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      公路施工中高邊坡預(yù)應(yīng)力錨索施工技術(shù)的研究

      2022-06-08 01:41:52
      關(guān)鍵詞:鋼絞線張拉錨索

      章 亮

      (桐城市交通運(yùn)輸局,安徽 安慶 231400)

      0 前言

      實(shí)踐證明,公路施工區(qū)域若存在山谷或丘陵,通常需要采用邊坡支護(hù)技術(shù),一旦出現(xiàn)支護(hù)不當(dāng)?shù)那闆r,極易導(dǎo)致崩塌或類似的情況。鑒于此,各施工單位應(yīng)加強(qiáng)對(duì)預(yù)應(yīng)力錨索進(jìn)行研究,準(zhǔn)確掌握技術(shù)使用要求及重難點(diǎn),充分發(fā)揮錨索施工所具有優(yōu)勢(shì)。

      1 項(xiàng)目概況

      該地區(qū)計(jì)劃在山腰處修建公路,項(xiàng)目難度高且跨度大。經(jīng)專業(yè)人員測(cè)量,現(xiàn)場(chǎng)路塹邊坡實(shí)際高度為50m 左右,為保證該項(xiàng)目順利完工,施工方?jīng)Q定每隔10m 增設(shè)相應(yīng)的平臺(tái)結(jié)構(gòu),同時(shí)使用壓力分散錨索為高邊坡提供全面防護(hù)。分別在4 級(jí)和5 級(jí)坡面對(duì)錨索框架進(jìn)行設(shè)置,綜合考慮多方因素后,最終決定采用直徑為15mm、強(qiáng)度是1850MPa 的錨索。

      2 預(yù)應(yīng)力錨索的介紹

      作為新型支護(hù)結(jié)構(gòu),先采用鉆孔的方式,使預(yù)應(yīng)力錨索一端進(jìn)入錨固對(duì)象的結(jié)構(gòu)面或是軟弱巖層,再通過灌漿、張拉自由段錨固結(jié)構(gòu)面或是巖層,隨著錨固對(duì)象、錨索得到結(jié)合,將形成可靠性、穩(wěn)定性理想的全新復(fù)合體。該結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)受拉體為鋼絞線,待張拉環(huán)節(jié)告一段落,由施工人員通過施加應(yīng)力場(chǎng)的方式,對(duì)位移進(jìn)行限制。事實(shí)證明,該技術(shù)具有效果理想、成本低的優(yōu)點(diǎn),其廣泛應(yīng)用于工程施工中。

      將該技術(shù)用于公路施工,其優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面,一是確保施工過程安全且可靠。利用常規(guī)技術(shù)進(jìn)行高邊坡施工,通常難以保證項(xiàng)目不存在質(zhì)量問題或安全隱患,而對(duì)預(yù)應(yīng)力錨索加以運(yùn)用,既能夠?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)環(huán)境提供保護(hù),又可以保障施工安全。二是使施工難度得到降低。預(yù)應(yīng)力錨索往往搭配全風(fēng)動(dòng)鉆機(jī)等先進(jìn)設(shè)備加以使用,能夠做到以實(shí)際坡度為依據(jù),及時(shí)調(diào)整鉆孔方位與角度,隨著高邊坡所存在不穩(wěn)定巖層得到固定,項(xiàng)目施工速度及整體效果自然更加理想。

      3 項(xiàng)目中預(yù)應(yīng)力錨索的應(yīng)用

      3.1 確定錨索荷載

      使用預(yù)應(yīng)力錨索以前,首先要通過試驗(yàn)檢測(cè)其性能,確保錨索參數(shù)及質(zhì)量均能夠達(dá)到項(xiàng)目要求。前期準(zhǔn)備階段,最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)是檢驗(yàn)其抗拉強(qiáng)度,根據(jù)測(cè)試結(jié)果調(diào)整錨索各項(xiàng)參數(shù),保證其各方面性能均符合公路建設(shè)標(biāo)準(zhǔn),同時(shí)向設(shè)計(jì)單位提交檢測(cè)所得數(shù)據(jù)。要想使該環(huán)節(jié)發(fā)揮出應(yīng)有作用,就需要確定初始荷載、特征荷載,試驗(yàn)方法如下:將巖土體性質(zhì)設(shè)為剛體,在錨固力達(dá)到最大值前,內(nèi)錨段各接觸界面位置固定,同時(shí)自由段不存在粘結(jié)應(yīng)力,此時(shí),荷載位移所發(fā)生變化如圖1 所示。

      圖1 荷載位移理想變化

      該狀態(tài)下,自由段對(duì)應(yīng)工作應(yīng)力用表示,被錨巖體向外錨段施加反力用表示,應(yīng)力和反力間的關(guān)系如公式(1)所示。

      式中:代表錨索的橫截面積(圖2)。在試驗(yàn)過程中,由相關(guān)人員施加的荷載并對(duì)其進(jìn)行拉拔,同時(shí)保證+=。在取值逐步增加的工況下,將由初始的0 變?yōu)?,由被錨巖體所提供反力為=0,對(duì)應(yīng)拉拔荷載為=(圖3)。位移曲線所出現(xiàn)拐點(diǎn)為工作荷載。隨后,持續(xù)增加取值,自由段應(yīng)力將變?yōu)?,同時(shí)+=,若繼續(xù)進(jìn)行加載,將導(dǎo)致自由段應(yīng)力超過黏結(jié)應(yīng)力的極值。此時(shí),位移曲線將新增拐點(diǎn),其取值為錨索荷載的最大值。

      圖2 錨索初始受力情況

      圖3 錨索拐點(diǎn)受力情況

      在該項(xiàng)目中,相關(guān)人員先對(duì)初始荷載進(jìn)行了加載,隨后通過循環(huán)加載的方式,得出了以下數(shù)據(jù):初始加載量的極值為20kN;首次循環(huán)的加荷為20kN,加載極值為30kN,卸荷同樣為20kN;二次循環(huán)的加荷為20kN,加載極值為40kN,卸荷為30kN;三次循環(huán)的加荷保持不變,加載極值為50kN,對(duì)應(yīng)卸荷為40kN。由此可見,錨索具有較為理想的塑性,可確保安全系數(shù)與項(xiàng)目要求相符。

      3.2 計(jì)算錨索伸長(zhǎng)量

      錨索伸長(zhǎng)量極易被材質(zhì)、地質(zhì)條件和灌漿質(zhì)量所影響,導(dǎo)致理論值與實(shí)際伸長(zhǎng)量不符,但只要將偏差值控制在規(guī)定范圍內(nèi),就能夠發(fā)揮錨索的作用。該文研究的預(yù)應(yīng)力錨索,通過預(yù)應(yīng)力加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性,保證巖土體完整,使結(jié)構(gòu)物整體質(zhì)量達(dá)到預(yù)期,若伸長(zhǎng)量偏差超過規(guī)定范圍,便會(huì)給預(yù)應(yīng)力造成影響,最終影響結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

      綜合考慮可能影響伸長(zhǎng)量的因素,可得出以下公式:首先是若錨索孔道呈直線,可利用下列公式計(jì)算自由段伸長(zhǎng)值,如公式(2)所示。

      其次是將孔壁和鋼絞線間受摩擦影響所形成應(yīng)力損失用替代,若+0.3,可利用公式(3)進(jìn)行計(jì)算。

      式中:代表截面和張拉端間孔道的實(shí)際長(zhǎng)度。代表截面和張拉端間孔道切線對(duì)應(yīng)夾角的總和,其取值通常為0。代表摩擦系數(shù),單位是m,對(duì)公路施工所用無黏結(jié)鋼絞線,其取值往往在0.0035 左右。代表孔壁和鋼絞線所對(duì)應(yīng)摩擦系數(shù),其取值通常為0.09。

      該項(xiàng)目所使用壓力分散錨索對(duì)應(yīng)錨固段位置并不固定,各錨索自由段實(shí)際長(zhǎng)度往往存在明顯差異,與壓力集中錨索、拉力錨索相比,該類錨索更適合通過非同時(shí)張拉,完成張拉還有鎖定的工作。

      考慮降低張拉難度,相關(guān)人員按照自由長(zhǎng)度最長(zhǎng)的單元到自由長(zhǎng)度最短的單元的順序進(jìn)行張拉,待張拉環(huán)節(jié)告一段落,再對(duì)各單元進(jìn)行同時(shí)張拉,通過對(duì)張拉時(shí)間加以調(diào)整的方式,控制各錨索產(chǎn)生的變形量,保證鋼絞線各部分受力大致相同。在實(shí)際施工中,通常需要用到公式(4)。

      式中:Q代表各錨桿承受荷載值,kN。代表荷載最大值,kN。代表錨索個(gè)數(shù)。除此之外,在計(jì)算環(huán)節(jié)還要用公式(5)。

      式中:S代表各錨索實(shí)際變形量,單位是mm。L代表錨索實(shí)際長(zhǎng)度,單位是mm。E代表鋼絞線對(duì)應(yīng)彈性模量,單位是kN/m。A代表鋼絞線橫截面積,單位是mm2。

      Q代表預(yù)計(jì)施加荷載,單位是kN。若的取值為1,則其取值為0,如果的取值>1,則可利用公式(6)進(jìn)行計(jì)算。

      3.3 選擇張拉和動(dòng)力設(shè)備

      作為高邊坡施工所不可缺少的設(shè)備,張拉、動(dòng)力設(shè)備性能往往會(huì)給鉆孔深度、成孔質(zhì)量產(chǎn)生直接影響。鑒于此,相關(guān)人員應(yīng)做到以現(xiàn)場(chǎng)情況和前期所掌握資料為依據(jù),對(duì)設(shè)備進(jìn)行科學(xué)選擇,同時(shí)保證鉆機(jī)耗風(fēng)量不超過12m,由于灌漿需求得到滿足,因此施工效果能夠達(dá)到預(yù)期。

      3.4 鉆孔

      作為錨索施工的重要一環(huán),鉆孔施工的步驟較為繁瑣,包括但不限于定位、鉆進(jìn)以及沖洗,要求相關(guān)人員酌情對(duì)孔位進(jìn)行選擇,保證鉆桿長(zhǎng)度符合錨索設(shè)計(jì)和鉆機(jī)參數(shù),以免在鉆孔過程中出現(xiàn)傾斜或類似問題。隨后,以錨孔布置圖為依據(jù),有序開展鉆孔、清孔作業(yè)。為確保項(xiàng)目質(zhì)量達(dá)到要求,應(yīng)保證錨孔布置合理,并對(duì)綜合尺寸誤差進(jìn)行嚴(yán)格控制。與此同時(shí),此外,還應(yīng)了解地質(zhì)、風(fēng)壓情況,根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況對(duì)鉆機(jī)加以調(diào)整,待鉆孔施工告一段落,盡快清理孔洞內(nèi)部粉末及殘?jiān)?,以免后續(xù)施工受到不必要的影響。如果施工期間發(fā)現(xiàn)項(xiàng)目所在區(qū)域存在特殊地質(zhì),則應(yīng)盡快聯(lián)系設(shè)計(jì)方、監(jiān)理方,視情況擬定相應(yīng)的解決對(duì)策,為邊坡所具有穩(wěn)定性提供保證。根據(jù)土層特性對(duì)施工所用鉆機(jī)進(jìn)行配置,密切關(guān)注鉆進(jìn)速度和整體效果,確保鉆孔尺度與項(xiàng)目要求相符,同時(shí)對(duì)鉆孔傾斜度加以控制,保證傾斜度偏差始終處于允許范圍內(nèi)。此外,施工期間還應(yīng)如實(shí)記錄現(xiàn)場(chǎng)情況,若發(fā)現(xiàn)存在數(shù)據(jù)異常等狀況,需要盡快聯(lián)系有關(guān)部門,根據(jù)專業(yè)人員所給出建議,對(duì)施工方案做出相應(yīng)的調(diào)整。

      在施工過程中,需要重視以下3 點(diǎn):1)保證鉆孔深度、直徑符合項(xiàng)目要求,將實(shí)際深度和設(shè)計(jì)要求存在的差值控制在50cm 左右。然后利用壓縮空氣對(duì)孔內(nèi)進(jìn)行清理,在排出雜質(zhì)的同時(shí)吹干水分,保證結(jié)構(gòu)具備應(yīng)有的穩(wěn)定性、可靠性。2)如果在鉆進(jìn)過程中遇到了湍急的水流,通常需要在流量、水壓下降到規(guī)定數(shù)值后,再對(duì)錨索進(jìn)行安裝。3)鉆進(jìn)期間出現(xiàn)塌孔的情況,則應(yīng)第一時(shí)間停止施工,并對(duì)塌孔區(qū)域進(jìn)行固定,塌孔區(qū)域順利通過檢測(cè),方可重新進(jìn)行施工。

      3.5 制作錨索

      清孔工作告一段落后,就可以著手對(duì)錨索進(jìn)行安裝,相關(guān)人員應(yīng)嚴(yán)格控制鋼絞線長(zhǎng)度,確保其長(zhǎng)度與張拉端長(zhǎng)度、自由段長(zhǎng)度以及錨固段之和相等,同時(shí)控制施工進(jìn)度,保證下料長(zhǎng)度的誤差不超過4cm。鋼絞線除銹可以提高安裝效果,要想使除銹效果達(dá)到預(yù)期,關(guān)鍵是要在除銹后用油脂涂抹鋼絞線表面,同時(shí)使用PR 防護(hù)管。在施工過程中還應(yīng)重視自由段、鋼絞線相交處,利用膠帶對(duì)交匯處進(jìn)行加固,并利用鐵絲對(duì)交匯處進(jìn)行二次加固,以免出現(xiàn)泥沙滲入的情況。

      3.6 組裝錨索

      在對(duì)鋼絞線進(jìn)行組裝時(shí),相關(guān)人員應(yīng)逐一順直鋼絞線,保證對(duì)錨索進(jìn)行編束前,鋼絞線不存在交叉或是扭曲的情況,同時(shí)各股間長(zhǎng)度差不超過50mm。利用專業(yè)設(shè)備切割鋼絞線,切記不能采用電弧,并定期對(duì)設(shè)備進(jìn)行除油、除銹,若發(fā)現(xiàn)設(shè)備存在死彎、銹坑或是機(jī)械損傷的情況,應(yīng)第一時(shí)間割除。待鋼絞線順利通過檢查,就可以根據(jù)設(shè)計(jì)方案提出的要求對(duì)其進(jìn)行編排,每隔2m 布置相應(yīng)的隔離支架,并在相鄰支架間增設(shè)筋骨環(huán),將保護(hù)層整體厚度控制在20mm 左右。這里要注意一點(diǎn),即不得利用鍍鋅材料綁扎錨索編束。視情況在自由段套上相應(yīng)的塑料套管,并密封交叉套管的管口,同時(shí)利用鉛絲對(duì)套管、錨固段進(jìn)行固定。

      3.7 放置錨索

      在放置錨索時(shí),相關(guān)人員應(yīng)重視以下內(nèi)容:一是貫穿硬塑料管,徹底清理孔內(nèi)殘留的巖屑。二是將錨索放入孔內(nèi),對(duì)外留長(zhǎng)度進(jìn)行嚴(yán)格控制。三是考慮到吹孔過程中極易出現(xiàn)碎石掉落的問題,除特殊情況外,均不得在吹孔的同時(shí)放置錨索。要想降低問題發(fā)生概率,關(guān)鍵是要調(diào)整施工步驟,先鉆孔再放置錨索,最后進(jìn)行吹孔。四是錨索的放置效果極易被地下水所影響,鑒于此,相關(guān)人員應(yīng)確保該環(huán)節(jié)鉆桿始終處于勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的狀態(tài),只有水質(zhì)變清后,才能停止對(duì)鉆桿進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)。

      3.8 灌漿

      水泥砂漿具有良好的流動(dòng)性,同時(shí)其內(nèi)部往往摻有大量雜質(zhì),當(dāng)項(xiàng)目進(jìn)行到灌漿環(huán)節(jié),相關(guān)人員密切關(guān)注現(xiàn)場(chǎng)注漿管的情況,以免由于注漿管堵塞,導(dǎo)致砂漿出現(xiàn)離析問題。實(shí)踐所積累經(jīng)驗(yàn)表明,利用純水泥漿進(jìn)行灌注,其效果與其他種類的水泥漿相比更理想。在項(xiàng)目施工過程中,需要重視兩個(gè)方面,一是將間隔時(shí)長(zhǎng)控制在1d 左右;二是以注漿壓力為依據(jù),對(duì)注漿量進(jìn)行實(shí)時(shí)跟進(jìn),在確保澆筑時(shí)間科學(xué)的基礎(chǔ)上,使錨固段得到高效封塞。

      3.9 張拉鎖定并進(jìn)行封錨

      要想保證施工質(zhì)量,需要做到以下5 點(diǎn):其一,確保承壓面平整,錨筋軸線和承壓面的位置關(guān)系為互相垂直。其二,利用千斤頂、錨墊板安裝錨具,確保三者中軸線完全重合,同時(shí)錨頭不存在彎壓或是偏折的情況。若有需要,可酌情安裝鋼墊片,對(duì)三者位置進(jìn)行微調(diào)。其三,按照規(guī)定張拉錨筋,嚴(yán)格控制錨筋張拉給附近孔洞所造成不良影響。其四,張拉環(huán)節(jié)正式開始前,先要對(duì)錨筋進(jìn)行預(yù)張拉,保證預(yù)張拉所用張拉力為設(shè)計(jì)方案所規(guī)定張拉力的20%。其五,在臺(tái)座混凝土、錨固體整體強(qiáng)度均達(dá)到規(guī)定值的基礎(chǔ)上,著手準(zhǔn)備張拉工作。

      3.10 邊坡防護(hù)

      邊坡護(hù)坡的常見方式包括擋土墻、漿砌片石和錨桿噴漿,雖然上述方式均能夠用來穩(wěn)定、加固邊坡,但是灰白色的外觀并不具有觀賞價(jià)值,同時(shí)無法使邊坡植被得到恢復(fù),與當(dāng)今社會(huì)所提倡的美化環(huán)境、保護(hù)生態(tài)不同。對(duì)于風(fēng)化程度強(qiáng)且降雨頻率高的區(qū)域,該方式極易使工程結(jié)構(gòu)出現(xiàn)脫空的情況,進(jìn)而引起滑坡問題。此外,在對(duì)人工邊坡支護(hù)進(jìn)行施工的初期,上述方式往往能夠起到弱化侵蝕、提高坡面穩(wěn)定性的作用,但在混凝土老化、風(fēng)化加重的影響下,防護(hù)效果必然會(huì)隨著結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的降低而減弱,加上該方法均要投入大量的物力及人力資源,現(xiàn)在已不采用。在該背景下,業(yè)內(nèi)人士提出了全新的護(hù)坡方式,即生態(tài)護(hù)坡,這樣做既能夠確保微生物、小動(dòng)物有生存的空間,又可使生物鏈得到恢復(fù),將邊坡施工給環(huán)境所造成影響降至最低。

      邊坡綠化往往需要考慮2 個(gè)方面的內(nèi)容:一是對(duì)美觀環(huán)境進(jìn)行營(yíng)造,二是保證結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,充分利用現(xiàn)有景觀設(shè)計(jì)、護(hù)坡技術(shù),實(shí)現(xiàn)生態(tài)邊坡全覆蓋的目標(biāo)。在該項(xiàng)目中,施工方結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況制定了以下防護(hù)方案:相關(guān)人員出于保證無錨索坡體、錨索加固坡體相統(tǒng)一的考慮,最終決定利用草、灌木進(jìn)行護(hù)坡,其中,草種植在坡面上,灌木種植在馬道上,優(yōu)先選擇生命力強(qiáng)、耐干旱且高度在2m 以下的灌木植物,包括夾竹桃、木槿等。事實(shí)證明,混合種植草和灌木,可使二者所具有優(yōu)勢(shì)得到充分發(fā)揮,延長(zhǎng)護(hù)坡時(shí)間并改善景觀效果。

      4 結(jié)論

      綜上所述,高邊坡施工的步驟煩瑣且難度極大,較易被外界因素所影響,一旦出現(xiàn)操作不合理的情況,便會(huì)引起失穩(wěn)等問題。對(duì)高邊坡進(jìn)行加固時(shí),多數(shù)單位均選擇對(duì)預(yù)應(yīng)力錨索加以使用,要想使錨索優(yōu)勢(shì)得到充分發(fā)揮,關(guān)鍵是要全面了解該技術(shù)的應(yīng)用要點(diǎn)和注意事項(xiàng),視情況選擇適合的設(shè)備并確定施工方案,通過提升高邊坡整體質(zhì)量,為公路事業(yè)持續(xù)發(fā)展助力。

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