预应力锚索
预应力锚索的在高边坡滑塌治理中的应用
(贵毕公路K154+400~K154+540段高边坡工程整治)
一. 工程概况
贵阳至毕节汽车专用公路K154+400~K154+620段右侧高边坡原设计边坡坡比为1:0.3,按设计边坡开挖后,右侧形成最大高差为50米,坡度为30~40°的大面积陡斜边坡。路堑开挖后,坡脚被大面积的切割而形成较大的临空面,造成右侧岩体的不稳定,原先处于临界平衡状态的岩体因释放大量应力而沿软弱粘土泥夹层滑动。自1999年4月至2000年9月,已大小发生4次较大规模的滑塌,填塞路基,使施工受阻。第1次塌方时,由于事出突然,还导致施工单位1台暂新的挖掘机被压坏,严重地制约着工程的施工进展,对现场施工人员的安全及今后公路的运行存在极大的隐患。经贵州省交通规划勘察设计研究院,贵毕公路总监办的各位专家多方讨论之后,决定采用削坡减载、预应力锚索和坡面排水相结合的方法进行边坡工程整治。
二.边坡地质情况评价
经贵州省桥梁工程总公司对该边坡作进一步的地质勘探之后,对本段地质情况作了如下一些分析。
1.构成斜坡主要岩体的白云岩夹灰岩中夹有3层厚度为0.35~3.2米的软弱粘土岩夹层,岩层产状顺坡呈25度倾向路基中线,岩层有沿软弱夹层及各岩层面顺坡沿路堑滑动或塌崩的趋势。
2.由于岩石较破碎,含有泥夹层的裂隙纵横发育,地表下渗水沿裂隙及层面产生溶蚀作用,使裂隙扩大,进一步降低岩体内的粘结力,稳定性更差,再加上地表下渗水使粘土夹层水解粘土化,会降低该层岩土体的抗滑指标,雨季时更易形成滑动面。
3.深路堑开挖后,切割坡脚各岩层层面及软弱夹层面,使各结构面临空,破坏岩体原有平衡,产生顺坡指向路基的巨大张应力,使构成斜坡的岩土体失稳,产生掉块、崩塌及滑塌。
三.边坡治理设计分析
针对本工程地质情况,经计算分析后,对该边坡提出如下工程整治措施:
1.削坡减载:对已经滑塌的松散堆积体先清除,减轻滑面以上的岩体自重。
2.预应力锚索加固:经削坡后,对仍有剩余下滑力的岩体进行预应力锚索加固,通过预应力锚索加固,对软弱岩层起到深层治理的作用。
3.砂浆锚杆:对于表面岩层破碎、易坍塌的部分增设砂浆锚杆。
4.排水:通过修建坡外截水沟和在开挖坡面喷射5cm厚混凝土护面,降低地表水及其地下水的影响,通过上述措施,对滑坡起到浅层治理的作用。
四.预应力锚索加固
4.1锚索设计
本工程高边坡加固设计的锚索为可调式预应力自由锚索,设计锚固力1400KN,超张拉力为1600KN,采用9根7φ5的无粘结钢绞线(公称直径为15.24mm),内锚固段为枣核状结构。锚索设计锚固角为N5°E,钻孔直径为φ150mm钻孔,共226孔,相应锚索总根数226根(后来根据现场实际情况增加3根),锚索总长为5950.75m。预应力锚索呈梅花状布臵,列距3.0m,排距6.0m,锚索的具体根据开挖后岩层实际情况酌情调整。
4.2锚索结构
1.设计锚固力1400KN,采用9根7φ5的无粘结钢绞线(公称直径为15.24mm),内锚固段为枣核状结构。
2.自由张拉段设对中架,对中架间距250cm,锚固段设隔离支架及束线环,隔离支架间距和束线环间距均为80cm,锚固段钢绞线外边缘离钻孔孔壁的距离为2cm。
3.锚索自由张拉段钢绞线采用双层保护,每根钢绞线喷涂防腐材料,并用PE塑料管包裹。在锚固段与自由段交界处,每根钢绞线的PE管用铅丝扎紧。
4.设计中选用纯水泥浆作为胶结材料,水泥浆设计抗压强度为35Mpa,为提高内锚固段的的锚固效果,内锚固段注浆采用专用的TQ微膨胀早强注浆掺合剂,掺量为水泥用量的10%。
五.边坡综合治理施工
1.削坡减载
自上而下分台阶按设计坡比削坡,将破碎松散的岩体予以清除,以减轻滑面以上岩体自重且为锚索提供一个基底基础。削坡时尽可能地采用了光面爆破,使边坡整齐.美观,有利于锚墩受力均匀。为减小爆破对边坡的影响,爆破时提高
爆破技术要求,减少装药,避免了大药量爆破,保证了边坡的稳定和安全。
为维护边坡稳定及保证施工人员的安全,削坡卸载后的石方暂不运走,堆臵于路槽中,以稳定滑坡体坡脚,待锚索施工至一定阶段后再一次性运走弃碴。
2.预应力锚索施工
2.1搭设脚手架
考虑到本工程边坡较缓,脚手架搭设时采用手风钻成孔,然后插设支筋,再搭设脚手架。考虑到钻机成孔时激振力较大,搭设脚手架时把上下排脚手架相互连接起来,以加强脚手架的整体性,同时脚手架尽可能地搭密一些,列距不大于1.0m,排距不大于2.0m。
2.2钻孔
本工程钻孔采用潜孔钻,(由于潜孔冲击类钻机所钻凿钻孔的孔壁粗糙而对锚索的锚固有利。钻孔机械采用阿特拉斯钻机和空压机相分离的机械,冲击器外径为φ136mm。钻机就位后,用罗盘仪和坡度仪测量方位角和水平倾角,确保定位准确。考虑到该工程边坡较为破碎,软弱夹层和裂隙均为发育,在孔隙发育段,可掺入少量砂,减少漏风,或灌注水泥砂浆,第二天终凝后,复钻成孔。
钻至设计深度时,采用高压风清洗钻孔,再卸钻杆。考虑到钻至设计深度时底部积土较厚,钻孔时应多钻0.5~1.0m,确保钻孔深度达到设计要求。(因本工程滑塌边坡岩层较为破碎,成孔后不作压水试验。)
2.3编索
本工程采用9根7φ5,直径为15.24mm的无粘结钢绞线(江西新余钢材厂生产),为保证内锚固段的粘结强度,内锚固端的钢绞线一定要清洗干净。清洗时首先应剥去钢绞线其表层PE管,然后逐根把钢绞线拆散,用锯末把油脂擦洗干净,再用机油把钢绞线清洗一遍,最后用干净的抹布反复擦洗,确保干净后,把钢绞线复原。
钢绞线绑扎时,应把隔离支架.束线环和对中支架逐个绑扎好,间距符合图纸要求。锚索制作好后,应把锚索编号并分类堆放。锚索制作时的注意事项:锚索制作应在有覆盖的工棚内进行,钢绞线宜采用机械切割,不得采用电弧切割。
2.4锚索安装
钻孔完成后,应把绑扎好的锚索及时安装,防止因孔壁塌孔后,堵塞孔道,
影响下锚。下锚时速度应平缓,用力要均匀一致,防止因下锚速度过快损坏隔离支架、对中支架和保护层。本工程下锚采用人工安装。
2.5注浆
注浆是用注浆泵把液态水泥浆以一定的压力注入孔中,锚索注浆是为了形成锚固段和为锚索提供防腐保护层;另外一定压力的注浆可以使注浆体渗入地层的裂隙和缝隙中,从而起到固定地层、提高地层承载力的作用。
锚索就位后,应立即注浆,因该边坡岩石破碎,裂隙较为发育,锚索注浆质量的好坏是关系到预应力锚索加固是否成功的关键一环。本工程注浆体采用纯水泥浆作为胶结材料,水灰比为1:(0.40~0.45)左右。
注浆管绑扎至距孔底1.5~2.0m左右,浆液从孔底向孔口流动,封闭岩层的裂隙,待孔口流出浓浆后,拔出注浆管。为保证注浆效果,注浆时保证一定的注浆压力,但不宜过大,由于间隙较多,注浆应采用3级循环注浆,确保浆液充满各个孔隙。
为改善注浆体在施工时和硬化后的性能,在进行内锚固段的注浆时,掺入部分TQ锚固剂,该锚固剂具有微膨胀.早强和使浆液流动性好的作用,可大幅度提高锚索的早期承载力和锚索与注浆体之间的握裹力。
该工程由于边坡岩层破碎,存在多处软弱夹层,在实际注浆过程中出现多处窜孔现象(9排1#.2#孔,8排5#.6#孔,7排10#.11#孔,6排11#.12#孔和5排13#孔之间互相存在多处窜孔),为了不影响钻孔进程,注浆时从注浆量大的低孔位的孔注起,注满后,再逐个向上注浆。(从某种意义上讲,本工程锚索注浆对山体破碎部分起到固结灌浆的作用)
2.6锚墩浇筑
注浆完毕后,开始锚墩浇筑(本工序可在注浆之前完成)。锚墩浇筑应根据钻孔位臵的具体岩层情况对其尺寸进行适当调整,对于岩层破碎处,应适当加大墩头尺寸,钢筋亦应作相应增加。为了保证垫墩混凝土的质量,应确保垫墩最薄处的厚度大于10cm。
本工程由于岩层破碎,按设计锚墩尺寸浇筑后,有少数锚墩张拉时出现较大的裂缝,尺寸加大后避免了该现象。对于岩层特别破碎处,建议增设框架梁把相邻之间的锚墩相互连接起来,以加强锚索的整体性。
锚墩钢筋绑扎前,应先安装好定向钢管和预埋锚具,本工程锚具采用广西柳州生产的OVM锚具。
2.7张拉
注浆体及锚墩达到设计强度的80%时,可对锚索进行预应力张拉。张拉采用双控法进行控制,一方面控制其张拉应力,另一方面控制其锚索的张拉伸长值。本锚索施加预应力的张拉方法为整体一次性张拉。张拉程序为: 50%σ%σ%σk%σk 锁定荷载
为了便于观察分析预应力锚索加固后的效果,对一些典型的锚索应安装监控仪器,以便观察锚索张拉后预应力损失情况。监挖仪器应在需进行监测的锚索张拉前安装好,为便于今后数据观测,监控仪器的观察仪表应固定在一个容易到达的位臵,并妥善固定好,便于今后的运行管理。
本工程采用YCD230型号的千斤顶进行张拉,张拉过程中随时观察应力变化时,锚墩及其周连裂缝出现及扩展。有异常情况出现时应停止张拉,分析原因后,作相应处理。
2.8封锚
永久性锚杆的防腐是锚杆耐久性的主要因素,外锚头的及时封闭是保证其耐久性的重要措施。据以往经验证明:锚索张拉后,若在一周内无较大预应力损失,应割去外锚端多余的钢绞线,并采用高标号的水泥砂浆封锚。切割钢绞线时应注意采用冷切割,以免损钢绞线。
3.排水
3.1喷射混凝土护面
为防止地表水下渗浸入软弱夹层或裂隙中,影响软弱夹层的稳定及腐蚀锚索钢绞线,边坡表面应喷射混凝土并及早封闭。喷射混凝土严格按照设计及《锚杆喷射混凝土支护技术规范》。
3.2截水沟
坡顶设截水沟排除地表水,因边坡坡脚有地下水,设排水平洞排除深层地下水,排水平洞呈梅花型布臵。
六.边坡锚固效果
该边坡采用以预应力锚索为主的加固措施之后,边坡裂缝不见发展,坡脚开挖后
增设护面墙,未见有异常情况出现,从已安装的监控仪器的数据分析,锚索就位后,前3天预应力损失较大,以后逐渐趋于稳定,预应力损失均在合理的范围内。
七.结语
7.1.从贵毕公路K154+400~K154+540段右侧高边坡采用以预应力锚索为主的加固方法治是边坡以