预应力锚索在加固高边陡坡中的应用Word文档下载推荐.docx
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采用KJII预应力锚索框架加固,框架梁紧贴挡墙面,每单元长10m,布置四孔锚索,锚索为4Φ15.24mm钢绞线,锚索间距:
4.5×
5.0m,上下排锚索长度分别为:
25m、22m,锚固段长度均为10m,设计拉力:
400KN,锁定荷载360KN。
2.2第三级边坡
采用KJI预应力锚索框架加固,框架每单元长12m,锚索为5Φ15.24mm钢绞线,锚索间距:
6.0m,上下排锚索长度分别为:
500KN,锁定荷载370KN。
2.3第二级边坡
16.5m、14.5m,锚固段长度均为10m,设计拉力:
2.4第一级边坡
采用系统锚杆加固,锚杆用Φ32螺纹钢筋,间距:
4.5m,上下排长度分别为:
12m、10m,设计抗拔力:
70KN。
3、锚索抗拔试验
3.1试验依据
3.1.1执行规范:
“路堑高边坡防护用预应力锚索补充施工技术规范”(暂定稿)〔福建省宁德市福宁高速公路有限公司重庆交通科学设计院〕等相关规定。
3.1.2试验位置
K85+450~K85+470路段右侧三级边坡上,岩性为强风化花岗岩(砂包土)。
3.1.3试验数量:
一组——三孔,每孔锚固长度分别为:
4m、8m、12m,自由段长度一律为3m。
3.1.4锚索组成:
采用8×
Φ15.24mm,钢绞线,锚索控制张力为:
N=0.75Rby×
8×
140/1000=1562.4KN
3.1.5锚索抗拔力指标:
1000KN,对锚索进行破坏性试验。
3.2造孔、编索、安装、注浆与锚垫块制作。
3.2.1造孔:
采用QZJ-100B型风动钻机干法钻孔,成孔直径≥130mm,孔深超钻≥50cm,孔轴线与水平线夹角:
20°
。
3.2.2编索:
锚固段每隔75cm设扩张环、紧箍环,端头设导向帽,自由段钢绞线除防锈油后,逐根套PVC管,端头用防水胶带密封。
注浆管置于锚索中间,管口离导向帽20cm,锚固段与自由段交界处设止浆环,并插入一根PVC管,用来排气、排浆。
3.2.3下索、注浆
下索前用高压风吹净孔底土体碎块,5月1日下索、注浆。
采用1:
1水泥砂浆,水灰比0.45,从孔底开始注入,浆液从孔底返回埋住注浆管相当深度,注浆阻力增大时,逐渐拔出注浆管,待排气管排出浓浆液,停止注浆,三孔注浆共留三组砂浆试件。
3.2.4锚垫块制作
锚垫采用C30钢筋混凝土,直接浇注在边坡土体上,断面尺寸为100×
100×
40cm3。
3.3试验张拉
采用液压穿心式千斤顶,型号:
YCD1500,当注浆试件和锚垫混凝土试件强度≥20Mpa时,对1#、2#、3#试验锚索进行首次抗拔试验张拉。
3.3.1试验最大荷载
P=4×
140×
0.75Rby/1000=781.2KN
3.3.2试验加荷方式
0→0.1P→0.25P→0.40P→0.55P→0.70P→0.85P→1.0P→1.5P
每级持荷稳定时间:
5分钟,量测千斤顶活塞行程和锚垫位移,观察记录锚垫下土体压缩和油表指针变化情况。
3.3.3首次张拉情况分析
此次锚索抗拔力试验没有设置独立的刚性锚墩,而是将锚垫块直接支承于试验土层上,土层乃弹塑体,当锚索张力达到土层容许承载力时,土层被压缩变形,锚垫周边土体松动、碎落、开裂。
土体压缩致密,其承载能力也随着提高,张拉千斤顶油压可持续上升(张拉力升高),直至稳定,锚垫位移加剧,表明锚垫下土体已达到极限承载力。
张拉终止。
从而求得1#、2#、3#锚索锚垫下土层的容许承载力分别为:
402.9KN、537.1KN、625KN,平均值:
521.7KN;
极限承载力为548.5KN、580.9KN、1464KN,平均值:
846.5KN。
锚索是否已被拔动难以判断,须待锚索垫土体稳定36小时后,土体承载力提高后,进行第二次张拉。
3.3.4第二次张拉
为了测出锚索的极限抗拔力,必须拔动锚索。
决定先对1#试验锚索(锚固段长4.0m)进行第二次张拉,由于锚垫下土层已被压实,且已稳定36小时,承载力有所提高,张拉时油压稳定上升,当油压升至34Mpa——相应张力1066KN,油压急速下降,张拉终止。
测得锚垫累计位移52mm,千斤顶活塞累计行程137mm,锚索锚固段是否失效,经过计算判定。
钢绞线(锚索)实际伸长量:
△L1=137-52=85mm
钢绞线理论伸长值:
a、按自由段长3.0m计算:
△L0′=13.3mm
b、按7.0m计算(自由段+锚固段)
△L0″=32.8mm<
85mm
可以判定,锚索已被拔动,其破坏拉力可定为1066KN。
锚索极限抗拔力,从可靠性考虑,按破坏拉力0.65计算。
即:
Ny=1066×
0.65/4.0=173KN/m
由于受设备能力限制,对锚固段长度为8m、12m的2#、3#锚索不能进行破坏性试验。
2.2.3.5抗拔试验小结
在土层中钻孔、注浆固结预应力钢绞线,其抗拔力指标随着土体的力学性能变化而变化,差异较大。
固结力沿钢绞线锚固长度亦非线型分布,锚固段破坏过程是十分复杂的,现场抗拔试验难以做到定量分析,只能假定抗拔力按线型分布进行计算,虽定量不够精密,但定性直观可行,指导施工、验证设计是有积极意义和可靠的。
4、锚索施工
4.1工程总量
四级边坡:
锚索64孔,三级、二级边坡锚索各72孔,一级边坡:
锚杆174孔。
共计锚索208孔/4416延米;
锚杆124孔/1364延米,框架格子梁:
52片,坡面防护:
6940m2。
4.2施工顺序
按设计要求:
由上至下,逐级加固,逐级开挖施工。
4.3施工工艺
(1)工艺流程
搭建施工平台
钻孔
钻机就位
锚索编制
清孔、检孔
监理检验
下索
注浆、补浆
框架格子梁施工
制作锚垫斜托
首次张拉
张拉锁定
防腐处理
制作封头
清场撤离
(2)钻孔
采用20m3电动空压机集中送风,备用一台17m3油动空压机,三台QZJ-100B型风动钻机,上、下排孔位平行、流水作业。
正常情况一台钻机一天一孔。
(3)编索
工艺要求与试验锚索相同,锚固段长度一律10m,只设一根注浆管,置于锚索中心。
每个扩张环外圈用Φ6钢筋制成棱形导向,一处三根。
(4)下索、注浆
下索前用检孔器检测孔深、孔径,若检孔器不能顺畅插至孔底,必须重新吹除孔中钻渣,或用自制掏孔器掏除干洁。
锚索采用人力抬运至孔口,集中人员,先缓慢放入,孔口用短钢管垫高,待入孔几米后,顺势快速送入,尽量不停顿,依靠锚索重力及惯性下滑,如中间卡住,可稍拔出一点,再快速推送,直到下至设计深度。
下索完备,须尽快注浆,注浆用砂及水泥均需过筛,除去2.0mm以上粗颗粒,始注浆料要偏稀一些,用纯水泥浆或加入少许细砂,待注浆顺利后,再加至设计配合比。
注浆压力保持在0.4~0.6Mpa,注浆须连续进行,不得停顿,工艺要求同试验锚索,待孔口排出浓浆时,暂停一会,待浆液回落后再补注或将注浆管移至下一孔,再回头补浆。
(5)框架梁及锚垫制作
一个框架单元锚索注浆完成,即可扎筋、立模浇注框架梁砼和制作锚垫,锚垫铁件采用工厂配套产品。
(6)初张拉
当框架梁和锚垫砼强度均达到设计值80%以上时,即可进行初张拉,张拉设备同试验锚索,锚具为0VM——4型或OVM——5型,按钢绞线根数选定。
张拉力按设计锁定荷载:
KJI索为360KN,KJII索为370KN。
张拉时要求钢绞线夹片锚逐根顶紧并保持在同一平面上,千斤顶贴紧锚夹片安装,使钢绞线受力均匀。
张拉按规范分级加荷,每级持荷5分钟,终级持荷10分钟,如张力下降须补至设计值,记录每级伸长值和总伸长值。
绘制Q-S曲线,与锚索理论伸长值计算对比,进行分析。
(7)张力检测、锚索锁定
初初拉后72小时,进行检测张拉,测定初拉力损失,记录钢绞线第二次伸长值。
两次张拉伸长量累计值即为实际伸长值,与理论值差别(±
6%)较大时,待查明原因并采取补充措施后,方可锁定。
锚索理论伸长值按下式计算:
△L自由段=NL/EA
N——锁定张力
L——自由段长度
E——钢绞线弹模
A——钢绞线截面积
(8)制作封头
张拉锁定后如无异常,锚头外留5cm长钢绞线,多余的切除。
锚具及钢垫除锈后除两层防锈漆,用C30砼封头,锚头最小砼保护层大于5cm。
5、施工难度及处理措施
5.1施工初期正值雨季,四级挡墙基础置于砂包土层,自建成后,一直处于缓慢下沉状态,施工危险性大。
采取墙顶减载,素砼封闭小浦路面裂缝,土质边沟加浆砌片石等措施截断地表水流,增加变形观测,加快施工进度,及早张拉锚索解决。
5.2地层复杂,土、石混杂,易塌孔,因机械所限无法踉管,钻孔困难,采取往复钻进,勤提钻勤吹渣,发现异常,即时退钻注浆固结等措施解决。
5.3钻孔渗水,稠泥浆糊钻,采用钻杆中注水,稀释泥浆,用高压风吹除。
5.4岩层裂障贯道,注浆渗漏串孔,注浆采取先下后上,左右孔位轮流重复补浆,确保注浆充盈。
5.5钻孔中潜水量大稀释注浆,采取下索后接长注浆管,先注入清水形成虹吸管排除孔中积水,预拌稠水泥浆待用,待孔内积水排干立即注浆。
若潜水压力较大,补给速度超过注浆速度,尽快拔出锚索,采取压注加速凝剂水泥浆封闭,重新造孔下索。
6、高压风冲击钻之优点及不足补充措施
6.1造孔效率高,清孔彻底,孔周土体受地下水侵蚀时间短,注浆质量好,锚固质量优于泥浆护壁钻孔。
6.2钻机轻巧,移动方便,适宜中等孔深,高陡边坡作业,可速战速决,用于抢险、加固补强工程见效快。
6.3复杂地层,土、石混杂地段造孔,可采取低风压,低速钻进,加强观测,勤提勤吹发现异常,提早、快速退钻,分段预注浆,分段造孔。
只要仔细操作,小心谨慎,完全可避免掉快卡死钻具。
6.4钻孔粉尘污染环境,采取加水钻孔或增设吸尘设施解决。
6.5边坡石质破碎地段,可于索孔上方20cm左右先钻Φ50小孔,预注浆固结,将会极大地减少塌孔,且增强土体完整性。
7、工程效果
锚索技术在福宁高速公路,本路段率先应用加固高陡边坡,取得了显著效果,其他标段高边坡相继采用。
施工初期,时逢雨季,K85+400~K85+470段四级挡墙加固框架刚施工完成数日,锚索尚未张拉,墙背土体裂缝一度增大,墙体下滑,采取应急张拉(张力80KN)抑制挡墙变形发展,7天后检测锚索张力未发现异常,经设计重新核定,该段张力提高至420KN,再经三天观察,检测张力未变,锁定封锚。
持续跟踪观测两个月,挡墙下滑已被控制,并有反弹迹象,确保了三级以下边坡土、石方开挖和加固施工安全、顺利进行。
由此可见,预应力锚索技术加固挡墙、高陡坡体是一种行之有效的方法,利用锚索对土体施加预加力抑制坡面变形下滑有立竿见影的效果,是其它边坡防护型式难以比拟的。
8、结束语
坡体滑移、坍塌,历来是交通工程的拦路虎,防不胜防,它给人类造成的损失,只能以天灾论。
近几年国内应用锚索治理大型滑坡都取得了可喜的效果,毕其功于一役。
锚索技术在治理坡体滑移,支护坡体领域,以其独特的实用价值和易于推广的工艺,将成为后起之秀。
它具有施工周期短、投资少、见效快,施工对环境干挠影响少,施工作业面相对安全,适宜于抢险、应急工程等优点引起工程界的重视。
虽然工程可靠性尚需更长时间营运实践检验,但工程设计、工程施工、工程效果是令人满意的,不失为处治滑坡的永久性的有效的工程措施之一。
坡体工程地质复杂特性千变万化,滑坡各具特点,但应用锚索加固的理论基础相同,只是应用方式各异,施工工艺不尽相同。
该工程地质复杂,地下水丰富,锚索数量多,施工难度大,在施工中运用动态设计理论,因地制宜,摸索、探讨,逐个解决疑难问题,确保工程顺利完成。
为锚索设计、施工积累了经验,为推进预应力锚索在高陡边坡加固、支护中应用、发展奠定了基础。
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- 预应力 加固 陡坡 中的 应用