岩锚在山区无支撑缆索吊装系统的应用

杨永

摘  要：山区建设工程中，多以较大跨径的钢管混凝土拱桥梁跨越障碍物，由于受所处地形限制无法使用大型设备进行施工，故无支撑缆索吊装系统被广泛应用于该类桥的施工中。缆索吊装系统常用的锚碇有：重力式锚、桩锚、隧道锚、岩锚等，其中岩锚工程量最小，施工时间短，成本低，文章以尖山特大桥新建工程为例介绍其在该系统中的应用。

关键词：岩锚;山区;支撑缆索吊装系统

中图分类号：TV544        文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2019）26-0162-03

Abstract： In mountain construction projects， most of the long-span concrete-filled steel tubular arch bridges cross obstacles， the constraints of the terrain can not use large-scale equipment for construction， therefore the unsupported cable hoisting system is widely used in the construction of this kind of bridges. The anchorages commonly used in cable hoisting system are gravity anchor， pile anchor， tunnel anchor， rock anchor and so on. Among them， the quantity of rock anchor is the smallest， the construction time is short and the cost is low. This paper takes the new construction project of Jianshan Bridge as an example to introduce its application in this system.

Keywords： rock anchor; mountain area; supporting cable hoisting system

1 工程概况

尖山沟特大桥位于文县尖山乡老爷庙村，桥位距离尖山沟下游与洋汤河汇合处约1300m，跨越尖山沟及村道。尖山沟特大桥左线为2×25m组合梁+14×16.8m上承式钢管混凝土拱桥+5×25m组合梁，右线为5×30m组合梁+14×16.8上承式钢管混凝土拱桥+4×30m组合梁。

尖山沟特大桥主桥采用计算跨径220m的上承式钢管混凝土变截面桁架拱，拱轴线采用悬链线，拱轴线系数m=1.28，矢高h=44m，矢跨比f=1/5。

桥位地处陇南山地，属秦岭山脉西延部分中低山区的白龙江支流羊汤河右岸支沟尖山沟沟谷及山麓斜坡区，跨尖山沟，地势起伏较大，尖山沟两岸漫滩及阶地较发育，河面较平坦宽阔，两岸陡坡区基岩浅埋或裸露。桥位处两岸岩层裂隙发育，山体表面为强风化岩层，岩层以板岩为主，钻孔揭露厚度约1.5-4m，承载力基本容许值为400kPa。 桥位区内地下水按含水介质和埋藏条件可分为松散岩类孔隙水、碳酸盐岩溶裂隙水、层状基岩裂隙水。

2 缆索吊装系统构成

缆索吊装系统按其工作性质一般可分为五个基本组成部分：主索、工作索、塔架、卷扬机系统及锚固装置。其中工作索包括起重索、牵引索和扣索等。缆索吊装的工作原理是利用主索承担吊重和作为跑车轨道，跑车上的起重装置和牵引装置将加工好的节段吊件吊起、升降、运输和安装。

桥梁两侧山势陡峻呈U型，场地狭窄，山顶离桥面高差大，经对比分析，确定采用无支架缆索吊装方案。

3 锚碇系统的选择

考虑到地形条件、成本、工期、安全及对下方主干道路通行的影响，经对比分析，采用工程量相对较小、成本较低、工期较短、安全风险较低的岩锚作为该系统的锚碇。

4 岩锚设计

山体表面为强风化岩层，其中风化岩体岩芯较完整，适合锚索结构，因而两岸主锚碇设计为锚索分配梁结构，通过锚索S1锚固型钢分配梁F1，在分配梁F1上设置转向滑轮来引导牵引索和承重索，通过锚索S2锚固型钢分配梁F2，在分配梁F2上设置锚固梁来锚固主索。

分配梁F1采用2I32的型钢焊接而成，F1预埋在锚碇体内，并通过锚索S1锚固。分配梁F1采用2HN588×300的型钢焊接而成，F2预埋在锚碇体内，并通过锚索S2锚固。

5 岩锚计算

根据《岩土锚杆与喷射混凝土支护工程技术规范》GB50086-2015，4.3.3条：当锚固段长大于8m（岩层）和12m（土层）时，锚杆极限抗拔承载力的提高极为有限或不再提高。故锚索S1、S2的计算长度按8.0m取值。

以S1为例进行预应力筋验算：

（1）工艺流程

坡面修整→锚孔测放→钻机就位→岩锚钻孔→锚索安装→锚孔注浆→锚索张拉、压浆、补浆→封锚→拉拔试验。

（2）岩锚钻孔

a.坡面修整：放样出开挖线，用人工从上而下修坡，并在开挖位置上方增设截水天沟，避免雨水侵蚀，引起塌方。

b.施作锚孔：选用锚固钻机进行钻进施工，将钻机就位于作业面，然后调整钻机纵、横向位置。让钻杆对准岩锚孔位，使用全站仪确定钻杆的倾角，精确定位后，将钻机固定，进行钻孔施工。工艺为：定位→鉆孔→高压风清孔。

锚孔测放：采用全站仪准确放样出各个孔的位置，锚孔位置偏差不得超过±20mm，对测放并验收合格的锚孔位置进行编号，并用油漆标示在现场坡面上。

钻机就位：搭设满足钻孔、下锚和注浆施工所需承载能力和稳固条件的脚手架，并确保锚孔开钻就位纵横误差不得超过±10mm，高程误差不得超过±10mm，钻孔倾角和方向符合设计要求，倾角允许误差位±1.0°，方位允许误差±2.0°。

钻进方式：锚孔钻进采用干钻，以确保锚固工程施工不至于恶化边坡岩土工程地质条件和保证孔壁的粘结性能。

钻进过程：锚索钻孔施工要加强钻机的导向作用，及时检测孔斜误差，合理采用纠偏措施，确保锚索钻孔满足设计及规范要求。钻进过程中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好现场施工记录。如遇塌孔缩孔等不良钻进现象时，须立即停钻，及时进行孔道固壁灌浆处理（灌浆压力0.1～0.3MPa），待水泥砂浆初凝后，重新扫孔钻进。

锚孔清理：钻进达到设计深度后，不能立即停钻，要求稳钻1～2分钟。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，使用高压风（风压0.2～0.4MPa）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。如果需处理锚孔内部积聚水体，一般采用灌浆封堵二次钻进等方法处理。

锚孔检验：钻孔结束后，须经监理工程师检验合格后，方可进行下道工序。

（3）锚索体制作及安装

锚索单根索体在车间生产，施工现场组装完成，其制作程序为：下料→编索→组装导向帽及波纹管→验索→存放。

锚索下料长度应按锚索实际孔深、锚具厚度、张拉设备长度、锚索测力计厚度和调节长度的总和考虑，钢绞线采用砂轮切割机切割，用钢卷尺丈量，其误差在5mm以内。

锚束内各钢绞线锚固段长度应一致，否则将影响张拉效果，锚固段顶部安装导向帽，方便顺利下锚。钢绞线应按一定规律编排并绑扎成束，内隔离支架和外对中支架均采用钢板加工。对中隔离支架选用成品塑料隔离架，并固定牢，防止锚索安装时滑动;自由段内采用铁丝绑扎，钢绞线用注黄油的PVC管包裹。

（4）锚固注浆

锚固段采用M20水泥浆在1～2MPa的压力下进行灌注，浆液的配比经试验确定，浆液中应掺入一定数量的膨胀剂和早强剂，其28天的结石强度应不低于设计值。

灌浆过程中，应观察出浆管的排水、排浆情况，当排液比重与灌浆比重相同时，方可进行屏浆，屏浆时间宜为20～30min。

锚固段灌浆长度应符合施工图纸要求，阻塞器位置应准确，在有压注浆时，不得产生滑移和串浆现象。灌浆自下而上一次施灌，进浆必须连续。

（5）垫层施工、分配梁安装

垫层钢筋绑扎完成后，测量准确放样出分配梁及波纹管位置，并做好分配梁及波纹管预埋，波纹管需封堵密实，防止漏浆。垫层采用C30混凝土浇筑，混凝土运输车运送至临时卷扬机位置，再由料斗吊至岩锚施工区域，小推车配合，进行浇筑。

浇筑完成待混凝土强度达到设计要求后进行分配梁安装，缆索吊分配梁锚索锚固孔的开设位置，应结合现场锚索孔的竣工实测进行调整。首先用导链和千斤顶将分配梁安放到设计位置固定牢靠，分配梁翼缘应与垫层混凝土密贴，以避免局部受力，锚索从分配梁张拉预留孔中穿出，然后安装工作锚具及夹片。

（6）张拉、锁定、补浆

待锚固段的固结灌浆浆液、垫层混凝土达到设计强度时，S1选用150t千斤顶、S2选用300t千斤顶进行张拉。

锚索张拉采用整体张拉，张拉前，先进行单束预紧，使锚索各股预应力钢绞线的应力均匀，预紧按照两边对称均衡张拉的原则，总体预紧力0.1P（P为设计荷载）。

锚索整体张拉程序：预紧→0.25P→0.5P→0.75P→1.0P→稳压锁定荷载P'（P为设计荷载，P'为锁定荷载）。除最后一次持续30min外，其余四次加载持续时间均为5min。加荷、卸荷速率应缓慢平稳。张拉时，升荷速率每分钟不宜超過设计荷载的10%;卸荷速率每分钟不宜超过设计荷载的20%。

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。锁定后的48h内，若锚索应力下降到设计值以下10%时应进行补偿张拉。

（7）自由段封闭注浆、封锚

补偿张拉后，将已配置好的塑料管插入界面预留孔，由塑料管孔自由端注浆，边注浆边提升塑料管，待水泥净浆注满锚垫板及锚头，并漫出1-2分钟，证明自由段注浆饱满，从锚具量起，留出长5～10cm钢绞线，其余部分截去，最后对锚头采用混凝土进行封锚。

（8）拉拔试验

在设计孔位的侧面2m位置（与锚碇地质条件相近）按照设计钻孔要求和标准钻设一根试验孔，按照工艺流程装束，注浆，进行拉拔试验，以验证锚索的锚固力。

7 施工监控

成立监控小组，安排专人每天巡查岩锚坡面，当坡面表面发现裂缝时，及时设置裂缝观测桩，实时观测裂缝发展情况和趋势。同时，利用全站仪采用直角坐标法定期量测，分析坡面几何外观的变化情况，绘制坡面各观测点在施工中的位移变化情况，及时了解坡面的变形范围及位移大小。通过观测数据的对比分析，提早发现安全隐患，并采取相应补救措施。

8 结束语

本桥采用岩锚作为无支架缆索吊装系统锚碇，降低了工程的成本，缩短了工期，减少了对山体的破坏，实现了优质高效的工程施工，为同类条件桥梁施工提供了参考经验，施工中需加强对缆索吊装系统的监控，及对大风天气的检测，以确保施工安全。

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