预应力锚索框架梁在高边坡中的施工控制

预应力锚索框架梁在高边坡中的施工控制作者：帅政斌（15213171617）【摘要】以预应力锚索框架梁防护用于高边坡防护工程是目前较为普遍使用的方法。结合广陕高速公路LJ10合同段工程实例,详细介绍了运用预应力锚索框架梁对高边坡进行防护的施工方法、技术措施，以及现场质量管理等方面的问题。【关键词】预应力锚索框架梁施工控制1、工程概况K28+140~K28+240段高边坡位于本合同段线路右侧，路线以半山桥形式通过。原山体边坡阻碍楼房沟特大桥的通行，需进行开挖，山体开挖后将形成人工边坡。边坡区原地貌岩性为三迭系下统飞仙关组钙质页岩，斜坡植被发育，自然条件下较稳定。公路施工切坡后，在线路右侧形成岩质边坡，边坡高度最高可达到约45m，坡形为弧形（近直线形）边坡，斜坡结构大体呈逆层结构，但是开挖后节理裂隙较多，岩体较破碎，易产生边坡岩体掉块垮塌和沿节理裂隙的楔形滑塌、小规模崩塌现象。边坡设计为三级，坡率为1∶0.5，第一、二级边坡高度为10m，第三级边坡为开挖后的自然高度。第一级边坡采用框架压力注浆锚杆加固，第二、三级边坡采用预应力锚索框架加固。2、设计思路及作用机理这是为了减少对原状土的挖方数量,保护生态环境而设计的一种特殊挡防结构。预应力锚索框架结构采用对预应力锚索施加的预应力将滑动岩体与稳定岩体紧密连结为一体,增加岩体各层面之间的摩擦力。锚索进入山体与端头连接在一起,山体内部注浆，外部整体框架梁防护，这样在整个边坡内外形成一体，形成了一个巨大的钢骨架结构。2.1框架梁采用C25砼浇筑，框架嵌入坡面25cm，断面尺寸为宽40cmX高30cm。2.2锚索采用4根AS15.24的钢绞线制作，钢绞线强度1860Mpa，用OVM15-4型锚具锁定。锚杆间距采用3.0mX3.0m，方型布置。2.3注浆采用M35水泥砂浆。3、施工准备3.1材料选择要求3.1.1水泥：应选用425＃普通硅酸盐水泥，性能符合现行水泥标准，主要检测其细度、凝结时间、强度。3.1.2砂：检测砂的级配、含泥量、坚固性、有害物质含量。3.1.3骨料：检测碎石的级配、针片颗粒含量、含泥量、强度、压碎值、有害物质含量。3.1.4水：应使用食用水。3.1.5钢筋：检测钢材的抗拉弯性能。3.1.6钢绞线、锚具：检测钢铰线的力学性能，预应力锚具，夹具性能等。严禁使用有机械损伤、电弧烧伤和严重锈蚀的钢绞线。3.2配合比设计3.2.1取消使用泵送剂。泵送剂能显著改善混凝土的流动性和保水性，使混凝土拌和物具有较小的摩擦阻力，基本不产生分层离析现象，水化热较低，能在较长时间内保持良好的泵送性能。取消使用泵送剂后，应注意其和易性、流动性的控制3.2.2水灰比的控制。水灰比是影响混凝土抗渗等级高低的重要因素之一。在满足水泥水化作用的前提下,水灰比与混凝土的抗渗强度等级成反比。当水灰比达到0.65以上时，凝胶的结晶则无法充填孔隙，孔隙开放极易透水；而水灰比过小又会形成施工孔隙。经试验研究水灰比必须控制在0.5-0.6为宜；3.2.3灰砂比的控制。水泥是混凝土凝结硬化生长强度的基本材料，也是凝胶结晶体堵塞孔隙的主要来源，水泥越细比表面积越大，水化越充分，可相应提高抗渗能力；同时，混凝土中水泥用量大，抗渗值高，但会增加用水量。因此，水泥的用量不宜过大，而且灰砂比又会影响水泥石的收缩，故灰砂比固定在1∶1.2～1∶2.5之间；3.2.4灰石比的控制。石子必须过筛分选取，粒径控制在31.5mm之内，因为过大会形成接触孔隙，而且会增大回弹量；过小会因砂浆与石子的变形不一致，致使骨料表面存在水膜蒸发，而形成接触孔。经试验配比控制在水泥∶石子=1∶3～1∶4为宜；经上述分析，我部最终选定的C25砼的配合比是，水泥：砂：小石子：大石子：水=1：2.15：1.91：1.91：0.6。3.3技术准备熟悉设计文件、研究核对设计图纸。参与施工的工程技术人员充分地了解和掌握设计意图、结构和构造特点以及技术质量要求，能够按照设计要求顺利地进行施工。向施工队各工班做技术交底，根据设计文件、技术规范等，由技术人员向施工人员交清施工工艺、操作程序、作业标准、质量标准等，并对施工人员进行岗前培训，使施工人员做到心中有数。3.4材料运输高边坡高度大，坡度陡，给材料运输带来较大困难。使用挖掘机修“Z”字型便道，车辆无法到达目的地；使用塔吊运输，成本太大。利用“缆车”原理，使用滑轮组进行材料运输，见图。3.4.1卷扬机、定滑轮、动滑轮应保持在同一平面内。3.4.2桶应具有一定重量，保证动滑轮平衡。3.4.3由于坡度和场地原因，运输平面内可能造成搭设的脚手架挡道，应进行合理调整和拆除。4、施工方法及技术措施4.1总体施工方法高边坡施工要求边开挖边支护，即开挖一级，防护一级，不得一次开挖到底。施工工序是：开挖爆破→脚手架搭设→钻孔→穿锚索→注浆→修整坡面→框架梁施工→张拉和锁定→封锚。4.2开挖爆破4.2.1由于高边坡呈倒“V”字型，最上层作业平台十分狭小，无法使用挖掘机，只能使用人工清渣。为减轻人工清渣量，第一次爆破作业选择爆破深度为1米，爆破后由人工清渣，扩大作业平台，直至能由挖掘机清渣时，爆破深度变为3米。开挖爆破尽量避开雨季施工，测量定位，放出开挖线，明确开挖范围，判定地质状况，采用浅孔弱松动光面爆破。炮眼直径d=5cm，最小抵抗线W取值为21.5d=1.1m，炮眼间距取a=150cm，有效炮眼深度H=3m，炮孔堵塞长度Ld=20d=1m。光面爆破单位体积耗药量q1=0.2kg/m3~0.3kg/m3，每个炮孔装药量Q=q1×a×W×H(kg)，约为1kg左右。山坡上爆破飞石距离的计算,采用常用的经验公式:R=20Kn2w=20×1.5×0.752×1.1=19m式中:K—安全系数,与地形、风向等有关,取1.5n—爆破作用指数,松动爆破时取n=0.75w—抵抗线,取w=21.1m根据现场实际情况，爆破区离最近的民房约为80m，离二专线约100m，爆破区离爆破飞石在控制范围内。4.2.2布孔完成后，应认真进行校核，实际的最小抵抗线应与设计的最小抵抗线基本相符。在钻孔过程中，应严格控制钻孔的方向、角度和深度，倾斜度应平行于设计坡面。孔眼钻进时，应留意地质的变化情况，做好记录，遇到夹层或与地质有明显差异时，应及时处理，调整孔位及孔网参数。为确保能完全起爆，起爆体应置于炮孔底部并反向装药。装药结构采用不耦合间隔装药法。严格按爆破规程设置警戒，按爆破顺序进行爆破。4.3搭设脚手架4.3.1先观察边坡稳定情况，确定安全后再搭设脚手架。边坡脚手架应斜向顺坡，立杆与坡面平行，小横杆与坡面垂直。钢管支架立柱应置于坚硬稳定的岩石上，不得置于浮渣上。若地基承载力较差，应木板垫底。4.3.2由于锚索间距采用3.0mX3.0m，方型布置，为了便于锚索定位和钻孔，经承载力和稳定性验算，采用以下搭设方法：搭设尺寸为：立杆的纵距为1.5米，立杆的横距为1.5米，立杆的步距为1.5米；计算的脚手架为双排脚手架搭设高度为20米，立杆采用单立管；内排架距离边坡0.2米；小横杆在上，搭接在大横杆上的小横杆根数为4；采用的钢管类型为Φ48×3.0；横杆与立杆连接方式为单扣件；扣件抗滑承载力系数为0.90。4.3.3搭设管扣要牢固和稳定，钢架与壁面之间必须楔紧，相邻钢架连接牢靠。应使用木板搭设作业平台，木板应捆绑在脚手架上，避免出现翘头板。4.4钻孔4.4.1钻孔机具的选择，根据锚固地层的类别、锚孔孔径（A130mm）、锚孔深度、以及施工场地条件等来选择钻孔设备。岩层中采用潜孔冲击成孔；在岩层破碎或松软饱水等易于塌缩孔和卡钻埋钻的地层中采用跟管钻进技术。4.4.2钻孔为斜孔，下倾角20°。故脚手架横杆平面应垂直于坡面，钻机应牢固地固定在脚手架上。4.4.3钻孔速度根据使用钻机性能和锚固地层严格控制，防止钻孔扭曲和变径，造成下锚困难或其它意外事故。4.4.4如遇塌孔缩孔等不良钻进现象时，须立即停钻，及时进行固壁灌浆处理（灌浆压力0.1～0.2MPa），待水泥砂浆初凝后，重新扫孔钻进。4.4.5钻进达到设计深度后，不能立即停钻，要求稳钻1～2分钟，防止孔底沉渣、达不到设计孔径。4.4.6对于较为破碎的岩层钻孔完成后，避免发生塌孔，应采用φ120的pvc管套孔。4.5锚索制作及安装4.5.1锚索采用4根AS15.24的钢绞线制作，钢绞线强度1860Mpa，用OVM15-4型锚具锁定。4.5.2锚索制作时，其长度应增加1m的张拉段。钢绞线下料完成后，锚固段内采用收缩（扩张）定位环，间距75cm，自由段内设一般定位器，定位支座形式可根据现场修改，但应保证锚索钢绞线在孔中居中，同时还应保证不影响灌浆和水泥浆固结。4.5.3锚索锚固段要求涂强力防腐涂料，自由段套φ20的PVC管，套管长度范围内用黄油充填，外绕工程胶布固定。4.6注浆4.6.1注浆采用M35水泥砂浆从下至上一次性灌注，应灌压密实，不能出现空洞现象。4.6.2注浆采用孔底注浆法，注浆压力0.6~0.8Mpa，随砂浆的注入缓慢匀速拔出。砂浆灌注必须饱满密实，注浆完毕，水泥砂浆凝固收缩后，孔口应进行补充注浆。4.7坡面整修4.7.1由于岩石边坡破碎松散且不平整，故须将松散的浮石和岩渣清除干净。4.7.2对较大的空洞，用石块和砂浆补砌平整；对较大的裂缝进行灌浆或勾缝处理，在边坡松散空洞处和坡脚处设置一定数量的泄水孔。4.8框架梁施工4.8.1如锚索与竖梁箍筋相干扰，可局部调整箍筋的间距。4.8.2应注意节点处钢筋的绑扎和保护层厚度。4.8.3利用标高控制框架梁的斜度，使其上下面与山体坡面垂直；4.8.4砼浇注，尤其在锚孔周围，钢筋较密集，节点为六棱块，两上角呈反坡，一定要仔细振捣，保证质量。4.8.5框架分片施工，同一台阶上的一竖排节点为一施工单元。4.8.6按要求预留施工缝：a预留在剪力和弯矩较小处，则为三分之一处、b垂直预留、c凿毛，用水冲洗。4.8.7每10~15m留置2cm宽伸缩缝一道，用沥青麻絮填塞。4.9张拉和锁定4.9.1锚索张拉应待砂浆强度达到设计强度的70%后方可进行。4.9.2张拉采用配套的YCW100B型穿心式千斤顶，采用整体张拉的施工方法。4.9.3若测定的预应力损失值超过设计张拉力的10%时，应进行补偿张拉。补偿张拉后，从锚具量起，留出长5～10cm钢绞线，其余部分截去，须用机械切割，严禁电弧烧割。4.9.4锚固后通过锚垫板上的注浆孔补充注浆，注满锚垫板及锚头各部分空隙，然后对锚头涂以防腐剂，做好防腐蚀处理，最后采用C25混凝土进行封锚，防止锈蚀和兼顾美观。5结束语5.1预应力锚索框架梁可提高高陡边坡岩土的结构强度和抗变形刚度，增强边坡的整体稳走性。5.2应根据边坡地质现状，合理选择爆破方案和爆破参数。5.3合理选择施工程序、工艺和技术措施是保证预应力锚索框架梁施工质量的关键。参考文献：《公路路基施工技术规范》JTGF10-2006《公路工程技术标准》JTGB01-2003《公路工程施工安全技术规程》JTJ076-95《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》JGJ130－2001《爆破安全规程》GB6722-86《设计文件》《2007年最新公路工程安全生产质量达标标准与施工质量检验评定标准规范及国家强制性条文》