在锚固段与自由段交界处要注意绑扎牢固。自由段每隔2m设置一道定中件，以保证钢绞线的顺直，锚固扩张件与紧固件采用16号铅丝绕制，不少于两圈。锚索制安流程图如下：

锚索制安流程图
入孔
编号
设置导向帽
绑扎成束
安钢箍环、隔离架架
除锈、防腐
下料

3.4锚索锚固段灌浆
锚固段灌浆，采用孔底返浆进行注浆，注浆管应随锚体一同送入孔底，在注浆时边注边拔，使注浆管始终有一段埋于注浆液中，直到注满；当孔中存有积水时，注入的浆液会将积水全部排出，待溢出浆液的稠度与注入浆液的稠度一样后再抽出注浆管，注浆压力≥0.3Mpa。压力0.6～0.8 MPa，回浆管回浓浆后并浆压力0.2 MPa，注浆时间30 min。灌浆结束标准，主要以灌浆量大于理论耗浆量，回浆比重不小于进浆比重，且孔内不再耗浆为控制依据；灌浆过程中对耗浆量、止浆环气囊压力及回浆压力等诸项数据进行仔细的检查，若耗浆量过大、气压或回浆压力偏小，判断可能存在地质缺陷、裂隙漏浆等异常情况，则必须作进一步的分析检查。
3.5预应力锚索张拉
（1）张拉工序包括：锚具安装→单根预紧→分级整体张拉→锁定。
（2）张拉吨位。预紧采用多遍循环预紧方式，单根预紧吨位30 kN。每根钢绞线以两遍预紧伸长的增量不超过3 mm为限，超过3 mm的钢绞线则进入下遍循环继续预紧。
（3）预张拉后采用整体张拉，按设计张拉力的25％、50％、100％、115％逐级张拉。为克服预应力蠕变损失，在张拉完毕6～10天后应进行一次超张补偿张拉。
（4）稳压持荷时间：分级稳压5 min，最后一级稳压10 min锁定。
（5）张拉工艺及质量控制。张拉是预应力锚索施工的关键工序，张拉吨位以张拉力控制为主，采用张拉力与伸长值同时控制的双控标准，若张拉伸长量的实测值未超出计 算值（－5％，＋10％）允许偏差范围，则符合规范要求。通过伸长值的校核，可以综合反映张拉力是否足够，以及预应力筋是否有异常现象等。
若实测值超出允许偏差范围，则暂停张拉，分析原因，采取措施予以调整后，方可继续张拉。此外，在锚固锁定时检查预应力筋的回缩值，以免由于锚固锁定引起的预应力损失超过规范要求。
张拉工序出现的夹片滑丝、实测伸长值超标等异常情况均及时发现，明确处理措施。处理方法包括更换夹片重新张拉、单根补偿张拉、整束锚索返工等。在锚索张拉符合要求或出现异常情况但经处理符合要求之后方准许进入下道工序。
3.6锚索张拉段灌浆
张拉段灌浆原材料检查及取样检测与锚固段灌浆浆材的质量控制相同。锚索在张拉锁定后即进行张拉段灌浆。灌浆压力，0.2～0.7MPa；结束标准，并浆时间30 min，实际耗浆量大于理论耗浆量，回浆比重不小于进浆比重，且孔内不再耗浆。
技术人员全过程旁站知道，检查浆液按配合比拌制及原材料符合要求，对比进、回浆比重，回浆比重达到进浆比重开始计算并浆时间，检查核实耗浆量，确认灌浆结束前孔内不再耗浆。对于灌浆过程中出现的裂隙漏浆、持续耗浆等异常情况，施工单位采取封堵裂隙、延长并浆时间进行处理，直至符合要求。
3.7锚头封堵混凝土浇筑
外锚头保护是锚索施工最后一道工序。锚索在张拉锁定，并完成封孔灌浆后，将锚索外露钢绞线预留50 mm长度，其余采用手持砂轮切割机切去。钢绞线、工作锚进行清洗、垫座混凝土凿毛处理后，用混凝土封闭保护锚头。
4.施工过程中出现了的问题、原因分析及处理办法
4.1地质原因
由于预应力锚固技术在实际工程中处于大力推广和发展阶段，在施工过程中经常遇到地质缺陷问题，在施工中通常采用下列方法进行处理：
（1）锚索施工过程中应加强对钻孔岩粉、回风、进尺速度、塌孔、冲孔、冲洗孔回风、回水等现象的观察和记录，以利于技术人员分析是否需要进行固结灌浆处理。钻孔过程中遇到塌孔、严重失水、漏风等现象，造成钻孔困难时，应认真分析原因，当确定为地质缺陷时，应先进行围岩钻孔固结灌浆处理，如锚索孔发现钻进速度加快，同时有失水、漏风现象，可能出现裂缝或断层。需进行固结灌浆再扫孔处理。如该处设计为锚头锚索而内锚段孔仍存在地缺陷时，经设计人员认可后加深钻孔，直至内锚段全部到完整岩体为止，同时锚索长度作相应调整。
（2）锚孔围岩灌浆实质上就是利用锚孔进行深孔固结灌浆，当锚孔为竖孔时，为了简化施工工艺，可采取自下而上分段灌浆，当锚孔为水平孔或仰孔时，可在孔口安设灌浆塞，全孔一次灌注，灌浆压力为0.3 MPa，水泥标号不低于325级，浓浆进，浓浆出，在0.3 MPa灌浆压力下，灌浆段吸浆量小于0.4 L／min，延时30min即可结束。灌浆过程中若灌入量较大且不起压，可间歇12 h后再灌。
（3）实践证明，锚孔围岩灌浆，认真施灌一次效果已很显著，多次简单地重复施灌，往往延误工期，造成浪费，效益也提高不多，如遇一次施灌效果不能满足设计要求时，可采用下列补救措施：①提高水泥细度，改善浆液可灌性；②改用化学灌浆。
（4）锚孔围岩灌浆时，如遇地质条件差，发生严重串孔时，将形成大面积承受灌浆压力的危险局面，对抗滑、抗倾覆稳定极其不利，故该项灌浆应优先采用单孔单灌，即灌一孔再钻相邻孔。若效果仍未达到设计要求，则可采用：①充水平压，将串通的孔逐孔充水，也可阻塞孔口将孔内积水低压循环，既可减少串浆可能，又可将小量串浆立即冲出去，避免在孔内沉淀；②先临时封堵邻孔，待灌浆结束后，再对邻孔进行扫孔，严重串孔时，应会同监理、设计人员研究，并采取有效的补救措施。
（5）锚孔围岩灌浆后，还须扫孔，恢复锚索孔道的正常作用。扫孔时间的选择，首先应考虑不损坏缝内充填的水泥结石，其次是在易于扫孔作业，龄期太长，强度增高后，将加大扫孔工时，增加造价，具体扫孔时间，可通过试验选定，一般以1～3 d为宜，扫孔后的钻孔应冲洗干净，孔内不得残留废渣，扫孔深度和锚索长度仍按原设计图纸施工。
（6）当岩面高低不平，以及破碎极为严重，尤其是各种裂隙交错发育，使边坡岩体的稳定性大为降低，更为严重的是孔口有大量风化岩体的存在，撬除孔口危岩，加大框架与岩体的接触面和张拉吨位适当降低。
4.2施工原因
（1）锚索张拉伸长值超标。张拉实测伸长值超出计算值（－5％，＋10％）。出现伸长值异常的原因包括：锚固段裂隙窜浆使张拉段缩短、地质裂隙受压闭合等。处理方法包括：确认为地质原因造成伸长值异常而保留使用、整束锚索返工等，经过处理的锚索均能满足设计要求。
（2）锚索夹片滑动或锁定回缩量超标。出现夹片滑动或锁定回缩量超标现象。出现异常的原因包括：个别批次的锚具夹片加工缺陷、钢绞线被尘粉粘染等，处理方法包括：卸荷后更换夹片重新张拉、单根钢绞线补偿张拉等，经过处理的锚索张拉吨位达到设计要求。
（3）锚索张拉段灌浆异常情况。在灌浆过程经常遇到裂隙漏浆、堵管等异常情况，分别进行了封堵裂隙、延长并浆时间等处理或增补锚索。
5.锚索预应力损失分析及防治措施
5.1锚索预应力损失显著现象及原因
（1）现象：预应力锚索施工完毕后预应力筋松弛, 应力值达不到设计值。
（2）原因分析：①锚具滑丝或钢绞线(钢丝束)内有断丝。②钢绞线(钢丝)的松弛率超限；③量测表数值有误，实际张拉值偏小；④锚具下混凝土局部破坏变形过大；⑤钢索与孔道间摩阻力过大。⑥围岩发生位移以及钢绞线松弛；⑦混凝土的干缩、徐变，岩体的流变等因素的影响。⑧锚具变形与压密、预应力筋回缩和接缝压密引起的应力损失。
5.2整治预应力损失实施程序
预应力锚索的锚固荷载及其变化规律是保证边坡加固效果的重要因素,在详细分析影响预应力锚索长期荷载变化因素的基础上,进一步根据大量现场长期监测资料的统计分析,提出了预应力锚索长期荷载的变化规律及预测.预应力锚索的锚固荷载的变化可以分为3个主要阶段,即快速下降阶段、波动变化阶段与稳定变化阶段;控制预应力锚索锚固长期荷载的因素主要为钢铰线松弛、岩体蠕变、温度变化等.将提出的预测对实际工程中的锚索进行了预测,才得出了较为一致的结果。
5.3实施的具体措施
（1）减少锚具变形与压密、预应力筋回缩和接缝压密引起的应力损失， 可采用超张拉的方法弥补其产生的应力损失;注意选用变形值较小的锚具,对于短小构件尤为重要。
（2）对围岩条件的观察。必须将锚头锚于坚硬的岩体中,使锚索有稳定的根基。外锚端也必须坚实,以避免应力集中区岩体徐变过大,增加应力损失。
（3）选择适宜的时间对锚索张拉或补偿张拉。首先在安装时进行超张拉,并持荷一段时间,如果反复超张拉二次,效果更为显著; 更重要的是在施工后,应在部分初期应力损失完成后,进行补偿张拉,且张拉时间不宜拖得太久。一般在3～30 天进行较合适,补偿张拉次数越多,效果越好,可补偿70 %以上的应力损失。
（4）根据锚索和锚杆延伸率的不同,采取各种手段在锚索托梁上加垫木坯等物品,或在托梁上焊接变形角,以增加锚索的吸收变形,最大限度地保证锚索的支护效果。
（5）增设监测断面对锚索应力变化全程监控。也为选择处理方法提供科学参考。
6.结束语
预应力锚索是确保边坡整体稳定的主要措施，也是处理断层、裂隙切割形成大型不稳定块体的快速、经济、可靠手段。

参考文献：
1.《客运专线铁路路基施工技术指南》中国铁道出版社
2.《武广铁路客运专线建设技术汇编》西南交通大学出版社
3.《预应力锚杆锚固段应力分布规律及应用》北京科技大学学报