预应力锚索在加固高边陡坡中的应用

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1、预应力锚索在加固高陡边坡中的应用摘要：同江至三亚国道主干线福宁高速公路穿越闽东滨海山岭狭谷， 高填、深挖，边坡高陡，地质破碎，石砌圬工支护在施工中变形下滑，采 用预应力锚索加固措施，立竿见影，确保施工顺利进行，减少工程损失， 降低工程总投资。关键词：高边坡加固锚索施工锚索试验应用1、工程概况同江至三亚国道主干线福鼎至宁德高速公路K85+280K85+500右侧 边坡最大高度42m，南临霞浦海湾，北靠小浦公路，属滨海丘陵斜坡地貌 单元，地形陡峻，原地面自然横坡近50，详勘认为该路堑为薄层土覆盖 的岩质路段，从下向上四级边坡设计坡率分别为：1:0.25、1:0.25、1:0.4、 1:0.25，防

2、护型式分别为：浆砌片石护面墙、系统锚杆、挂网喷砼、重力式 挡土墙（亦为小浦线路肩墙）。K85+330K85+470段第四级挡土墙，于2000年4月完成，接续施工 开挖三级以下路基后发现该路段地质条件复杂，差异风化强烈，全至强风 化花岗岩最厚达11.5m,岩层构造裂面发育，岩体破碎。因四级挡土墙背 土体及小浦路路面出现裂缝，且有所发展而停止施工，进行补充工程地质 勘察和简易水文观测后，经专家论证，为不中断小浦公路交通，保留四级 已建成挡土墙，确定维持原设计边坡坡率不变，采用预应力锚索加固方案。2、锚索设计锚索采用15.24mm低松弛钢绞线，标准强度Rby=1860Mpa,公称面 积 140mm2

3、,弹性模量 Ey=1.95x105Mpa。2.1第四级边坡采用KJII预应力锚索框架加固，框架梁紧贴挡墙面，每单元长10m, 布置四孔锚索，锚索为415.24mm钢绞线，锚索间距：4.5x5.0m，上下 排锚索长度分别为：25m、22m,锚固段长度均为10m,设计拉力：400KN, 锁定荷载360KN。2.2第三级边坡采用KJI预应力锚索框架加固，框架每单元长12m,锚索为515.24mm 钢绞线，锚索间距：4.5x6.0m，上下排锚索长度分别为：25m、22m，锚固 段长度均为10m,设计拉力：500KN，锁定荷载370KN。2.3第二级边坡采用KJI预应力锚索框架加固，框架每单元长12m,

4、锚索为515.24mm 钢绞线，锚索间距：4.5x6.0m，上下排锚索长度分别为：16.5m、14.5m, 锚固段长度均为10m,设计拉力：500KN，锁定荷载370KN。2.4第一级边坡采用系统锚杆加固，锚杆用32螺纹钢筋，间距：4.5x4.5m,上下排 长度分别为：12m、10m,设计抗拔力：70KN。3、锚索抗拔试验3.1试验依据3.1.1执行规范：“路堑高边坡防护用预应力锚索补充施工技术规范” （暂定稿） 福建省宁德市福宁高速公路有限公司 等相关规定。重庆交 通科学 设计院3.1.2试验位置K85+450- K85+470路段右侧三级边坡上，岩性为强风化花岗岩（砂包土）。3.1.3试验

5、数量：一组三孔，每孔锚固长度分别为：4m、8m、12m,自由段长度一律为3m。3.1.4锚索组成：采用8 x15.24mm,钢绞线，锚索控制张力为：N=0.75Rb x8x140/1000=1562.4KNy3.1.5锚索抗拔力指标：1000KN，对锚索进行破坏性试验。3.2 造孔、编索、安装、注浆与锚垫块制作。3.2.1造孔：采用QZJ-100B型风动钻机干法钻孔，成孔直径 130mm, 孔深超钻 50cm,孔轴线与水平线夹角：20。3.2.2编索：锚固段每隔75cm设扩张环、紧箍环，端头设导向帽，自 由段钢绞线除防锈油后，逐根套PVC管，端头用防水胶带密封。注浆管置 于锚索中间，管口离导向

6、帽20cm,锚固段与自由段交界处设止浆环，并插 入一根PVC管，用来排气、排浆。3.2.3下索、注浆下索前用高压风吹净孔底土体碎块，5月1日下索、注浆。采用1： 1 水泥砂浆，水灰比0.45，从孔底开始注入，浆液从孔底返回埋住注浆管相 当深度，注浆阻力增大时，逐渐拔出注浆管，待排气管排出浓浆液，停止 注浆，三孔注浆共留三组砂浆试件。3.2.4锚垫块制作锚垫采用C30钢筋混凝土，直接浇注在边坡土体上，断面尺寸为100x 100 x 40cm3 o3.3 试验张拉采用液压穿心式千斤顶，型号：YCD1500,当注浆试件和锚垫混凝土试 件强度 20Mpa时，对1#、2#、3#试验锚索进行首次抗拔试验张

7、拉。3.3.1试验最大荷载P=4 x 140 x 0.75Rb /1000=781.2KNy3.3.2试验加荷方式0 - 0.1P - 0.25P - 0.40P - 0.55P - 0.70P - 0.85P - 1.0P - 1.5P每级持荷稳定时间：5分钟，量测千斤顶活塞行程和锚垫位移，观察 记录锚垫下土体压缩和油表指针变化情况。3.3.3首次张拉情况分析此次锚索抗拔力试验没有设置独立的刚性锚墩，而是将锚垫块直接支 承于试验土层上，土层乃弹塑体，当锚索张力达到土层容许承载力时，土 层被压缩变形，锚垫周边土体松动、碎落、开裂。土体压缩致密，其承载 能力也随着提高，张拉千斤顶油压可持续上升（

8、张拉力升高），直至稳定， 锚垫位移加剧，表明锚垫下土体已达到极限承载力。张拉终止。从而求得 1#、2#、3#锚索锚垫下土层的容许承载力分别为:402.9KN、537.1KN、625KN, 平均值：521.7KN;极限承载力为548.5KN、580.9KN、1464KN，平均值: 846.5KN。锚索是否已被拔动难以判断，须待锚索垫土体稳定36小时后，土体承 载力提高后，进行第二次张拉。3.3.4第二次张拉为了测出锚索的极限抗拔力，必须拔动锚索。决定先对1#试验锚索（锚 固段长4.0m）进行第二次张拉，由于锚垫下土层已被压实，且已稳定36 小时，承载力有所提高，张拉时油压稳定上升，当油压升至34

9、Mpa 相 应张力1066KN，油压急速下降，张拉终止。测得锚垫累计位移52m m,千 斤顶活塞累计行程137mm,锚索锚固段是否失效，经过计算判定。钢绞线（锚索）实际伸长量： Ll=137-52=85mm钢绞线理论伸长值：a、按自由段长3.0m计算： L / =13.3mm0b、按7.0m计算（自由段+锚固段） L =32.8mm85mm0可以判定，锚索已被拔动，其破坏拉力可定为1066KN。锚索极限抗 拔力，从可靠性考虑，按破坏拉力0.65计算。即: Ny=1066 x 0.65/4.0=173KN/m由于受设备能力限制，对锚固段长度为8m、12m的2#、3#锚索不能 进行破坏性试验。2.

10、2.3.5抗拔试验小结在土层中钻孔、注浆固结预应力钢绞线，其抗拔力指标随着土体的力 学性能变化而变化，差异较大。固结力沿钢绞线锚固长度亦非线型分布， 锚固段破坏过程是十分复杂的，现场抗拔试验难以做到定量分析，只能假 定抗拔力按线型分布进行计算，虽定量不够精密，但定性直观可行，指导 施工、验证设计是有积极意义和可靠的。4、锚索施工4.1工程总量四级边坡：锚索64孔，三级、二级边坡锚索各72孔，一级边坡：锚 杆174孔。共计锚索208 孔/4416延米；锚杆124孑孔/1364延米，框架格子 梁：52片，坡面防护：6940m2。4.2施工顺序按设计要求：由上至下，逐级加固，逐级开挖施工。4.3施工

11、工艺(1 )工艺流程(2) 钻孔采用20m3电动空压机集中送风，备用一台17m3油动空压机，三台QZJ-100B型风动钻机，上、下排孔位平行、流水作业。正常情况一台钻机 一天一孔。(3) 编索工艺要求与试验锚索相同，锚固段长度一律10m，只设一根注浆管， 置于锚索中心。每个扩张环外圈用6钢筋制成棱形导向，一处三根。(4) 下索、注浆下索前用检孔器检测孔深、孔径，若检孔器不能顺畅插至孔底，必须 重新吹除孔中钻渣，或用自制掏孔器掏除干洁。锚索采用人力抬运至孔口， 集中人员，先缓慢放入，孔口用短钢管垫高，待入孔几米后，顺势快速送 入，尽量不停顿，依靠锚索重力及惯性下滑，如中间卡住，可稍拔出一点, 再

12、快速推送，直到下至设计深度。下索完备，须尽快注浆，注浆用砂及水 泥均需过筛，除去2.0mm以上粗颗粒，始注浆料要偏稀一些，用纯水泥浆 或加入少许细砂,待注浆顺利后，再加至设计配合比。注浆压力保持在0.4 0.6Mpa,注浆须连续进行，不得停顿，工艺要求同试验锚索，待孔口排出 浓浆时，暂停一会，待浆液回落后再补注或将注浆管移至下一孔，再回头 补浆。(5) 框架梁及锚垫制作一个框架单元锚索注浆完成，即可扎筋、立模浇注框架梁砼和制作锚 垫，锚垫铁件采用工厂配套产品。(6) 初张拉当框架梁和锚垫砼强度均达到设计值80%以上时，即可进行初张拉， 张拉设备同试验锚索，锚具为0VM4型或OVM5型，按钢绞线

13、根数选定。张拉力按设计锁定荷载：KJI索为360KN, KJII索为370KN。张 拉时要求钢绞线夹片锚逐根顶紧并保持在同一平面上，千斤顶贴紧锚夹片 安装，使钢绞线受力均匀。张拉按规范分级加荷，每级持荷5分钟，终级 持荷10分钟，如张力下降须补至设计值，记录每级伸长值和总伸长值。绘 制Q-S曲线，与锚索理论伸长值计算对比，进行分析。（7）张力检测、锚索锁定初初拉后72小时，进行检测张拉，测定初拉力损失，记录钢绞线第二 次伸长值。两次张拉伸长量累计值即为实际伸长值，与理论值差别（6%） 较大时，待查明原因并采取补充措施后，方可锁定。锚索理论伸长值按下 式计算： L 自由.=NL/EAN锁定张力L

14、自由段长度E钢绞线弹模A钢绞线截面积（8）制作封头张拉锁定后如无异常，锚头外留5cm长钢绞线，多余的切除。锚具及 钢垫除锈后除两层防锈漆，用C30砼封头，锚头最小砼保护层大于5cm。5、施工难度及处理措施5.1施工初期正值雨季，四级挡墙基础置于砂包土层，自建成后，一直 处于缓慢下沉状态，施工危险性大。采取墙顶减载，素砼封闭小浦路面裂 缝，土质边沟加浆砌片石等措施截断地表水流，增加变形观测，加快施工 进度，及早张拉锚索解决。5.2地层复杂，土、石混杂，易塌孔，因机械所限无法踉管，钻孔困难， 采取往复钻进，勤提钻勤吹渣，发现异常，即时退钻注浆固结等措施解决。5.3钻孔渗水，稠泥浆糊钻，采用钻杆中注

15、水，稀释泥浆，用高压风吹 除。5.4岩层裂障贯道，注浆渗漏串孔，注浆采取先下后上，左右孔位轮流 重复补浆，确保注浆充盈。5.5钻孔中潜水量大稀释注浆，采取下索后接长注浆管，先注入清水形 成虹吸管排除孔中积水，预拌稠水泥浆待用，待孔内积水排干立即注浆。 若潜水压力较大，补给速度超过注浆速度，尽快拔出锚索，采取压注加速 凝剂水泥浆封闭，重新造孔下索。6、高压风冲击钻之优点及不足补充措施6.1造孔效率高，清孔彻底，孔周土体受地下水侵蚀时间短，注浆质量 好，锚固质量优于泥浆护壁钻孔。6.2钻机轻巧，移动方便，适宜中等孔深，高陡边坡作业，可速战速决， 用于抢险、加固补强工程见效快。6.3复杂地层，土、石混杂地段造孔，可采取低风压，低速钻进，加强 观测，勤提勤吹发现异常，提早、快速退钻，分段预注浆，分段造孔。只 要仔细操作，小心谨慎，完全可避免掉快卡死钻具。6.4钻孔粉尘污染环境，采取加水钻孔或增设吸尘设施解决。6.5边坡石质破碎地段，可于索孔上方20cm左右先钻50小孔，预注 浆固结，将会极大地减少塌孔，且增强土体完整性。7、工程效果锚索技术在福宁高速公路，本路段率先应用加固高陡边坡，取得了显 著效果，其他标段高边坡相继采用。施工初期，时逢雨季， K85+400 K85+470段