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本文结合预应力锚索框架加固边坡的工程实践,概括总结实践中预应力锚索框架工程边坡防护出现的各种破坏类型,并对每种破坏类型提出改善措施,确保公路边坡施工质量。
关键词:预应力锚索框架;公路边坡防护;质量控制
1 引言
预应力锚索框架是随着预应力锚索技术在滑坡治理和边坡加固工程中大量应用而发展起来的一种新型支挡结构形式。预应力锚索框架结构因能保证较陡的坡比,从而减少土石方开挖工程量、确保边坡稳定性、缩短工期、降低造价,同时又可以美化环境,因此,在高等级道路边坡防护中得到了广泛应用。然而,在采用预应力锚索框架治理边坡病害的实际工程中,也存在一些锚索框架失效破坏的现象,深入研究锚索框架破坏类型及特点,并提出相应的质量控制措施,对于提高锚索框架的防护功能具有重要意义。
2 工程概况
深圳市宝安区浪荣路K0 310～410段东侧边坡采用锚索框架加固,K0 310断面,坡高16m,坡体主要由砂质粘性土(残积)组成;K0 380断面,坡高24m,坡体主要由砂质粘性土(残积)组成;因边坡高度大,土质松散,所以锚杆及框架支护施工难度大、技术要求高,确实保证施工质量是重点,在施工时,重点从以下几个方面来进行质量控制。
3 预应力锚索框架破坏分析与质量控制措施
在破坏原因上,勘察设计是关键,重点在破坏部位上,锚索破坏占多数,在预应力锚索框架中施工工艺和施工质量是锚索是主要的受力构件,一旦破坏,则锚索框架也基本失效。
3.1 锚头处破坏及质量控制
3.1.1 锚头处钢绞线断裂。主要原因是钢绞线受夹片正常挤压受损、安装不正确使钢绞线有拐弯折断、钢绞线受其它锐角割伤(如钢套管),易折断。设计及施工中应注意将钢绞线束体置于设计孔位中心,注浆时应在孔口位置用水泥块将锚索垫平,对先施工锚索后施工框架梁的,在浇筑混凝土后要及时将漏入锚索套管内的混凝土清干净,使锚索在套管内具活动空间。
3.1.2 钢垫板凹陷。锚头下的钢垫板受局部承压变形,主要原因是垫板厚度不足强度不够、套管孔径大、垫板下混凝土压碎钢垫板凹陷等。设计及施工中套管应合适,混凝土达到龄期强度后才能张拉,采用与锚索配套的预埋式锚垫板也能较好解决这一问题。
3.1.3 锚头混凝土破坏。主要表现有锚头混凝土与框架分离,锚头混凝土出水,锚头混凝土自然开裂等情况。第一种情况是由于浇灌混凝土时,锚头处混凝土没有凿摩,粘结力不足或锚头混凝土养护力度不足,在气温变形下,混凝土不均匀收缩;第二种情况是由于锚索自由段密封不实,混凝土振捣不足导致坡体内部的水沿套管从锚头混凝土与框架接触处流出;第三种情况是由于施工质量差,锚头混凝土配筋不足造成的。
3.2 锚索破坏及质量控制
3.2.1 锚索注桨体与岩土层界面的破坏。锚索的抗拔力主要依赖于锚固段与岩土层界面之间的粘结力,当粘结力不足时,就会发生剪切破坏,造成这种破坏的主要原因是由于锚固段长度不够、锚固段锚孔孔径偏小、造孔工艺不合适、二次注浆强度不足,还可能因界面处有水或泥浆等降低了摩阻力等。在工程实践中,这种破坏较多,为了提高界面摩阻力,一是加大钻孔孔径或将孔底锚固段扩大;二是采用二次高压劈裂注浆工艺,据浪荣路边坡防护工程锚索锚固力实验,采用二次高压劈裂注浆可明显提高锚固力;三是在钻孔工艺上不能采用有水的旋转钻法,禁止采用泥浆护壁,应采用风动潜孔钻法,使孔壁粗糙;四是钻孔后在下锚注浆前要清孔,将泥水清除干净。
3.2.2 锚固段注桨体压碎破坏。这种形式主要发生在压力型锚索中,该锚索是钢绞线自由穿过注浆体而固定在孔底的承压盘上,锚索拉力通过承压盘压迫注浆体而产生锚固力。当注浆体局部受压强度大于注浆体本身强度而破坏,从而造成锚索失效。这种破坏形式在理论上产生的可能性较少,因注浆体抗压强度理论上要大于40MPa,抗剪强度大于6.5MPa。但是工程实际应用中这种破坏仍然存在,其原因是由于锚索承压盘放在前端,在锚索下孔时,残渣没有清除掉,就积聚在承压盘处,孔底返浆时一,在承压盘上面的注浆体有杂质而影响了强度。
3.2.3 锚索束体与注浆体界面破坏。注浆体是界于锚索束体一与周围岩土体之间的粘结介质,在锚索工作状态下,锚索束体与注浆体存在剪切力和粘结力,当锚索张拉的剪切力大于粘结力时,锚索束体与注浆体之间就会产生剪切破坏。施工时应保证浆体材料强度,注浆密实,锚固段的长度充足。实际工程中浆体材料宜采用水泥砂浆,注浆体抗压强度不小于30MPa,为使注浆密实,注浆管应与锚索一起下至孔底,使浆液从孔底向孔口反向压浆,或在锚固段包裹一层钢丝网,提高浆体强度和钢绞线表面粗糙度。www.tmgc8.com
3.3 框架的破坏
3.3.1 锚头处混凝土受压破坏。这种破坏方式主要是由于锚索锚具下的钢垫板面积太小,使框架节点处应力过大,大于混凝土本身所能承受的压应力,造成框架混凝土压裂破坏;再者由于施加锚索拉力不均以及锚索与框架不垂直,使框架受到的压应力不均,局部产生应力集中,进而产生局部压裂破坏,这种破坏不断扩展,最终锚头处混凝土整体被压;其主要原因是锚孔内浆体不密实,孔口较大,施工工艺不到位,可通过增大钢热板的尺寸来改善;分批、分级张拉锚索或在锚具与框架之间设置楔型混凝土墩来改善其局部受力不均的情况;还可以通过补浆和填充密实强度的混凝土使垫板不发生变形凹陷。
3.3.2 框架受弯破坏。这种破坏发生的部位常常是在框架的节点处和横梁、竖肋的中间部位。施加预应力时,坡体遭压缩而产生反作用力,反作用于框架上,使框架的横梁和竖肋有较大的弯矩和剪力。常常由于节点处、跨中处弯矩过大造成此两处混凝土开裂,甚至钢筋被弯断,使框架失去整体性,失去框架整体加固边坡的效果。对于这种情况可加大横梁、竖肋的尺寸来增大框架的抗弯能力或在跨中、节点处增加钢筋,以增强其抗弯能力,并加强框架的整体性,使框架受力更合理,设计中是可以避免这种情况的发生。再者,由于现场边坡岩土软硬不均,施工中又常常采用间歇性分批张拉而不是循环分批张拉,造成张拉过程中局部受力集中,框架的横梁和竖肋的受力形式类似于悬臂梁上布置了非均匀荷载,形成的反弯矩使节点处混凝土开裂,钢筋弯断,这种情况是由于施工原因造成的,现场是可以避免的。
3.3.3 框架整体破坏。预应力锚索框架加固边坡是通过施加的预应力来实现的,对于预应力材料大多数是采用了钢绞线。由于钢绞线主要承受拉力,承受剪力能力较弱,当施加的预应力不能完全平衡所加固边坡的下滑力,同时钢绞线又几乎和滑动面相垂直,这时沿滑动面滑动,将整体剪切钢绞线,常常使钢绞线整体被剪断,从而造成锚索框架整体破坏。预应力锚索加固边坡靠的是施加的预应力,现场中由于施加的预应力不足,框架本身又悬空,在锚索拉力和框架与岩土间摩擦力作用下不能维持自身的稳定,框架在重力的作用下向下滑动,从而剪切钢绞线,将承受剪力较弱的钢绞线剪断。
4 结语
深圳市宝安区浪荣路(大浪北路-观光路)高边坡防护施工项目进行了严格的施工质量控制,制定了专项方案,在施工中依据上述破坏类型进行了有效的监控,使得工程取得了良好的工程效果,预应力锚索框架的种类繁多,形式多样。实际的破坏形式也是千差万别,在这里仅给出部分常见的破坏形式,为以后的设计和施工提供借鉴。
参考文献
[1]王恭先,徐峻龄等.滑坡学与滑坡防治技术[M].北京:中国铁道出版社,2004.
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