预应力锚索框架梁在高边坡防护工程中的应用

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摘要：通过K71+907-K72+200段左侧高边坡防护工程的预应力锚索框架梁的现场施工，对工艺流程、施工准备、造孔、锚索制作与安装、注浆、张拉锁定与封锚、锚索检测等各工序的应用及质量控制要点进行了论述。

关键词：造孔 锚索 注浆 张拉 检测

1 工程概况

阳左高速公路ZB5合同段位于山西省晋中市和顺县境内，施工里程为K58+600（断链前）～K76+400，全长17.842公里，主要由奥陶系峰峰组、第四系中更新统离石组、上更新统峙峪组黄土组成、全新统选仁组河谷冲积土组成；峰峰组主要岩性为中厚-厚层状石灰岩、含泥质灰岩，中夹的泥灰岩等组成；离石组黄土以棕黄色粉质粘土为主，局部夹薄层钙质结核层及古土壤层；峙峪组黄土以褐黄色粉质粘土为主，局部夹层状砾石层及砾卵石透镜体，砾卵石层局部富集厚度较大，选仁组由砂、砾、卵石及砂性土等组成，峙峪组黄土局非自重Ⅰ级（轻微）湿陷，湿陷厚度为0-9m。

2 主要设计参数

K71+907～K72+005高边坡二级边坡，K72+099～K72+200段采用压力分散型预应力锚索进行处理，预应力锚索的材质为6根Φj15.24mm的高强度、低松弛的无粘结预应力钢绞线，其抗拔强度为1860Mpa。锚索长26m，根据设计长度其荷载为600KN，坡面反向下倾与水平面夹角20°，锚索锚固段分为三个相同的锚固单元，并且锚固段的长度为10m，同时按照格梁方形进行布置，间距、截面尺寸分别为3.5×3.75m、0.5×0.5m。其张拉承压结构为A型锚斜托结构。

采用压力分散型预应力锚索对K72+030～K72+150高边坡三级边坡进行处理，利用4根Φj15.24mm的高强度、低松弛的无粘结预应力钢绞线编制预应力锚索，其标准抗拔强度为1860MPa。锚索长26m，其设计荷载为400KN，锁定荷载440KN，坡面反向下倾与水平面夹角为20°，锚索锚固段分为两个相同的锚固单元，锚固段长度为10m，按照格梁方形的方式进行布置，间距和尺寸分别为3.5×3.75m、0.5×0.5m；将B型锚斜托结构作为张拉承压结构。

锚索孔径Φ130mm，采用30套OVM15-6型二级边坡锚具，采用18套OVM15-4型三级边坡锚具，按照25cm×25cm×2cm的尺寸设置锚斜托钢垫板，并且在数量方面与锚索相互匹配。按照3.5×3.75m、3.5m设置锚索间距和纵梁间距，且横梁每段长为9～12m，根据坡面现场的实际地质条件对具体间距进行调整，在坡面岩体中镶嵌纵、横梁厚度的一半。

3 施工方案

3.1 工艺流程

在施工过程中，准备、造孔、锚索制作与安装、砼结构钢筋制安、注浆、锁定锚索张拉、验收、封锚7个环节是进行锚索施工的主要内容，具体流程如图1所示：

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3.2 施工准备

①开挖成形设计锚固工程坡面并进行验收。

②施工所用预应力锚索等材料试验检验合格，试验报告及锚固参数经设计代表确认合格。见图2。

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3.3 造孔

3.3.1 锚孔测放。按照设计图纸在已施工完成的坡面上提前确定预应力锚杆的位置，测量放线采用全站仪进行，对孔位及锚孔方位角进行确定，同时用红色油漆进行标记。在施工过程中，如果坡面不平顺或者场地比较特殊，在确保坡体稳定和结构安全的前提下，经设计代表和监理工程师的认可，可以将定位精度进行适当放宽或者对锚孔定位进行调整。如图3所示。

3.3.2 钻孔设备。根据锚固地层的类型、锚孔孔径、深度及施工场地条件等，在施工过程中对钻孔设备进行选择，并且钻孔设备的性能需要经过监理工程师的认可。

3.3.3 钻机就位。为了确保钻机安放牢固，钻机施工平台在承载力和稳固性要满足设计条件。锚孔开钻就位后，在±50mm、±100mm范围内控制纵横、高程的误差，根据设计要求确定钻孔倾角和方向，并且其误差分别控制在±1.0°和±2.0°。

3.3.4 钻进方式。在施工过程中，为了防止水流入坡体造成坡体地质恶化，采用无水干钻的方式对锚孔进行钻进，禁止开水钻进，同时确保孔壁的粘结性能；施工中，严格控制钻孔速度，防止钻孔扭曲和变径，在一定程度上确保下锚顺利，防止意外发生。

3.3.5 钻进过程。为了处理每个孔的地层变化，钻压、钻速等钻进状态，以及地下水等情况，在钻进过程中，需要安排专人对施工现场进行记录，同时对塌孔、缩孔等现象进行停钻处理，通过灌浆固壁的方式进行处理，在灌浆过程中，灌浆压力控制在0.1～0.2MPa，当水泥砂浆初凝后，对钻孔进行扫孔处理，并进行重新钻进。

3.3.6 孔径孔深。钻孔完毕后，要确保孔径、孔深满足设计要求。

3.3.7 清理锚孔。当钻孔符合设计深度后，为了防止孔底尖灭，达不到设计孔径，需要稳钻1～2分钟。钻孔完成后，对于孔内的沉碴、岩粉及水体等通过采用高压空气（风压0.2～0.4Mpa）的方式全部清除，避免水泥砂浆与孔壁岩土体之间的粘结强度降低。

3.3.8 检验锚孔。监理工程师对成孔后的锚孔经验收合格后，进行下一道施工工序。

3.4 制作与安装锚索

3.4.1 锚筋体材料。预应力锚索为纲绞线或高强钢丝。

3.4.2 组装锚筋体。①搭设高度不小于30cm组装平台，在组装平台上组装锚索体。②锚索编束的过程中，严格按照设计尺寸进行下料，同时保持钢绞线或高强钢丝顺直，并且排列均匀，不能出现扭、叉现象，每股长度的误差控制在±50mm范围内。③为了确保施工质量，采用机械对钢绞线进行切割处理，并进行除油、除锈处理，剔除存在死弯、机械损伤，以及锈坑的材料等。④根据设计要求，对钢绞线或高强钢丝进行平直编排，沿着锚索体轴线方向设置隔离支架，对于自由段来说要间隔1.5～2.0m，对于锚固段来说要间隔1.0～1.5m。⑤捆扎牢固锚索编束，捆扎材料不能选用镀锌材料。根据设计要求通过塑料套管对锚索体自由段进行处理，对锚固段相交处的塑料管管口用铅丝进行密封绑扎。⑥组装完成锚索体隔离支架与紧箍环后，将导向帽接装在其底端，在一定程度上方便下锚。依据设计要求尺寸制作相应册导向帽，在±5mm和±20mm范围内控制制作尺寸、接装定位的误差。

3.4.3 锚筋体防腐。对锚筋体自由段严格按照设计要求进行防腐与隔离处理。通常情况下，首先涂刷防锈漆，然后涂抹脱水黄油，最后外套塑料套管，进而完成对锚筋体的防腐、隔离处理。

3.4.4 隔离支架。对于隔离支架，其制作材料通常选用钢质、塑料，或者选用对锚筋体无损害的材料。

3.4.5 塑料套管。通常情况下，按照设计要求，确定塑料套管的材质、规格和型号等。在套管中不能出现剪断和接头现象，尽量保持套管的完整性，为了避免拉脱和破损，需要对接头进行牢固绑接和密封处理。

3.4.6 注浆管。根据设计要求选用注浆管，确保注浆管的强度，在一定程度上保证注浆顺利，不能出现堵塞、爆管或拉断现象。

3.4.7 锚筋体长度。根据设计要求制作锚筋体，在±50mm范围内控制锚固段长度的误差，自由段长度需要根据设计要求进行确定，对张拉设备和施工工艺进行考虑，预留长度通常要超过1.0～1.5m。

3.4.8 检验锚筋体。制作完成锚筋体后，检查锚筋体各组成部件。确保各部件满足相关规范要求，通过编号挂牌的方式进行存放，现场监理工程师认可后才能使用。

3.4.9 储存、运输与吊装锚筋体。因地制宜拟定方案，对锚筋体进行储存、运输和吊装。顺直分开组装完成的锚筋体，同时进行干燥通风处理。运输和吊装锚筋体时，操作要谨慎，避免损伤介质和组成部件。

3.4.10 安装锚筋体。锚筋体入放锚孔前，对锚筋体制作质量进行检查，确保锚筋体组装符合设计要求，同时要经现场监理工程师的认可。

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3.5 注浆

3.5.1 注浆设备：注浆设备应满足设计要求，并经监理工程师认可。

3.5.2 注浆材料：根据设计要求选择注浆材料，试验检测合格才能使用。通常情况下选用水灰比0.4～0.45的纯水泥浆，必要时加入适量的外加剂或掺加剂。

3.5.3 原材料要求：原材料需经试验室检测合格，并经监理工程师认可，各项指标符合设计要求。

3.5.4 注浆准备：按照批复的施工组织设计要求配备原材料和所需设备。注浆作业开始和中途停止时，为了防止出现堵管，对注浆泵及注浆管路采用水或水泥浆进行。

3.5.5 注浆浆液：锚筋体安装完成后应立即进行锚孔注浆，根据施工原则，不得超过24小时。注浆浆液严格按照配合比进行配置，并且搅拌均匀，注浆浆液随搅随用。

3.5.6 注浆结束。注浆方式采用孔底返浆的方式进行，注浆停止的标准，以孔口溢出浆液或者排气管停止排气为准。注浆结束后，利用清水清洗干净注浆管、注浆枪和注浆套管。

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3.5.7 注浆记录与试验。注浆过程中需要详细记录注浆。同时，对于每批次的注浆都要进行相应的浆体强度试验，在一定程度上满足浆体的设计强度。

3.6 张拉锁定与封锚

3.6.1 张拉锁定设备。锚筋的张拉锁定，根据设计要求，可使用简易张拉方式和相应锁定器具。

3.6.2 锚索张拉。在安装锚具的过程中，保持与锚垫板和千斤顶之间密贴对中，同时保持千斤顶轴线与锚孔及锚筋体轴线在同一条直线上。按一定程序对锚筋进行张拉，在正式张拉锚杆前，按照设计张拉力值的0.1～0.2倍对锚杆预张拉1～2次，确保锚固体各部分接触密贴。

3.6.3 张拉锚筋程序：严格按照设计要求和批复的施工组织设计实施锚筋张拉程序。

3.6.4 锁定锚筋：张拉锚筋时，当张拉达到最大张拉荷载值后，持荷稳定10～15分钟，然后进行卸荷锁定。锁定锚具和夹片根据技术标准与质量要求进行选用。

3.6.5 锚孔封锚：锚筋锁定后，通过机械对余露的锚筋进行切割，同时外露锚筋留5～10cm，电弧烧割的方式严禁出现在切割过程中。利用水泥净浆按照设计要求，地锚垫板及锚头的空隙进行注浆，进行封锚，通常采用强度超过20MPa的砼进行封闭。

4 锚索检测

4.1 检测锚索抗拔力

对锚固工程抗拔力进行检测试验，根据普遍性和代表性的原则选取检测孔，或者通过随机的方式选取日常业主检查的情况。在工程锚索总数中抽检数量占5‰～2%。

4.2 检测锚索长度

锚固工程锚筋体长度的检测，采取现场随机抽取的原则，抽检数量为工程锚索总数的2%～5%，且同一类型锚筋不得少于1根。

参考文献：

[1]JTGF10-2006，公路路基施工技术规范[S].

[2]JTGE42-2005，公路工程集料试验规程[S].

[3]JTG/TF50-2011，公路桥涵施工技术规范[S].

[4]JTGF80/1-2004，公路工程质量检验评定标准[S].

[5]JTJ076-95，公路工程施工安全技术规程[S].

[6]阳左高速公路施工图纸及作业指导书.

作者简介：

刘雷（1980-），辽宁辽阳人，工程师，工学学士，研究方向：公路工程及路面工程施工。