边坡防护施工分析

罗文龙

摘要：边坡防护施工应严格按照自上而下, 开挖一级, 加固一级的原则进行, 切忌从上而下一挖到底, 延误边坡加固时机, 造成更大灾害和损失。文章结合实际对边坡典型地层做预应力锚索抗拉拔试验,验证设计锚固力的合理性, 并指导锚索的施工。

关键词：前期准备； 边坡防护；施工工艺

1 施工组织设计

锚杆按是否预先施加应力分为非预应力锚杆和预应力锚杆。在公路滑坡加固中多采用预应力锚杆。按锚固形态分为圆柱型、端部扩大型和连续球型锚杆。

1.1 前期准备

施工前的准备工作包括施工前的调查和施工组织设计两部分。施工前的调查是为施工组织设计提供必要资料, 其内容有:①锚固工程计划、设计图、边坡岩土性状等资料是否齐全;②施工场地调查,施工对交通的影响情况;③施工用水、用电条件调查;④边坡工程周边可能对施工造成影响的各种状态调查。

在对上述内容作调查、并掌握详细资料后,应制定施工组织设计,确定施工方法、施工程序、使用机械、工程进度、质量管理和安全管理等事项。

1.2 施工工艺

（1）准确放出各锚杆孔的位置,搭设脚手架,架装潜孔钻机并稳固。用仪器测定钻机导向架的倾角(与水平面夹角为25°),在钻进过程中随时检查倾斜度。为确保锚杆施工不至于使边坡地质条件恶化,可采用无水干钻。钻进过程中如遇到严重塌孔,应立即停止钻进,进行注浆固壁处理(注浆压力0.1～0.2MPa),注浆36h 后重新扫孔钻进。钻孔采用回转钻进方式,钻进时采用泥浆循环护孔,钻孔达到设计深度后,继续超钻20～50cm。钻孔完毕后,用高压风清除孔内残留物。钻孔是锚固工程费用最高、控制工期的作业,因而是影响锚固工程经济效益的主要因数。锚杆钻孔应满足设计要求的孔径、长度和倾角,采用适宜的钻孔方法确保精度,要使后续的杆体插入和注浆作业能顺利地进行。一般要求如下:

①在钻机安放前, 按照施工设计图采用经纬仪进行测量放线确定孔位以及锚孔方位角,并作出标记。一般要求锚孔入口点水平方向误差不应大于50mm,垂直方向误差不应大于100mm。

②确定孔位后根据实际地层及钻孔方向选取适当的钻孔机具并确定机座水平定位和立轴倾角(即锚孔倾角),钻机立轴的倾角与钻孔的倾角应尽量相吻合, 其允许的误差只能是岩心管倾角略大于立轴倾角,不允许有反向的偏差出现。开孔后,尽量保持良好的钻进导向。在钻进过程中根据实际地层变化情况,随时调整钻进参数,以防止造成孔斜偏差。

③在边坡锚固的钻孔过程中应注意岩芯的拾取,并尽量提高岩芯采取率,以求不断地准确地划分地层、确定不稳定岩土体厚度,判断断裂破碎带、滑移面、软弱结构面的位置和厚度,从而验证设计所依据的地勘资料,必要时修改设计。锚孔深度应超过设计长度0.5～1.0m,同时锚孔锚固段必须进入中风化或更坚硬的岩层,深度一般不得小于5m。

（2）在锚杆制作上,棒式锚杆的制作十分简单,一般首先按要求的长度切割钢筋,并在外露端加工成螺纹以便安放螺母,然后在杆体上每隔1～3m 安放隔离件以使杆体在孔中居中,最后对杆体按要求进行防腐处理,这样棒式锚杆的制作便完成。而对于多股钢绞线的锚索,其锚固段的钢绞线呈波浪形,自由段的钢绞线必须进行严格的防护处理。对于锚杆(索)总的要求如下:

①严格按照设计进行钢筋(或钢绞线)选材。对进场的钢筋或钢绞线必须验明其产地、生产日期、出厂日期、型号,并核实生产厂家的资质证书及其各项力学性能指标。同时须进行抽样检验,以确保其各项参数达到锚固施工要求。对于预应力锚固结构,优先选用高应力、低松弛的钢绞线,保证其与混凝土有足够的粘结力(握裹力),同时应保证预应力损失后仍能建立较高的预应力值。

②严格按照设计长度进行下料。对进场钢筋经检验达到上述技术要求后,即可进行校直、除锈处理,然后,按照施工设计长度进行断料,其长度误差不应大于50mm。一般实际长度应大于计算长度的0.3～0.5m,但不可下得过短,以致无法锁定或者给后续施工带来不便。

③锚杆组装可在严格管理下由熟练人员在工地制作。对于Ⅱ、Ⅲ级钢筋连接时宜采用对接焊或双面搭接焊,焊接长度不应小于8 倍钢筋直径,精轧螺纹钢筋定型套筒连接。锚杆自由段必须按照设计作防腐处理和定位处理。

④锚束放入钻孔之前,应检查孔道是否阻塞,查看孔道是否

清理干净,并检查锚索体的质量,确保锚束组装满足设计要求。安放锚束时,应防止锚束扭压、弯曲,注浆管宜随锚体一同放入钻孔,注浆管端部距孔底宜为50～100mm,锚束放入角度应与钻孔角度保持一致,在入孔过程中,注意避免移动对中器,避免自由长度段无粘结护套或防腐体系出现损伤。锚束插入孔内深度不应小于锚束长度的95%。

（3）锚固的注浆是锚杆施工过程中的一个重要环节,注浆质量的好坏将直接影响锚杆的承载能力。锚孔一般采用水泥浆或水泥沙浆灌注,浆液的拌合成分、质量和灌注方式在很大程度上决定了锚杆的粘结强度和防腐效果。因此锚杆注浆施工应当严格控制浆材质量、浆液性能、注浆工艺和注浆质量。一般要求有:

①按设计规定选择水泥浆体材料。水泥标号选用425# 的新鲜普通硅酸盐水泥,对进场水泥应复查力学性能。搅拌浆液所用水中不含有影响水泥正常凝结、硬化的有害物质。选用砂料的含泥量按重量计不得大于3%,砂中有害物质(如云母、轻物质、有机物、硫化物等)含量应低于1%～2%,砂的粒径以中砂(平均粒径0.3～0.5mm)较好,但要求含水量不应大于3%。外加剂的品种与用量由试验确定,一般情况下加速浆体凝固的水玻璃掺量为0.5%～3%;提高浆液扩散能力和可泵性的表面活性剂(或减水剂),如三乙醇胺等,其掺量为水泥用量的0.02%～0.05%;为提高浆液的均匀性和稳定性,防止固体颗粒离析和沉淀而掺加的膨润土,其掺量不宜大于水泥用量的5%。

②注浆作业应连续紧凑,中途不得中断,使注浆工作在初始注入的浆液仍具塑性的时间内完成;在注浆过程中,边灌边提注浆管,保证注浆管管头插入浆液液面下50～80cm,严禁将导管拔出浆液面,以免出现断杆事故。实际注浆量不得少于设计锚索的理论计算量,即注浆充盈系数不得小于1.0。

③二次高压注浆形成连续球型锚杆的注浆还应注意: 一次常压注浆作业应从孔底开始,直至孔口溢出浆液;对锚固体的二次高压注浆应在一次注浆形成的水泥结石体强度达到5.0MPa时进行,注浆压力和注浆时间可根据锚固体的体积确定,并分段依次由下至上进行。

（4）锚杆(索)的张拉与锁定:该锚索加固边坡防护采用高强度、低松弛钢绞线,钢绞线标准强度为Rb=1860MPa。锚索张拉控制力为520.8kN,超张拉10%。锚杆的张拉,其目的就是要通过张拉设备使锚杆杆体自由段产生弹性变形, 从而对锚固结构施加所需求的预应力值。在张拉过程中应注重张拉设备选择、标定、安装、张拉荷载分级、锁定荷载以及量测精度等方面的质量控制,一般要求如下:

①张拉设备要根据锚杆体的材料和锁定力的大小进行选择。选择时应考虑它的通用性能,从而使得它具备除可能张拉配套锚具外,还能张拉尽可能多的其他系列锚具的通用性能,做到一项多用。同时张拉设备应能使预应力筋的拉力既能从已有荷载上增加或降低,又能在中间荷载下锚固,最后张拉设备还应能拉锚以确定预应力荷载的大小。

②张拉前对张拉设备进行标定。对于1000kN 以下的千斤顶,可用2000kN 的压力机标定,标定的数据与理论出力误差应小于2%。

③安装锚夹具前,要对锚具进行逐个严格检查。锚具安装必须与孔道对中,夹片安装要整齐,裂缝要均匀,理顺注浆管后依次套入锚垫板、工作锚、限位板,在限位板上用千斤顶预拉,每根预拉一定荷载后,再套入千斤顶、工具锚、工具夹片等。

④张拉前,必须待锚固段、承压台(或梁)等构件的混凝土强度达到设计强度方能进行张拉, 同时必须把承压支撑构件的面整平,将台座、锚具安装好,并保证和锚索轴线方向垂直(误差<5°)。

⑤张拉应按一定程序和设计张拉速度(一般为40kN/min)进行。正式张拉前进行二次预张拉, 张拉力为设计拉力的10%～20%。正式张拉荷载要分级逐步施加,不能一次加至锁定荷载。分级施加荷载和观测变形的时间可按表1 执行。

2 锚杆(索)的试验与观测

2.1 锚杆(索)验收试验

锚杆验收试验是在锚固工程完工后为了检验所施工的锚杆是否达到设计的要求而进行的检验性抗拔试验, 该试验起到鉴别工程是否符合要求的目的。通常验收试验检验的锚杆的数量应不少于锚杆总数的5%,且一个边坡不得少于3 根。验收试验最大试验荷载: 对于永久性锚索应为设计轴向拉力值的1.5 倍;对于临时性锚索应为设计轴向拉力值的1.2 倍。荷载分级施加并测读各级荷载下的伸长值。试验结果进行计算机处理,并绘制试验荷载- 位移曲线。锚杆验收试验满足以下条件,即为合格:

（1）验收试验所得的总弹性位移超过自由段长度理论弹性伸长的80%,但小于自由段长度与1/2 锚固段长度之和的理论弹性伸长。

（2）在最大试验荷载作用下,锚头位移趋于稳定。

2.2 锚杆(索)的长期观测

锚杆施工完毕后, 为了了解锚杆预应力损失情况和锚杆的位移变化规律,以便确认锚杆的工作能力,需要对锚杆进行长期观测,一般连续观测时间超过24h 就可看作是长期观测。在观测结果过程, 如果发现锚杆的工作性能较差或不能完全承担锚固力,可以根据观测结果,采用二次张拉锚杆或增设锚杆数量等措施,以保证边坡锚固工程的可靠性。由于锚杆张拉锁定后头几个月预应力损失较大,一年后逐渐递减,两年后预应力损失基本终止,趋于稳定状态。故张拉锁定后的长期监控时间一般不得少于1 年, 但如遇自然环境恶劣并对边坡稳定性有较严重影响时,监控时间应适当延长。在观测过程中,如出现异常,应立即进行检查,处理完毕后,方能继续观测。观测成果及时整理,第一年内的观测成果将作为工程验收的资料。

3 结束语

对高边坡中不稳定岩层，土层的滑移等问题，提出使用预应力锚杆（索）的施工技术，并详细介绍施工中要注意的各事项，以保证高边坡的长期稳定。

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。