复杂破碎地质边坡预应力锚索施工技术

【摘要】文章以YK457+930～YK458+160段锚索框架梁施工为例，介绍了复杂破碎地质情况下的锚索施工中成孔、制作、张拉等施工技术要点，特别是破碎地质情况下的套管跟进成孔技术，可为类似破碎地质情况下的钻进成孔提供参考。

【关键词】破碎地质边坡锚索施工技术

中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：

1 工程概况

某山区高速YK457+930～YK458+160段为挖方路基,挖方高度32m，三级边坡形式，坡率1:0.75。山体主要为碎石土，埋深0～1m、粉质粘土,埋深1～3m、板岩，埋深3～15m、千枚岩构造，山体节理、裂隙发育，岩体破碎。边坡设计采用锚索框架梁防护形式，锚索由8Φj15.24高强低松弛1860级钢绞线组成，间距300×400㎝，每根长25m，锚固段为长度12m，锚固在中风化板岩、千枚岩中，框架梁为C30钢筋砼结构，断面尺寸为50×70㎝。因边坡岩体破碎，要求边开挖边防护，开挖一级防护一级。

2 工程特点和难点

2.1 工程特点

岩体节理、裂隙发育，层间有泥化软弱夹层且岩体受结构应力挤压变形，十分破碎，同时线路走向与岩层的走向平行，边坡与岩层的倾向一致，同时边坡的倾角大于岩层的倾角，边坡开挖后容易出现蠕动变形或顺层滑塌的情况。施工中具有开挖难度大、相互干扰大、施工危险、锚索成孔困难等特点。

2.2 工程难点

锚索孔的直径为150㎜，深25m，因边坡岩体破碎，层间有泥化夹层，在施工中经常出现卡钻、塌孔的情况，锚索施工中的成孔十分困难。所以，锚索施工的成孔问题是工程施工中的难点。

3 总体施工方案

为了确保钻进速度和成孔的效率，我们自己设计加工了套管跟进成孔技术，在锚索孔钻进过程中，采用内径Φ140㎜的钢管跟进，钢管与钻头保持10～20㎝的距离，边钻进边推进套管，套管一直跟进到中风化的岩层，成孔穿入钢绞线后将套管抽出，然后进行注浆、框架梁施工、张拉、封锚，完成锚索框架梁的施工。

4 主要施工技术

4.1 主要施工机械的选择

根据现场的边坡地质情况，经过多次试验，最终确定采用QZJ-100B型液压潜孔钻机（耗风量13～15m3/min），钻头直径采用138mm，成孔直径150mm，同时，在钻头的上部加工一个可以伸缩的套环，可以卡住钢套管，在钻机正钻的情况下，钻头和套管同时前进，在钻头反钻的情况下，钻头上部的套环缩回钻头内，不带动套管钻动。钢套管采用内径140mm，外径145mm的钢管加工而成，每节钢套管的长度和钻杆的长度相同，套管之间采用丝扣连接，每次加长钻杆时，同时加长钢套管。套管的拆除采用液压千斤顶和反力架，将反力架置于孔口固定千斤顶，采用30t千斤顶将钢套筒拔出。

4.2 主要工序流程

预应力锚索施工主要工序流程为：准备工作 测量放线 搭设工作平台 钻孔 锚索制作 锚索安装孔内注浆 纵、横框架梁施工 锚索张拉封锚。

4.3 主要工序质量控制

4.3.1 钻孔

钻孔施工前，首先进行测量放线，精确定出每根锚索的位置；其次是搭设操作平台，操作平台的承载能力和稳定性、刚度等符合安全操作规程的要求，准确固定钻机位置，确保钻孔开钻时的纵、横向误差不大于±50mm，钻孔采用风动干钻法施工方法，不能采用水钻法。在表层碎石土、粉质粘土及破碎的千枚岩地段钻孔时，采用钢套管同时跟进的方法施工，钢套管和钻头同时钻进，钻孔速度控制在3～5m/h，每钻进2m时停钻进行清孔，清孔采用气压在0.2～0.4MPa，将孔内的虚土清理完毕后再继续钻进，一直到整体性比较好的山体后可以适当加快钻孔的速度。钻孔的深度必须符合设计要求，同时满足设计的嵌岩深度，确保锚索的锚固长度。钻孔到设计深度且嵌岩深度符合设计要求后即可停钻，采用高压气体清孔。

4.3.2制作、安装锚索

锚索内锚固段采用了胶结式，胶结材料为M30水泥浆，胶结段长度为12m，锚索材料采用由8Φj15.24高强度低松弛预应力钢绞线组成，锚具对应采用OVM15-8型。在锚索制作前，应对孔深进行测量，并按孔号截取锚索材料，锚索材料的下料长度L为：L=Ls+Lm+Ld+a

式中：L—预应力钢绞线的下料长度

Ls—锚索的实际孔深；

Lm—框架梁砼的厚度；

Ld—张拉设备的工作长度；

a—调节长度（张拉设备外的外露长度，边坡平整度影响长度等）

预应力钢绞线必须采用砂轮切割机切断，严禁使用电焊切割，对于钢绞线有死弯、机械损伤者应剔除。锚固段的钢绞线必须进行除锈、除油污等措施。按设计要求对钢绞线进行编束，绑扎架线环和箍线环，架线环间距不大于1m/道，箍线环采用Φ8mm钢筋焊制成内径为4㎝的圆环，钢绞线在其内穿过，间距和架线环相同。自由端钢绞线进行涂抹黄油进行防腐处理后再套上具有一定强度的PVC管，同时，将注浆管安装在锚索的中间位置，注浆管要一直安装到锚索的尾部。为了方便锚索安装，在锚索头上穿圆锥型的钢管作为导向管。

锚索的安装采用吊装法施工，吊点不得少于5处，其中3个吊点位于锚固段内，2个位于自由段内。在锚索入孔前，应采用高压风再一次进行清孔，确保孔内无任何杂物影响锚索的安装。锚索安装时要求严格按照设计倾角和方位平行推进，不得抖动、扭转和窜动，防止中途散束和卡阻。

锚索安装完成后，采用自己加工的反力架和30t千斤顶将钢套管拔出。首先将反力架放置在孔口位置，反力架上的孔和锚索孔口对齐，把千斤顶放到反力架上，将钢套管和千斤顶的伸缩段相连，开动千斤顶，将钢套管拔出。

4.3.3注浆

锚固注浆是锚索施工的一个重要环节，注浆质量的好坏直接影响到锚索的承载能力，是施工中控制的重点。锚索安装完成后，应及时进行注浆，原则上应不超过24小时，注浆采用水灰比为0.42的纯水泥浆，强度不低于设计值，即30MPa。选用UBJ-1.5型活塞式注浆机，并在水泥浆中加入8%的膨胀剂，锚孔注浆必须采取孔底注浆的方法，注浆压力一般控制在0.3～0.5MPa，直至孔口溢浆，注浆完成后，如发现孔口浆液面下沉，应在30min内进行孔底压浆补注浆2～3次，确保孔口浆液充满。对锚固段较差的地层，应采用二次劈裂注浆技术，以提高锚索的锚固效果，提高锚索的承载能力。

4.3.4锚索张拉

待锚孔内的水泥浆强度和框架梁的砼强度都达到设计要求后，方可施加锚索的预应力张拉。张拉用的千斤顶和油表必须配套标定，配套使用，采用张拉力和伸长量双控，张拉力控制位主，伸长量进行校核，实际伸长量与理论伸长量的差别应控制在6%以内，否则应查明原因并采取措施后方可进行张拉作业。安放千斤顶时，要使锚具底座顶面与钻孔轴线垂直，以确保锚索张拉时千斤顶与锚索在同一轴线上，张拉过程分5级进行，分别为设计张拉应力的10%，20%，50%，100%，105%，张拉过程要平缓，千斤顶周围严禁站人，安排专人分别记录每级的钢绞线的外露长度，张拉到100%设计张拉应力时，计算实际伸长量，张拉的实际伸长量L=100%张拉力长度-10%张拉力长度+（20%张拉力长度-10%张拉力长度），将张拉的实际伸长量与理论伸长量进行比较，误差在±6%以内时为合格。考虑到后期锚索的应力损失，将锚索继续张拉到设计张拉应力的105%后进行锚固。

张拉完成后，应采用砂轮切割机将锚具外多余的钢绞线切除，并应在锚具外预留不小于5㎝的长度以防拽滑，最后采用C30砼封锚。

5 监控量测

通过在边坡平台、坡顶布设相应的观测点建立边坡位移监测网，主要集中于边坡加固的结构物，坡体前缘及估计变形可能达到的点，对这些点每一次的观测值与第一次的观测值进行变化比较，绘出时间—位移曲线，通过对曲线的分析判断坡体的变形趋势，为后续的施工提供依据。

6 结束语

该处锚索施工完成后，经过半年的位移观测，没有发现异常情况，平面位移及沉降量均满足设计要求，施工至今2年多以来，经历多次暴雨，边坡防护完好，达到了设计加固的效果。

在锚索施工过程中，由于山体破碎，施工钻孔经常出现塌孔、卡钻的情况，通过采用了钻孔套管跟进技术，大大提高了成孔的效率，加快了施工速度，取得了较好的经济效益和社会效益。

【参考文献】

1、JTG F10—2006 公路路基施工技术规范