畢都十標預應力錨索井字梁施工原理及工法

摘要：文章以實際參與杭瑞高速畢都十標K166+140～K166+210段高邊坡錨索井字梁施工中的技術工作為例，結合錨索井字梁加固邊坡的原理，總結了一套適合高邊坡錨索井字梁施工的方法，并對施工過程中的注意事項逐一進行論述。

關鍵詞：高邊坡；預應力；錨索；井字梁施工原理；邊坡加固 文獻標識碼：A

中圖分類號：TV551 文章編號：1009-2374（2015）17-0127-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.17.065

1 概述

進入21世紀，我國公路建設的重心開始轉向云貴川山區，山區地形險要、地質復雜，涌現大量的高邊坡，高邊坡防護形式的更新和優化是保證邊坡穩定的關鍵因素。本文結合預應力錨索井字梁施工工藝在杭瑞高速貴州境畢都十標高邊坡路塹加固的應用，對其進行總結論證，特編寫此工法，供同行在類似工程的施工中參考。

2 工程簡介

浙江杭州至云南瑞麗高速公路貴州境內畢節至都格段是國家高速公路網第12橫杭州至瑞麗高速公路在貴州境的重要組成部分，同時也是貴州省高速公路的重要組成部分，它貫通畢節至六盤水全線，并有互通連接織納高速直通貴陽，大大縮短了畢節、六盤水地區與貴陽的行程時間。畢都十標位于六盤水市水城縣董地鄉與老鷹山境內，起止樁號為K161+300～K171+785，預應力錨索井字梁邊坡防護位于K166+140～K166+210段左側邊坡，邊坡共四級：第一級邊坡設計井字梁7個，第二級邊坡設計井字梁6個，第三級邊坡設計井字梁4個，第四級邊坡設計井字梁2個。斷面圖見圖1：

3 工程特點

預應力錨索井字梁是利用錨索的主動拉應力，通過井字梁梁體對坡面的直接壓力使潛在滑坡體穩定的一種主動防護形式，而其他傳統防護是一種被動防護，相比較之下，錨索井字梁防護結構在技術質量方面明顯優于傳統的支護結構，且經濟、美觀，應用前景較廣。

4 使用范圍

本項目預應力錨索井字梁是用于在路基開挖后有潛在滑動面的坡面，土質為濕黏土，另外其還可適用于開挖后坡面為順層、土石相間、巖層破碎等的坡面。

5 工藝原理

錨索井字梁加固法原理：邊坡開挖破壞了山體原先的靜態平衡，潛在的滑坡體在自重和外界環境的影響下可能會出現滑動，錨索井字梁的作用就是在潛在滑坡體面施加一個主動錨索拉力，使整個坡面處于一種新的靜力平衡，從而穩定坡體。

5.1 錨索

錨索的作用原理可以簡單地理解為螺栓作用，整條錨索就相當于螺桿，工作錨具就相當于螺帽，錨索的錨固段就相當于螺栓的螺絲段（受力段），扳手對螺帽的擰緊力就相當于張拉力，它們的作用效果就是利用拉應力緊緊地把兩件受力體錨固在一起。錨索的拉力通過鋼絞線傳給錨固砂漿，利用砂漿和孔壁的摩擦力把拉應力傳給孔壁和山體，從而把井字梁緊緊地拉貼在巖面上，達到主動防護的效果。

5.2 井字梁

井字梁的受力一般按縱梁和橫梁之間為鉸支連接的假設，縱橫梁分開單獨計算。張拉階段，梁體主要受錨索的主動壓力和土體的被動壓力，穩定階段主要受滑坡體的主動壓力；張拉階段錨索拉力沿著張拉點向梁體，梁體向四周土體分布，分布的應力和土體的滑動力在土體壓縮穩定后達到平衡，邊坡穩定。索的錨固力直接改變了滑面上的應力狀態和滑動穩定條件。

6 施工工藝及重點工序

6.1 預應力錨索施工工藝流程

預應力錨索井字梁施工有四道主要工序：（1）錨索鉆孔；（2）井字梁澆筑；（3）錨索張拉；（4）錨孔注漿。預應力錨索井字梁施工工藝流程圖如圖4所示：

6.2 操作要點

6.2.1 鉆孔：

第一，錨孔測放。錨孔鉆進前要檢查坡面是否穩定，有無危石、松土，確保安全后再開工。根據實際開挖坡面情況和設計上各個錨孔的間距、井字梁的梁體間距進行錨孔布點，在用卷尺量測好距離后注上標記。局部坡面不便施工的可在設計同意后小范圍調整錨孔位置。

第二，鉆孔設備。為了保證鉆孔質量和鉆孔效率，一般采用潛孔沖擊式鉆機。鉆桿長度一般1米或1.5米，根據錨孔深度施打錨桿的根數。

第三，鉆機就位錨孔鉆進施工。鉆機平臺必須牢靠，鉆頭直徑、鉆進角度均要符合設計要求，質檢員要對此項工作做仔細檢查與要求。

第四，鉆進方式。鉆孔要求風動鉆進，禁止水沖鉆進，防止水毀壞危險山體和保證孔壁的黏結性能。鉆孔速度根據使用鉆機性能和錨固地層嚴格控制，防止鉆孔扭曲和變徑。

第五，鉆進過程。鉆進過程中，技術人員必須做好鉆孔記錄，對出現的溶洞、涌水等不良地質現象及時向技術負責人報告，檢查錨固深度是否達到設計要求，并留好渣樣。

第六，孔徑孔深。錨孔的孔徑不能小于設計值，孔深一般大于設計值20厘米，錨固長度不足的申請變更加深直至達到錨固長度。

6.2.2 錨孔清理。在鉆孔完成后，用空壓機將孔內巖粉和積水全部清除出孔外，保證孔內清潔干燥。當孔內冒水較大時，必須采用壓漿的方式堵水，然后重新鉆孔。

6.2.3 錨孔檢驗。當工程師對錨孔直徑、深度、傾斜角進行檢查合格后才能穿索，這些指標均應符合設計和規范的要求。

6.2.4 錨索體制作及安裝。錨索的設計長度是從鉆孔孔口到孔底的長度，因此鋼絞線下料長度除了錨索設計受力長度，還應包括千斤頂長度、錨頭高度、工作錨和工具錨的厚度等。鋼絞線每隔1～1.5米設置擴張環和緊箍環，保證錨索體保護層厚度和砂漿對鋼絞線的包裹；錨索安裝前要對鋼絞線進行編號，保證鋼絞線順直、不交叉，并保持鋼絞線的清潔；安裝時必須使錨索插到孔底，保證錨索的錨固長度。

6.2.5 錨固注漿。本項目注漿采用M35水泥砂漿，砂漿的配合比應該經過試驗室試驗比選，選擇合適的配合比。注漿壓力在1.0MPa左右，當孔內漿液初凝后應及時進行二次注漿以保證注漿飽滿。

6.2.6 錨索井字梁的制作及施工。為了確保鋼絞線與梁體初支受壓，梁體上的預埋鋼板必須按照設計傾角預埋。井字梁為鋼筋混凝土結構，混凝土設計標號為C30，澆筑前必須將錨具中的螺旋鋼筋、錨墊板固定在井字梁鋼筋上。

6.2.7 錨索張拉及鎖定、封錨?？變儒^固段的砂漿和井字梁砼強度達到設計強度的70%后才能張拉錨索，張拉的千斤頂和油泵必須事先標定，使用配套產品。錨索張拉應逐級張拉，張拉值要達到總張拉力的110%，張拉過程中，現場技術人員應做好張拉力和張拉伸長量的記錄，并計算實際伸長值和理論伸長值的誤差。本項目張拉分為6級，各級張拉力分別為設計張拉力的25%倍數遞增，每級張拉間隔2～5分鐘，最后一級間隔30分鐘。

6.3 質量標準

（1）錨索井字梁的鋼筋、混凝土、鋼絞線等原材料必須符合設計、規范要求，不能使用偽劣產品；（2）錨位點的間距必須符合設計要求，各方向容許誤差為10毫米；（3）腳手架的搭設必須牢固、穩定，各種扣件、螺栓必須經質檢工程師檢查復核；（4）鉆機的傾角誤差不超過、方位角誤差不超過；（5）錨索孔徑容許誤差為毫米；（6）錨孔清孔要做到孔底無沉渣、巖灰和積水；（7）錨索的每一束綱絞線的擴張環和緊箍環必須按照設計安裝，鋼絞線均勻排列、平直、不交叉并保持表面清潔；（8）錨索的下料長度要根據鉆孔的實際深度來確定，其容許誤差為±2厘米，同時要對錨索和錨孔進行編號，保證對號入座；（9）錨固段注漿時，水泥選用普通硅酸鹽水泥，標號不能低于425，注漿的水泥砂漿強度必須達到設計要求，砂漿中可加適當量的膨脹劑，提高錨固質量。

6.4 施工中常見問題的預防及處理

對于塌孔、卡鉆的處理：鉆孔的過程中，遇見松散的巖層或是回填土時，可能會出現塌孔，塌孔的標志是吹出的渣樣為原狀塊石、土樣（非鉆頭撞擊、磨碎的粉末），這時應該停止鉆進，拔出鉆具后對錨孔進行注漿，24小時后再繼續鉆進，如此循環直到穿越塌孔地層?？ㄣ@后應該適當加大電壓鉆進，拔出鉆頭后對錨孔進行注漿，漿液凝固后再重新鉆進。

7 材料與設備

錨索體一束由7根Φ15.2鋼絞線組成。錨索材料選用高強度、低松弛預應力鋼絞線，其抗拉強度標準值fpk=1860MPa，彈性模量Ep=1.95×105MPa，松弛率0.035，松弛系數0.3；錨具采用0VM15型。錨索單梁采用HPB235及HRB335級鋼筋，漿液采用M35的水泥砂漿，井字架采用C30鋼筋混凝土。

由于施工地點均較偏僻，交通不便，故要求設備的備件和備用品必須充分。根據現場情況選購的主要施工機具設備有：

第一，移動式鉆孔設備：（1）BH-12/7空壓機；（2）儲氣罐；（3）QZJ-100B潛孔式沖擊鉆機；（4）腳手架；（5）YCM-100-150型千斤頂；（6）YB4/500油泵。

第二，注漿設備：（1）100/15隔膜式單缸單作用往復泵或LB400×2螺桿泵注漿機；（2）400型砂輪切割機；（3）砂漿攪拌機；（4）電焊機；（5）正經過標定后的混凝土拌合設備。

8 安全措施

施工前要對參與預應力錨索框架梁的施工人員進行安全教育及安全技術交底：（1）對進場的材料鋼絞線、錨具、水泥、鋼筋等進行試驗，不合格的產品不得使用；（2）上崗前要做好安全檢查工作，執行領導帶班制度；（3）對開挖的路基邊坡進行修整使其符合設計坡面，并清除危石、松散土，使各種機械、機具處于安全狀態時才可進行施工；電氣設備應專人操作，實行一機一閘，電線使用三相五線制；（4）高空作業的工人必須系安全帶和戴防滑手套，臨邊作業還應搭設安全扶手；（5）風動鉆機管路必須連接牢固，避免飛出傷人；（6）張拉錨索時，錨索后面禁止站人，防止鋼絞線飛出傷人；（7）邊坡加固工程鉆孔通常是在腳手架上作業的，邊坡較高時應針對支架進行驗算，保證支架的整體穩定性。

9 效益分析

本工藝在畢都高速公路畢都十標路塹邊坡加固施工中取得了良好效果，其具有施工簡便、防護質量可靠、進度快、結構新穎、造價低等優點，能取得可觀的經濟效益和社會效益。

參考文獻

[1] 杭瑞高速畢節至都格公路BD-T10合同段兩階段施工圖設計[S].

[2] 預應力混凝土用鋼絞線（GB 5224）[S].

作者簡介：唐云（1988-），男，中交一公局第四工程建設有限公司助理工程師。

（責任編輯：蔣建華）