浅谈高边坡预应力锚索施工技术在公路工程中的应用
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摘要：文章结合工程实例，对公路边坡加固工程中预应力锚索施工工艺及质量控制措施进行了探讨。
关键词：高边坡；锚索；张拉；施工
目前，我国高速公路建设正快速进行，其中有不少路段通过山岭重丘地带，地形、地质条件复杂且自然坡陡。在施工过程中，路堑边坡的崩塌、滑坡现象时有发生，其危害严重、损失极大，使工程往往无法正常实施，也可能给工程竣工后正常运营留下安全隐患。为了满足安全可靠和经济合理双重目标，对高边坡病害特征性质的深入分析和对其治理工程方案的慎重选择显得非常重要。
一、工程概况
某高速公路某段从山腰通过，路堑边坡达50余米高，每10m设1个平台，设计坡率:1、2、3级为1：0.5;4、5级为1：0.75。本标段路堑高边坡防护设计采用压力分散型锚索，在4级、5级坡面上设置预应力锚索框架，锚索长度为30m，锚固段长14m;每孔锚索共3个单元，每个单元由2根无黏结钢绞线内锚(通过特制挤压簧和挤压套对称锚固，单根连接强度大于200kN)于钢质承载体组成，预应力锚索为фj15.24mm、强度1860MPa高强低松弛钢绞线;锚具为HVH型。
二、预应力锚索试验
在预应力锚索正式施工前，应进行锚索的抗拉破坏试验，以验证设计所采用的锚索的设计参数和施工工艺的合理性以及锚索的安全系数，并在锚索施工前及时向设计单位提交试验报告，以验证和调整设计。
锚索试验采取先加初始荷载，然后循环加卸载至破坏。循环加卸载等级荷载及位移观测时间见表1。
通过拉拔试验记录，绘制锚索荷载一位移(Q-s)曲线、荷载一弹性位移(Q-Se)曲线、荷载一塑性位移(Q-SP)曲线，曲线图平顺、圆滑，无突变现象，弹性、塑性良好，计算得锚索安全系数2.2，符合混凝土规范安全系数≥2.0的要求。
三、施工工艺流程
施工工艺流程:测量放线边坡开挖修整钻孔与清孔锚索制造与安装压浆框架梁制作锚索张拉与锁定封锚。
1. 测量放线
根据各工点工程立面图，按设计要求，准确放线，将标注桩号的木桩打入开挖线处，便于开挖时准确开挖。
2.边坡开挖与修整
边坡开挖必须按设计要求进行，分层、分级开挖，严格做到开挖一级，支护一级，上一级未支护完，不得开挖下一级。避免因边坡暴露时间过长而造成新的危害。对具有特殊变形迹象的边坡开挖，可采用分段调挖或两侧向中间推进开挖的方式，并进行同步支挡;遇石质边坡，严禁采用大爆破;在接近设计坡面时，应采用光面控制爆破;遇地下水出露，应将地下水排除并引入排水系统，不可将其堵死。
3.钻孔与清孔
按锚孔布置图的要求将锚孔位置准确测放在坡面上，孔位误差不得超过±50mm。如遇刷方坡面不平顺或特殊困难场地时，需经设计监理单位认可，在确保坡体稳定和结构安全的前提下，适当放宽定位精度或调整锚孔定位。
钻机严格按照设计孔位、倾角和方位准确就位，采用测量角具控制角度;钻机导轨倾角误差不超过±10，方位误差不超过±20。根据地层选用相应的钻机，土层一般采用冲击式回旋钻成孔，岩石一般采用气动冲击钻孔成孔，且钻进过程严禁开水冲钻及冲洗孔壁，同时应严格控制钻进速度，防止钻孔偏斜、扭曲或变径。在钻进过程中要认真做好施工记录，同时应将取出的土体与设计时所认定的土体加以对比，有偏差时应及时修改其设计参数。钻孔孔径、孔深不得小于设计值，并超钻50cm，钻孔达到设计深度后，必须使用高压空气(风压为0.2～0.4MPa)，将孔中岩粉及水全部清除，以免降低水泥浆与孔壁岩体的黏结强度。若遇钻孔中有承压水流出时，待水压、水量变小后方可下锚索。钻进过程若遇塌孔应立即停钻，并进行注浆固壁处理(灌浆压力为0.10～0.20MPa)，待水泥浆凝固后，重新钻进或采用跟管钻进工艺。
4.锚索体制作及安装
预应力锚索体由锚梁、自由段、锚固段和安全段4个部分组成。采用压力分散型锚索，由3个单元锚索组成，每个单元锚索分别由2根无黏结钢绞线内锚于钢质承载体组成，钢绞线通过特制的挤压簧和挤压套对称地锚固于钢质承载体上，要求单根的连接强度大于200kN。钢质承载体要求采用45号钢材加工制作，其厚度不小于2cm。
钢绞线采用фj15.24mm的高强度、低松弛、无黏结预应力钢绞线。安装前，要确保每根钢绞线顺直，不扭不叉，排列均匀，对其除锈、除油污，将有死弯、机械损伤及锈坑处的剔出。钢绞线沿锚索体轴线方向每1.0～1.5m设置一架线环，保证锚索体保护层厚度不小于20mm。安装锚索体前再次认真核对锚孔编号，确认无误后再用高压风吹孔，人工缓缓将锚索体放人孔内，用钢尺量出孔外露出的钢绞线长度，计算孔内锚索长度(误差控制在50mm范围内)，确保锚固长度。
5.压浆
由于在锚索体制作中已将锚索自由段的各根钢绞线用PVC管封闭以及在锚固段和自由段交接处设止浆环，本工程锚索采用一次灌浆工艺，灌浆设备为2UB4.5压浆泵，浆液采用1:1水泥砂浆，水灰比为0.45，浆体强度不得低于40Mpa，注浆压力保持在2MPa左右;采用孔底返浆方法，即注浆从孔底开始，连续进行，直至孔口滋出新鲜浆液，且严禁抽拔注浆管或孔口注浆，如发现孔口浆面回落，应在30min内进行孔底压注补浆2～3次，确保孔口浆体充满。若锚固段遇土质或砂土状强风化岩层且富水时，应采用二次高压劈裂注浆法来提高地层锚固力。注浆结束后，将注浆管、注浆枪和注浆套管清洗干净，同时做好注浆记录。
6.框架梁制作
在一个框架单元锚索注浆完成后即可绑扎钢筋、立模、浇筑框架梁和锚斜托。模板采用钢模、钢管支撑，内设拉杆加固。钢筋安装时，必须将锚索穿入波纹管内，并将波纹管准确地固定于框架梁钢筋网上。锚斜梁承压面应平整，并与锚索的轴线垂直。锚垫的铁件采用与锚具配套产品。
7.锚索张拉及锁定
通过现场张拉试验，确定张拉锁定工艺。锚索的张拉及锁定分级进行，严格按照操作规程执行。在设计张拉完成6～10d后再进行一次补偿张拉，然后加以锁定。补偿张拉后，从锚具量起，留出长5～10cm钢绞线，并将其余部分截去(须用机械切割，严禁使用电弧烧割)。最后，用水泥净浆注满锚垫板及锚头各部分空隙，然后对锚头采用不低于20MPa的混凝土进行封锚，以防止锈蚀和兼顾美观。
8.封锚
锚索锁定后，做好记号，观察3d，没有异常情况即可用手提砂轮机切割余露锚索头。严禁使用电弧烧割，留长5～10cm外露锚索，以防滑。最后，用水泥净浆注满锚垫板及锚头各部分空隙，并按设计要求支模，用C25混凝土封锚处理，以防止锈蚀和兼顾美观。
四、结语：
应用压力分散型预应力锚索加固高边坡是技术含量高、施工难度大的工程，在施工过程中必须全力以赴，认真对待每个施工步骤，才能保质、保量地完成施工任务。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。