预应力锚索框架梁施工工法1 前言 随着近些年我国铁路建设事业的快速发展和路堑高边坡的大量涌现，人工高路堑边坡 加固工艺已不断完善起来，预应力锚索框架梁防护形式,作为一种合理有效的边坡加固措施, 由于其结构比较简单,提供的支护力大,便于施工,与生态环境景观协调性好,所以近几年更是 广泛地用于工程实际中。 本文结合预应力锚索框架梁施工工艺在武广客运专线高边坡路堑 加固的应用,对其进行总结论证，特编写此工法，类似工程可参考借鉴。 2 工法特点 预应力锚索框架梁加固滑坡体,作为一种主动加固方法,能调动坡体自稳能力,改变坡体 的应力状况,且安全稳定、美观轻巧,综合造价及社会经济效益明显,明显优于传统的支护结 构,在边坡治理中有广泛的应用前途。 3 使用范围 预应力锚索框架梁适用于构造发育的岩质路堑边坡、顺层及滑坡地段、软硬质岩互层 路堑高边坡地段等相同地质条件、相同加固机理的预应力锚索框架梁施工作业指导。 4 工艺原理 锚索框架梁加固法原理锚索框架梁作为一种主动加固滑坡体的方法,是通过充分调动岩 体的自身强度,将滑坡体形成的滑坡推力通过锚索框架梁结构体传到滑床内稳定岩层中,从而 改变滑坡体内的应力状态,达到边坡稳定的目的。 锚索框架梁结构体主要由锚索和框架梁两部分组成, 其中锚索提供的巨大锚固力(即锚 固段的极限抗拔力) ，框架梁将预应力锚索提供的锚索张拉力分散到滑坡体岩(土)体中,以 抵抗滑坡体滑坡推力,从而改变滑坡体的应力分布。 4.1 锚索（如图 4-1） 锚索的作用原理可从锚索的受力状态进行分析，如图 4-2 将锚固段的砂浆作为自由体, 在锚固段受力时,拉力(T)首先通过钢绞线周边的砂浆握裹力 传递到砂浆中,然后再通过锚 固段钻孔周边的地层摩阻力传递到锚固的稳定地层中,因此锚索体除自身需要足够的截面积 承受拉力外,还要受以下条件制约： (1)锚固段的砂浆对于钢绞线的握裹力需能承受的极限拉力： (2)锚固段地层对于砂浆的摩擦力需能承受的极限拉力： (3)锚固段地层在最不利的条件下仍能保持整体稳定性。图 4-1 注浆锚索体结构祥图图 4-2 锚固段受力状态4.2 框架梁（如图 4-3） 框架梁的受力一般按纵梁和横梁之间为铰支连接的假设,对纵梁和横梁单独分析,其受力 模式如图 4-4 所示,作用在框架梁上的主要外力为锚索张拉力和梁下岩(土)体的压力,但梁下 岩(土)体的压力在锚索张拉阶段和工作阶段力的性质不同,张拉阶段地基反力主要是由梁主 动压岩(土)体而产生的被动压力；工作状态,由于随着滑坡体的滑移变形,所以地基反力主要 是由梁下滑坡体变形形成主动压力,工作阶段的框架梁按连续梁来计算。预应力锚索穿过边坡滑动面的预应力锚索，外端固定于坡面，另一端锚固在滑动面以图 4-3 锚索框架正视图图 4-4 框架梁受力状况内的稳定岩体中。锚索的预应力使不稳定滑体处于较高围压的三向应力状态，岩体强度和 变形特性比在单轴压力及低围压条件下好得多；结构面处于压紧状态使结构面对岩体变形 的消极影响减弱，显著提高了岩体的整体性；锚索的锚固力直接改变了滑面上的应力状态 和滑动稳定条件。如图 4-5，锚索受力情况图：由图 4-5 可知，由预应力锚索的锚固力所增加的抗滑阻力增量为：tfPtansintancostftntvtPPPP式中：锚索设计拉力值；tP、分别为垂直于滑面方向的分力和沿滑面的分力；tnPtvPtP滑动面倾角；锚索与水平方向的夹角；滑动面的内摩擦角。由上式可知，预应力锚索一方面可直接在滑面上产生抗滑阻力，另一方面可通过增tvP大滑动面上的正应力来增大抗滑摩擦阻力。总之，预应力锚索通过提高边坡岩体的整体性 和增加滑面上抗滑阻力来加固岩体，促使其稳定。 5 施工工艺流程及操作要点 5.1 预应力锚索施工工艺流程 预应力锚索框架梁施工主要有三道工序：钻孔、框架梁施工和张拉注浆。预应力锚索 框架梁施工工艺流程图如图 5-1。 5.2 操作要点(1)钻孔 锚孔测放 根据各工点实际开挖坡面图，按设计间距及尺寸将锚孔位置准确测放在坡面上，孔位 误差不得超过10mm。如遇既有刷方坡面不平顺或特殊困难场地时，需经设计监理单位 认可，在确保坡体稳定和结构安全的前提下，适当放宽定位精度或调整锚孔定位间距。tvPtnPtP图 4-5 锚索受力图示钻孔设备 为提高钻孔的效率和保证钻孔质量，一般采用潜孔冲击式钻机。该钻机所配钻杆是统 一规格，按锚索设计长度将钻孔所需钻杆摆放整齐，钻杆用完，孔深也恰好到位。钻机就位锚孔钻进施工 搭设满足相应承载能力和稳固条件的脚手架，根据坡面上已测放好的孔位，准确安装 固定钻机，并严格进行机位调整，应达到“正、平、稳、固”的要求，确保钻机受力后不摇 摆、不移位。钻机安装好后，应进行全面质量检查，并用测量方法检查钻机方位、倾角、 水平度和开孔钻头落点差，确保锚孔开钻就位纵横误差满足规范要求。 钻进方式 钻孔要求风动钻进，禁止水冲钻进，以确保锚索施工不致于恶化边坡岩体的工程地质 条件和保证孔壁的粘结性能。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。 钻进过程 钻进过程中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 好现场施工记录。钻孔过程中往往会遇到渗水和塌孔，应及时妥善处理。卡钻的情况，必 要时采用套管钻进技术。钻孔过程中还应及时测量孔深和倾斜情况，发现倾斜应及时纠正。 做好岩芯的舍取工作，以求及时了解地质情况。 孔径孔深 钻孔孔径、孔深要求不得小于设计值。为确保锚孔直径，要求实际使用钻头直径不得 小于设计孔径。为确保锚孔深度，要求实际钻孔深度大于设计深度 0.2m 以上。 (2)锚孔清理 钻进达到设计深度后，不能立即停钻，要求稳钻 12 分钟，防止孔底尘灭、达不到设 计孔径。在钻孔完成后，使用高压风（风压 0.20.4MPa）将孔内岩粉和积水全部清除出图 5-1 预应力锚索框架梁施工工艺流程图注浆配合比设计施工准备边坡清理锚孔定位钻 孔清 孔锚索安装注浆张 拉注浆封锚补偿张拉钻机定位钻机选择钻孔记录高压风管钢绞线加工、除锈框架梁浇注锚索制作砼配合比设计基槽开挖支立模板钢筋加工及安装注浆及砼强度达到设计强度的 70%脚手架搭设孔外，以免降低水泥砂浆与孔壁岩体的粘结强度。除相对坚硬完整的岩体外，不得采用高 压水冲洗。若遇锚孔中有承压水流出，待水压、水量变小后方可安放锚索及注浆，必要时 在周围适当部位设置排水孔处理。如果设计要求处理锚孔内部积聚水体，可采用灌浆封堵 二次钻进等方法处理。 (3)锚孔检验 钻孔结束并经监理工程师检验合格后，进行下道工序。孔径、孔深检查一般采用与设 计孔径相同的钻头和标准钻杆在监理旁站的条件下验孔，要求验孔过程中钻头平顺推进， 不产生冲击或抖动，钻具验送长度满足设计锚孔深度，退钻要求顺畅，用高压风吹验不存 明显飞溅尘碴及水体现象。同时要求复查锚孔孔位、倾角和方位，全部锚孔施工分项工作 合格后，即可认为锚孔钻造检验合格。 (4)锚索体制作及安装 安装前，要确保每根钢绞线顺直，不扭不叉，排列均匀，除锈、除油污，对有死弯、 机械损伤及严重锈蚀的剔出。锚索长度是从钻孔孔口算起，因此钢绞线下料长度应为锚索 设计长度、锚头高度、千斤顶长度、工具锚和工作锚的厚度以及张拉操作余量的总和。正 常情况下，钢绞线截断余量取 50mm。钢绞线锚固段沿锚索体轴线方向每 1.01.5m 设置 一架线环，保证锚索体保护层厚度不小于 20mm。锚索自由段要涂强力防腐涂料，锚索束 每隔 1.0 米用细铁丝绑扎，涂刷防锈油，并将单根钢绞线套一根 PVC 塑料防护管，两端 1020cm 范围内注满黄油，外绕工程胶布封闭固定。 安装锚索体前再次认真核对锚孔编号，确认无误后再用高压风吹孔，人工缓缓将锚索 体放入孔内，用钢尺量出孔外露出的钢绞线长度，计算孔内锚索长度（误差控制在 50mm 范围内） ，确保锚固长度。锚索外露段长度必须满足要求。 (5)锚固注浆 注浆采用 M40 水泥砂浆或水泥净浆，经试验比选后确定施工配合比，注浆压力（出浆 口）为 1.01.5MPa，在山下注浆时考虑高程差压力损失(0.130.13)MPa/10m。注浆前浆液 应充分搅拌,现搅现用,注浆时，钢管与注浆管连接使用螺旋接口，保证注浆压力。当孔内浆 液初凝后应及时进行二次注浆以保证注浆饱满，实际注浆量一般要大于理论的注浆量，注 浆采用孔底注浆工艺，以孔口浆液溢出浓浆作为注浆结束的标准。如一次注不满或注浆凝 固后产生收缩，孔口要补充注浆，直至注满为止。注浆结束后，将注浆管、注浆枪和注浆 套管清洗干净。施工过程中，做好注浆记录。 (6)锚索框架梁的制作及施工 锚索框架梁为受压构件，它把锚具的集中荷载传递到岩面。此外，由于一般情况下孔 中岩面不会与锚索轴线垂直，所以锚索框架梁还有调整岩面受力方向的作用。为了使锚索 框架梁边面与锚索轴线垂直，预先将一根外径与钻头直径相同的薄壁钢管和垫板正交焊牢， 浇筑锚索框架梁前将钢管的另一端插入钻孔即可。如图 5-2。图 5-2 框架模板梁体位置、间距、尺寸应严格按设计要求在刷好的坡面上进行测放，然后开挖沟槽。 框架梁采用 C25 钢筋混凝土现场浇筑,浇筑前必须将 0VM15-X 型锚具中的螺旋钢筋、锚垫 板固定在锚梁钢筋上预埋 OVM 锚垫板及预埋孔口 PVC 管。每片框架梁(12m)应整体浇筑, 一次完成,两片梁之间设置 2cm 的伸缩缝,缝内用沥青麻筋填塞。灌注前控制方向与锚孔方 向一致，摆放平整，再同时进行浇灌、振捣，尤其在锚孔周围，应仔细振捣，保证质量。 浇注框架梁砼要自坡脚开始向坡顶浇注，严格控制砼坍落度，以免砼向下流动。锚垫板安 装必须与锚索垂直。 (7)锚索张拉及锁定、封锚 锚孔注浆和框架梁砼强度达到设计强度的 70%时才能张拉，张拉前必须对张拉机具进 行标定，避免出现应力误差；张拉机具必须是配套产品。 锚索张拉应分两次逐级张拉，第一次张拉值为总张拉力的 70%，两次张拉间隔时间不 宜少于 35 天。为减少应力损失，总张拉力应包括超张拉值，自由段为土层时超张拉值宜 为 1525%，自由段为岩层时宜为 1015%。张拉中对锚索伸长值及受力必须作好记录， 并核实实际伸长值与理论伸长值的误差。各级张拉力分别为设计张拉力以 25%倍数递增， 每级间隔 25 分钟，最后一级间隔 30 分钟。 为验证预应力锚索设计，校验其施工工艺及工程质量，指导安全施工，应进行预应力 锚索锚固试验。锚固试验的数量按工作锚索的 3%控制，设计有特殊要求时，可适当增加。 锚固试验的平均拉拨力，不应小于预应力锚索的超张拉力。如果平均拉拨力低于此值时， 应再按 3%的比例补充锚固试验的数量。试验锚索必须在所有框架锚索全面实施前完成， 以便设计人员决定是否进行调整。 5.3 技术要求及质量标准 1、技术要求： 路堑高边坡的施工,是一个破坏山体原有力学平衡又用加固工程重建新的力学平衡的过 程。在施工过程中,施工方法及工艺不当或工程措施未及时实施,可能导致施工中边坡失稳破 坏,所以对预应力锚索框架梁的技术要求及工艺设计也是十分重要的。 (1)由于坡体由松散破碎层覆盖,极易发生崩塌,施工坡顶及坡面锚索前应先封闭坡面松 散破碎层,使其避免受雨水冲刷失稳。采用短锚杆钢筋网喷混凝土进行封闭的施工方法能起 到临时防水和初步稳定坡面的效果,为竖向钢管锚索施工提供临时稳定条件； (2)由于竖向钢管锚索有向下的作用力,在施工坡顶竖向锚索前应完成坡面腰部锚索张拉 施工,达到一定的效果后才能进行坡顶竖向锚索的张拉； (3)做好临时防排水工作，坡顶竖向钢管锚索钻孔施工过程中注意及时排走钻机施工流 出来的水,不能让其在坡顶漫流而影响到坡体的稳定,必要时可设置防水布覆盖。同时要在锚 索施工区外设置临时截水沟以排走坡顶自然水。对开挖后的边坡,按设计上要求应及时作好 坡面防护,防止边坡开挖暴露后在干湿循