预应力锚索框架.docx

1、预应力锚索框架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

2、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

3、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。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

4、,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

5、力状态和滑动稳定条件。如图4-5，锚索受力情况图：图4-5 锚索受力图示由图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：式中：锚索设计拉力值；、分别为垂直于滑面方向的分力和沿滑面的分力；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

6、-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。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。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

7、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

8、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

9、内岩粉和积水全部清除出孔外，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

10、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

11、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

12、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-

13、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

14、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

15、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

16、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环及雨水的作用下,因土体强度降低而产生冲蚀、浅层坍滑；(4)在一般钢筋混凝土框架梁的受拉部位预加一定的压应力,可以保证在锚索张拉后形成全截面受压,或控制梁截面的应力不超过混凝土材料的设计抗拉强度,从而避免梁体开裂,提高框架梁结构的整体刚度,还可降低梁的厚度或减少受力钢筋,提高材料利用率；(

17、5)分级开挖、分级加固按设计断面开挖至有锚索那一级边坡后,停止开挖下级边坡,先对已开挖的边坡施工预应力锚索,待预应力锚索张拉后,再开挖下级边坡,施工下级边坡锚索,如此循环往复,直至施工至设计标高，严禁一次开挖到底。分级开挖、分级加固后,减少了边坡的应力松驰而引起的土体强度的降低,确保了路堑高边坡在施工过程中的安全和边坡的长期稳定。对于坡率陡于1：0.5的边坡，应先按缓于1：0.75坡率开挖，再跳槽开挖至设计坡率并支挡；(6)由于岩土工程自身的离散性,地勘资料可能与实际地质情况有较大差异,所以在施工过程中,如果发现地质情况有较大变异,应及时反馈,随时进行动态变更设计； (7)锚索施工前，必须选择

18、有代表性的工点做极限抗拔试验，根据试验结果调整锚固长度，必要时调整钻孔直径。若现场开挖后实际与设计不符，则应立即通知设计单位，并根据实际情况做动态变更设计；(8)预应力锚索必须在框架混凝土强度达到设计值后才能张拉，锚索预张拉吨位380KN；(9)预应力锚索锚固段长度必须符合设计要求或抗拔试验确定的调整长度；(10)锚头楔形体混凝土与纵梁同时浇筑，锚头顶面必须与锚索轴线垂直。2、质量标准：(1)框架梁采用C30钢筋混凝土现浇，纵梁截面0.60.5m，横梁0.40.4m（如图5-3，5-4），锚索杆体与水平面的夹角为，锚头钢筋与锚杆钢筋焊接，焊接长度为20cm；(2)锚索孔径一般为110mm或13

19、0mm，锚索材料一般选用不少于3根的高强度、低松弛预应力钢绞线制作，其技术标准为270级，直径=15.24mm，极限强度为1860MPa，张拉控制应力为930MPa，用OVM15-X型锚具锁定。锚索制作时，钢绞线的截取长度为锚固段自由段1.5m外露张拉段。锚索间距为3m，长1922m，倾角为。锚索自由段要涂强力防腐涂料，锚索束每隔1m用细铁丝绑扎，涂刷防锈油，套上波纹管，管内注满黄油，两端封闭，外绕工程胶布封闭固定，锚索锚固段每1m设一个扩张环，用厚度20mm的聚氯乙烯塑料板加工而成，每两个扩张环中间用细铁丝绑扎锚索；(3)锚位点放线，各方向容许误差均为1cm；(4)脚手架的搭设必须稳定，对紧

20、固件的紧固必须有人复核；(5)按设计孔口坐标在脚手架上安装钻机专用钢管，将钻机放在专用钢管上，用经纬仪按边坡方向放出基线，然后用方向架放出铺索方向角，再用测角仪调整倾角到满足设计要求为止。将紧固件紧牢后，再核查一遍钻机孔位坐标角，方位及倾角，确认无误后将所有紧固件在紧一遍，使其倾角误差不超过、方位角误差不超过；(6)锚索孔径容许误差为mm；(7)若遇塌孔，应立即停钻并进行固壁注浆处理，注浆24h后重新扫孔钻进；(8)洗孔要干净彻底，孔中不得留有岩粉和水；(9)锚索的编制要确保每一根纲绞线始终均匀排列、平直、不扭不叉、油污要除净，对死弯、机械损伤应剔除；(10)锚索的长度要根据钻孔的实际深度来确

21、定，其容许误差为，同时对锚索要按孔号进行相应编号；(11)锚固段的定位导向花架和船形托架应严格按设计要求安装在锚索上，绑扎铁口既要能承受一定的拉力，又要保证锚索的自由拉伸；(12)按放锚索要保证锚索孔壁有不少于1cm的注浆厚度，锚索安放要平直，张拉段要放在锚孔中央；(13)内锚固段注浆时，水泥选用525号普通硅酸盐水泥，搅拌水泥砂浆应均匀，使用时不得有沉淀，为保证浆液性能可加入不同用途的外加剂，注浆充盈系数为1.11.3；(14)严格控制加水量和水灰比，灰沙比容许误差为；(15)锚索框架制作容许偏差各方向均为cm，安装时应先安放好孔口定位钢管，以保证锚索框架与锚孔垂直；(16)锚索的张拉要在锚

22、固段砂浆及锚索框架混凝土达到设计强度后方可进行；(17)锚孔注浆和锚梁混凝土达到设计强度的70%时才能进行张拉，张拉前必须对张拉机具进行标定，重复三次取平均值，避免出现应力误差。各根钢绞线拉力不均匀系数在0.951.05之间，即各根钢绞线的拉力差为；(18)补张拉在张拉完成后610天进行，张拉力取设计预拉力的20%；(19)张拉段注浆必须待浆液益出孔口稳定12min后，方可停止，24h后还需进行补浆以确保注浆饱满。5.4 施工注意事项(1)为验证预应力锚索设计，检验其施工工艺，指导安全施工，在锚固工程施工初期，应进行预应力锚索试验。锚固试验的数量可按工作锚索的3%控制，有特殊要求时，可适当增加

23、。锚固试验的平均拉拔力不应小于预应力锚索的超张拉力，当平均拉拔力低于此值时，应再按3%的比例补充锚固试验的数量；(2)锚索施工工序为：钻孔清孔锚索制作锚索安装注浆养护张拉补张拉及锁定锚头封闭，要严格按此进行施工；(3)制作锚索的钢绞线必须符合现行国家标准预应力混凝土用钢绞线（GB5224）的规定钢绞线从盘丝上按设计长度截取，不得焊接。遍束时确保每根钢绞线始终均匀排列，平直、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。预应力锚索所用锚具应符合国家现行预应力专用锚具、夹具和连接器应用技术规程（JGJ85）的规定；(4)锚索孔注浆材料宜采用水泥浆或水泥砂浆，一般采用M40水

24、泥砂浆。当地层有腐蚀性或地下水有侵蚀性时，应采用抗侵蚀水泥。注浆压力一般不小于0.60.8MPa，砂浆灌注必须饱满密实，第一次注浆完毕，水泥沙浆凝固收缩后，孔口应进行补浆；(5)边坡的开挖严禁一次开挖到底，应开挖一级支护一级，然后再开挖下一级。锚固的孔位应仔细布置，钻孔前需核对准确方可施钻；(6)孔径、孔深不得小于设计值；(7)预应力锚索锚固段长度必须符合设计要求或抗拔试验确定的调整长度；(8)当地层有腐蚀性或地下水有侵蚀性时，应采用抗侵蚀水泥；(9)锚孔注浆和锚梁混凝土达到设计强度的70%时才能进行张拉，张拉前必须对张拉机具进行标定，重复三次取平均值，避免出现应力误差；(10)补偿张拉后，注

25、意好进行成品的保护。5.5 施工中常见问题的预防及处理(1)对于渗水的处理：在钻孔过程中或钻孔结束后吹孔时，若从孔中吹出的都是一些小石粒和灰色或黄色团粒而无粉尘，则说明孔内有渗水，岩粉多帖于孔壁。这时，若孔深已够，则注入清水，以高压风吹净，直至吹出清水；若孔深不够，即使冲击器工作，仍有进尺，也必须立即停钻，拔出钻具，洗孔后在继续钻进，如此循环，直至结束。有时孔内渗水量大，有积水，吹出的是泥浆和碎石，这种情况岩粉不会糊住孔壁，只要冲击器工作，就可继续钻孔。如果渗水量太大，以至淹没了冲击器，冲击器会自动停止工作，此时应拔出钻具进行压力注浆；(2)对于塌孔、卡钻的处理：当钻孔穿越强风化岩层或岩体破碎

26、带时，往往发生塌孔。塌孔的主要标志是从孔中吹出黄色岩粉，夹杂一些原状的（非钻头击碎的、非新鲜的、无光泽的）石块。这时，不管钻进速度如何，都要立即停止钻进，拔出钻具，进行固壁注浆。注浆压力采用0.4MPa，浆液为水泥砂浆和水玻璃的混合液，24h后重新钻孔。雨季，泥浆常常顺着岩体破碎带向孔内渗流，因此固壁注浆前必须用水和风把泥浆洗出（塌入钻孔的石块不必清除），否则不仅固壁注浆效果差，而且容易造成浆已经注满的假象。6 劳动力组织预应力锚索框架梁施工的三道工序钻孔、框架梁施工和张拉注浆可流水作业，所以在一个工作面上可以安排三个不同的专业施工工班。其具体人员配置见表6-1。表6-1 配备的人员表序号组织

27、或工班名称工种人数1管理人员队长1技术员2质检员1测量员2安全员12钻孔工班钻孔司机4空压机操作员2发电机操作员1钻机附属人员23框架梁工班模板工6钢筋工6混凝土工104张拉灌浆工班张拉4灌浆45辅助工班卷扬机司机1架子工10力工107 材料与设备锚索体一束由3根15.2钢绞线组成（如图7-1）。锚索材料一般选用高强度、低松弛预应力钢绞线，其技术标准为270级，直径=15.24mm，锚具采用0VM15型（包括配套的锚垫版、锚板、夹片和螺旋筋）。锚索单梁采用HPB235及HRB335级钢筋，钢筋用量表见表2-1，2-2，结构详图见图7-1，7-2。注浆采用M40的水泥砂浆，框架采用C30钢筋混凝

28、土。表7-1 横梁材料用量表编号钢筋种类直径长度根数总长度每米重总重量N1HRB335级钢226.11424.442.98472.93N2HPB235级钢126.062424.250.88821.53N35.9211.810.48N41.1523843.7838.87总计：C30混凝土0.83 m3HPB235级钢筋70.88Kg 合计：钢筋143.81KgHRB335级钢筋72.93Kg表7-2 纵梁材料用量表坡率垂直高度斜长钢筋编号钢筋种类直径 (mm)长度 (m)根数 (根)总长度 (m)每米重 (Kg/m)总重量(Kg)1:01811.31N1HRB335级钢2211.42445.68

29、2.984136.31136.31N2HPB235级钢1211.372445.4880.88840.39197.47N311.222222.44419.93N41.70884143.472127.4N50.8341210.0088.89N60.3230.960.8501:01.3812.81N1HRB335级钢2212.92451.682.984154.21154.21N2HPB235级钢1212.872451.4880.88845.72220.99N312.722225.44422.59N41.70894160.552142.57N50.8681210.4169.25N60.3230.960

30、.851:1.15814.42N1HRB335级钢2214.53458.122.984173.43173.43N2HPB235级钢1214.482457.9280.88851.44248.03N314.332228.66425.45N41.708106181.048160.77N50.8931210.7169.52N60.3230.960.851:1.75816.12N1HRB335级钢2216.23464.922.984193.72193.72N2HPB235级钢1216.182464.7280.88857.48272.45N316.032232.06428.47N41.708116198.128175.94N50.9111210.9329.71N60.3230.96