福宁高速公路中预应力锚索工程实践

福宁高速公路中预应力锚索工程实践

近年来，预紧悬索的使用越来越多。福建省福鼎至宁德高速公路全线有11处边坡工点采用了锚索加固,锚索长度累计约6万多延米,最大单索长达55m。由于我国公路部门未出台这方面的施工及质量验收的规范,相关部门的规范在路堑边坡上的通用性有限,导致工程建设中难于监控及评价。本文通过对福宁高速公路中预应力锚索工程实践的总结,形成了一套施工技术及质量验收细则。1主承包商建筑工艺要求预应力锚索施工是一项施工难度、技术难度较大的作业,主要施工工序包括钻孔、编索、安装、灌浆、张拉、封锚6大工序。1.1坡面坐标偏差、钻进过程、锚固直径、坡面直径等情况的影响(1)钻机:应当根据锚固地层的类型、钻孔直径、钻孔工地的场地条件等来选取钻孔设备。岩层中应优先选用以压缩空气为动力的潜孔冲击钻机;在岩层破碎或松软等易于塌缩孔地层中宜采用跟套管的钻进技术和旋转钻。(2)钻进方式:采用无水钻进,禁止开水钻。(3)钻孔要求:如发现邻孔干扰,可采用间隔钻孔;孔点坐标不得与设计的坡面坐标偏差:(±(4)钻进过程要求:钻进过程中应对每个孔的地层变化、钻进状态(钻压、钻速)、地下水及一些特殊情况做现场记录(附录)。如遇地层松散、破碎时,应采用跟管钻进技术;如遇塌孔,应立即停钻,进行固壁灌浆处理(灌浆压力0.1～0.2Mpa),待水泥砂浆初凝后,重新扫孔钻进。钻进达到设计深度之后,不能立即停钻,必须在停止进尺的情况下,稳钻1～2min,达到设计的锚固直径。(5)钻孔孔壁:钻孔孔壁可用高压气吹干。若遇锚孔中有承压水流出,待水压、水量变小后方可下锚索与注浆,必要时在周围设置排水孔或采用固结注浆。(6)锚孔检验:钻孔完成后,须经检验合格后,方可进入下道工序。孔径、孔深检查一般采用设计孔径钻头在现场监理旁站下验孔,要求验孔过程中钻头平顺推进,不产生冲击或拌动,退钻要求顺畅,用高压风吹验不存在明显飞溅尘渣及水体现象。同时要求复查锚孔孔位、倾角和方位,全部检验项目合格后,即可认为锚孔检验合格。对于下倾的锚孔,钻孔完成和清理后,应对孔口进行暂时封堵,不让碎屑、杂物进入孔口。1.2锚索的管端布置(1)锚索体的制作锚索制作前应对钻孔实际长度进行测量,并按孔号截取锚索体材料;钢绞线必须采用机械切割,严禁电弧切割,不得采用焊接,不能有锈蚀、损坏。然后将钢绞线在编索平台上拉直,锚索体用防锈剂涂刷防锈层,防锈剂的使用方法及技术要求应符合生产厂家的规定。每根锚索的锚固段长度与设计值的误差不得超过±5cm。自由段长度应充分考虑张拉设备和施工工艺要求,一般预留1～1.5m。(2)安置注浆管注浆管材料应符合设计要求,尺寸适中,并具有足够的强度。对于全段一次注浆,注浆管捆扎在锚索体的中间,其管端距离锚索未端不得超过20cm。对于二次补充注浆,须另置注浆管捆扎在防腐管的外面,随着锚索一起下放到钻孔中,其管端距离自由段未端不得超过20cm。如采用二次高压注浆,则须另置注浆管(主要为补充注浆),捆扎在防腐管的外面,随着锚索一起下放到钻孔中,其管端距离锚索末端不得超过100cm,管底出口处亦用胶布封住,且从管端50cm处开始向上每隔2m左右作出1m长的花管。(3)安置配件配件包括隔离架(架线环)、紧箍环(束线环)、导向帽。所有钢绞线组成的锚索体,在锚固段均应使用隔离架,其间距一般为1.0～1.5m,并捆扎牢靠。紧箍环间距为1.0～1.5m,在锚固段紧箍环与隔离架间隔分布,捆扎牢靠;自由段一般每隔2m设置一道紧箍环,和对中支架错开布置,对中支架的间距一般为1.5～2m。在安装完隔离架、紧箍环之后必须在锚索末端安装导向帽。(4)安装防腐管锚索自由段应选用聚氯乙烯或聚丙烯软塑料管对每一根钢绞线进行防护,套管内所有空间应用油脂充填,其长度应符合设计要求,其内径应比锚索体外径大10mm,以防止张拉时胀裂。若使用工厂生产的带套管的钢绞线(如无粘结钢绞线)时,应将锚固段和锚头长度范围的套管剥去,并用清洗剂将套管内附着在钢绞线上的油脂清洗干净。(5)安置止水环锚固段与自由段连接处,即防腐管的末端必须安置止水环,并缠绕上胶布,缠绕长度不得低于200mm,以防止注浆时浆液进入自由段。1.3锚索的运输和吊装过程注意事项(1)锚索应存放在干燥、清洁的地方,锚索体裸露部分应用浸渍油脂的纸张或塑料布进行防潮处理,不得露天存放,不得受到机械损坏,不得让焊渣、油溅落在锚索体上。锚索应遵循随用随做的原则,对存放时间较长的锚索在使用前要进行严格的检查。(2)锚索的运输与吊装应因地制宜拟定方案,锚索运输应按下列规定执行:水平运输中,各支点间距不得大于2m,锚索弯转半径不宜太小,以不改变锚索结构为限;垂直运输时,除主吊点外,其他吊点应能使锚索快速、安全脱钩;运输、吊装过程中,应细心操作,不得损伤锚索及其防护涂层。(3)锚索安装前应对钻孔重新进行检查,对塌孔、掉块应进行清理或处理;应对锚索体进行详细检查,对损坏的防护层、配件、螺纹应进行修复。推送锚索时用力要均匀一致,应防止在推送过程中损伤锚索配件和防护层;不得使锚索体转动、并不断检查排气管和注浆管,应确保将锚索体推送至预定的深度后排气管和注浆管畅通;推送锚索困难时,应将锚索抽出,对抽出的锚索应仔细进行检查,并对配件安放固定的有效性、防护层的损坏程度、孔的清洁度及排气管和注浆管的状况进行观察,当发现锚索体配件有移动、脱落或锚索上粘附的粉尘和泥土较多时,应加强配件的固定措施并对其他钻孔进行检查,必要时对钻孔重新进行清理。1.4水泥浆体的配制(1)注浆设备注浆设备应根据设计要求采用的注浆材料、注浆方式和注浆压力,并结合实际锚固地层情况,综合确定选用。(2)注浆材料一般为水泥砂浆,浆体强度应符合设计要求。水泥砂浆中水泥应采用42.5R以上普通硅酸盐水泥,砂用中砂,含泥量不大于3%。配制浆体时,各种材料的比例应严格按设计要求掺入并按重量计量;灰浆搅拌必须采用机械强制拌和,注浆浆液应搅拌均匀,随拌随用,浆液应在初凝前用完,并严防石块、杂物混入浆液。(3)注浆过程要求注浆作业开始和中途停止较长时间再作业时,宜用水或稀水泥浆润滑注浆泵及注浆管路。注浆程序和注浆压力应按设计要求进行,如设计无要求可采用以下方法之一:一次性全段注浆、二次补充注浆、二次高压注浆(劈裂注浆)。(4)每次灌浆结束都应稳压15～20min,以使灌浆充分。注浆结束之后,应将注浆管、注浆枪和注浆套管清洗干净。1.5预应力锚索张拉(1)张拉设备张拉设备必须采用专用设备,在张拉作业前,必须将张拉机具设备送有相应资质的计量单位进行标定,并绘制压力表读数与系统出力曲线。不是在同一系统标定的千斤顶和压力表不能相互混用,即使是油管型号或长度的变化也可能会影响张拉系统的精度。为了确保张拉系统能可靠的进行张拉,其额定出力值一般不应小于锚索设计预应力值的1.5倍。张拉系统在正式使用满3个月、经装卸检修、受到强烈碰撞或损害后,都必须经过重新标定才能继续使用。(2)张拉一般要求锚索张拉时采用“双控法”,即采用张拉系统出力与锚索体伸长值来综合控制锚索应力,以控制油表读数为准,用伸长量校核,当实际伸长值与理论值差别(±6%)较大时,应暂停张拉,待查明原因并采取措施后方可进行张拉。(3)张拉程序根据锚索类型及设计要求,可采取整体张拉、先单根预张拉然后整体张拉。常用张拉作业顺序和技术要求如下:①预张拉。采用整体张拉时,正式张拉前必须取0.1～0.2倍设计应力值对锚索体进行1～2次预张拉,确保其各部位紧密接触,索体完全平直;采用先单根预张拉然后整体张拉的方法时,锚索各单元体的预拉应力值应当一致,预加应力总值不宜大于设计预应力的10%,也不宜小于5%。②预应力锚索的张拉宜采用超张拉,超张拉应力值应符合设计要求,一般为设计应力值的1.1倍。预应力锚索的张拉宜分为5～6级进行,考虑到张拉时应力向远端分布的时效性,以及施工的安全性,加载速率不宜太快,并且在达到每一级张拉应力的预定值后,应使张拉设备稳压一定时间,在张拉系统出力值不变时,确信油压表无压力向下漂移后再进行锁定。除最大一级张拉要稳定25～30min外,其余每级持荷稳定时间为5min,并分别记录每级荷载对应的锚索体的伸长量,按附录表格记录。张拉时锚索的受力要均匀,发现异常情况,应分析原因,并及时处理解决。建议采用以下张拉方式:0→0.1P→0.3P→0.5P→0.7P→0.9P→1.1P→锁定(P为设计预应力)③补张拉。张拉完成锁定后72h,应进行补张拉至1.1P再锁定,然后进入观测期,根据观测情况,如没有发现异常情况,可于补张拉后第7d封锚。1.6弧烧割锚索安装锚索最终锁定后,须用机械切割余露锚索,严禁电弧烧割,并应留长5～10cm外露锚索,以防拽滑。待锚索补充段注浆结束之后方可封锚(如有),必须用混凝土把锚头封闭,以防止风化侵蚀。2试验及结果试验为了确定锚索的极限锚固力,验证锚索的各种安全系数、锚固性能、设计参数以及施工工艺的合理性,在与工作锚索相同的地层中进行各种试验,主要包括基本试验(性能试验)和验收试验。对重要工程或设计要求的工程,应埋设仪器进行长期监测。2.1试验结果及分析该试验主要是检查锚索在特定现场条件下的适应性。每段边坡锚索试验的数量不应少于3根。但工作锚索类型和地层条件发生变化时,应对工程中使用的每一种类型的锚索进行补充试验,这时锚索可按照锚索的形式及角度、地层类型、锚索的承载力等分类。试验具体要求如下。(1)试验最大荷载试验最大荷载不应超过锚索强度标值的0.7倍。(2)加荷方式采用循环加荷5次,初始加荷取A·f(3)观测时间每级荷载观测时间为5min;最大一级荷载应保持10min,如果在10min内总位移量超过10mm,应将该级荷载再持续60min,并在15min、20min、25min、30min、45min和60min时分别记录位移量。(4)测读次数在每级加荷等级的观测时间内,测读锚头位移不少于3次。(5)加荷条件在每级加荷等级观测时间内,锚头位移量不大于0.1mm时,方可施加下一级荷载,形成如表1的记录表格。试验完成后应对记录进行分析总结,若发现下述情况之一则锚索破坏:后一级荷载产生的锚头位移增量达到或超过前一级荷载产生位移增量的2倍;锚索位移不收敛;锚头位移超过设计允许位移值。2.2最大荷载作用下锚索受力分析(1)一般要求试验时不用夹片,锚索锁定前作。(2)试验数目每段边坡试验的数量为锚索总根数的5%,且不应少于3根。(3)试验最大荷载最大试验荷载为锚索设计轴向拉力的1.5倍,不应超过锚索的0.75A·f(4)加荷方式采用循环加荷7次,依次为锚索设计轴向拉力的0.10倍、0.25倍、0.50倍、0.75倍、1.0倍、1.20倍、1.50倍,每级荷载观测时间依次为5min、5min、10min、10min、15min、15min、15min。(5)测读次数在每级加荷等级的观测时间内,测读锚头位移不少于3次。(6)最大试验荷载观测15min后,卸荷至锚索设计轴向拉力的0.1倍,量测位移。(7)加荷条件在每级加荷等级观测时间内,锚头位移量不大于0.1mm时,方可施加下一级荷载,形成记录表格,并进行试验结果的整理与分析。(8)锚索验收标准锚索在最大试验荷载(1.5倍设计轴向拉力)作用下,轴应力小于或等于其强度的75%;在最大试验荷载作用下,塑性变形占总变形量的1%以下;在P-S(荷载-位移图)曲线上无转折点,P-S曲线呈直线或平滑的曲线状,且最大试验荷载下锚头位移要达到稳定状态;锚索的总弹性位移超过锚索体自由段长度理论弹性伸长的75%,且小于锚索体自由段长度与1/2锚固体长度之和的理论弹性伸长。2.3锚索的监测和标定(1)预应力锚索工程是长期监控工程,应设置钢弦式应力传感器对锚索进行长期的预应力监测。(2)对用于长期监测的永久性锚索的数量不应少于5根。(3)对于所有的