关于工程滑坡治理预应力锚杆施工细节分析

　　摘要:本文作者结合实例介绍采用预应力锚杆桩治理滑坡的施工方法、工艺及质量安全控制措施。以供同行参考。
　　关键词:预应力锚杆桩，原理，施工方法，质量控制，安全措施
　　1工程概况
　　该区属于坡残层堆积土体与岩体接触面滑坡,东西宽约800m,南北长约500m。近年来,受暴雨的影响,滑坡区的稳定性渐差,局部失稳,发生了不同程度的滑坡变形破坏。
　　
　　
　　图1预应力锚杆抗滑桩结构示意图
　　该工程主要采用设置钢筋混凝土抗滑桩、桩板墙、预应力锚杆方案和疏通水系、削坡减载方案对滑坡体进行治理加固。在滑坡区前后缘共设置预应力锚杆抗滑桩152根,结构如图1所示。按照桩的截面尺寸、位置、桩长和预应力锚杆设置级数分为1#～6#桩。桩身嵌入滑面下稳定岩层不小于8.0m。桩顶下1m处设预应力锚杆1～3级,每级间距1m,锚杆采用3根Φ32精轧螺纹钢制作,锚杆孔径为φ170mm,嵌入稳定岩层的锚固长度为6m。
　　2基本原理
　　预应力锚杆抗滑桩是钢筋混凝土抗滑桩和预应力锚杆的有机结合,钢筋混凝土抗滑桩嵌入稳定基岩,通过在抗滑桩顶部施加预应力锚杆,锚杆穿过滑坡体锚固于滑动面下稳定的岩层内,使桩、预应力锚杆、锚固段桩周岩土组成一个联合受力体系。用锚杆预加拉力和抗滑桩桩身共同平衡滑坡推力。
　　3施工方法及工艺
　　3.1施工准备
　　桩孔位置平整场地,清除地面浮土;对坡面有裂隙或坍塌倾向部位采用削坡减载或注浆加固;桩孔外侧挖好排水沟,做好排水系统,及时排除地表水;合理堆放材料和机具,使其不增加孔壁压力,不影响成孔施工;设计和布设滑坡体的地表观测桩。
　　3.2工程试验
　　3.2.1岩土试验,确定参数对抗滑桩可能穿越的土层进行现场取样,测定土体的天然重度、含水率、内摩擦角、粘聚力等参数,或利用场地已有的勘察测试资料,为施工设计和施工监控提供依据。
　　3.2.2锚杆试验
　　在桩体施工前先进行锚杆试验,其主要目的是确定锚固体与岩土层粘结强度特征值、锚杆设计参数和施工工艺。试验锚杆数量为3根。为使锚固体与地层间首先破坏,锚固长度设为3.5m,试验孔提取岩芯作岩石性能试验。锚杆试验采用循环分级加卸载法,加载装置为YC-60型千斤顶、ZB4-500电动油泵,计量仪器为压力表、传感器和精度不低于0.01mm的位移计。
　　计算锚杆试验预估破坏荷载:N=
　　其中:N——锚杆试验预估破坏荷载
　　ζ1——锚固体与地层粘结力工作条件系数,永久性
　　锚杆取1.0
　　D——锚固体直径,取0.17m
　　La——锚固体长度,取3.5m
　　frb———地层与锚固体粘结强度特征值,按泥岩或砂岩天然单轴抗压强度为380kPa
　　即:N=3.5×1.0×3.14×0.17×380=709.95kN
　　根据试验数据,取试验中锚杆极限承载力中最小值作为锚杆的极限承载力标准值。锚固体与地层间极限粘结强度标准值除以系数2.7为粘结强度特征值。另外,根据试验计算杆体与砂浆间粘结强度值,当上述两值大于或等于设计值时,按设计进行锚杆施工。
　　3.3抗滑桩锁口及护壁施工设计
　　抗滑桩桩孔护壁支护是抗滑桩施工的关键。孔壁支护的厚度应综合考虑土层参数、特点、地下水分布情况、桩孔深度、周边荷载和施工工艺等因数进行计算确定。
　　最深段的总压力:p=Htg2(45°-ψ/2)
　　护壁厚度:t=kN/fc=kPb/fc(安全系数k取1.65)根据桩径和地质情况,桩孔护壁高度按每节1m进行支护。抗滑桩锁口、护壁采用C20早强混凝土,锁口段护壁高1.2m,锁口厚0.5m,护壁厚度按照桩的截面尺寸从0.15m～0.25m不等。考虑到护壁的整体性和连续支护,在护壁内设置钢筋。
　　3.4抗滑桩施工要点
　　3.4.1桩孔开挖
　　同排桩孔应跳槽开挖,并且要与其他工序错开进行,在已成孔开始灌注混凝土时,才能开挖邻孔。桩孔开挖根据地质和护壁支护情况,分节开挖,下节开挖应在上节护壁混凝土终凝后进行,而且开挖不应过深,以免上节护壁悬空过高。土层开挖使用铁锹,并结合风镐、风铲开挖;石层开挖以风镐开挖为主,局部配合风枪;严禁爆破作业。在围岩松软破碎和滑动面节段,在护壁内顺滑坡方向用临时横撑加强支护,并注意观察其受力情况,及时进行加固。
　　3.4.2桩孔护壁
　　护壁第一节为锁口段,应高出原地面0.2m,以防止桩口沉陷及地表水流入,桩孔不施工时应加盖。锁口段以下护壁混凝土根据桩孔开挖情况分节灌注,分节时注意避开不同土质分界面和滑动面处,护壁模板采用1.2m高组合钢模纵向拼装,用可调钢支撑作横撑加固。为满足桩身钢筋保护层的要求和钢筋绑扎的方便,护壁每侧放大3cm。预应力锚杆的预留管和桩间挡板预埋钢筋应随护壁施工,准确定位预留和安设。护壁均采用早强混凝土,以加快循环进尺。模板的支架可在灌注后24h拆除。
　　3.4.3组装钢筋骨架
　　钢筋骨架在桩孔内进行组装,竖向每隔2m左右在箍筋每边上焊接3根相应保护层长度钢筋头,以保证钢筋笼同护壁间保护层厚度,竖向主筋绑扎时必须保证垂直,特别是受拉侧绝不允许有背弯。
　　3.4.4灌注桩身混凝土
　　混凝土采用泵送至各桩孔口,孔口设漏斗,全桩长范围内设串筒或导管。混凝土分层捣固密实,桩身需连续灌注完毕,灌注时做好对预埋管件的保护和纠偏。桩顶在混凝土初凝前抹压平整,避免出现塑性收缩裂缝或环向干缩裂缝,且表面不得有浮浆。抗滑桩在施工过程中,在部分抗滑桩(约占总数的10%)内预埋检测管,进行声波透视法检测。
　　3.5预应力锚杆施工要点
　　3.5.1锚杆成孔
　　钻孔前先复核抗滑桩预留锚孔的位置,孔位偏差时进行修凿。选用XY-2型液压回转钻机,硬质合金钻头。关塘口滑坡区地质复杂,锚杆钻孔穿越土夹砂质泥岩层、泥岩层、砂岩层(滑坡堆积体),最终到达锚杆锚固段的碎裂岩体或基岩层。在钻孔时容易出现塌孔、斜孔、缩孔等现象,为避免上述情况出现,在钻孔时采用注入清水自造泥浆护壁,跟管钻进的工艺。具体为在锚杆自由段(即堆积体层)用φ194mm厚5mm地质导管作为钻进套管,当钻机钻进一个取芯管长度取出岩芯时,套管随之下放。套管下放困难时,用钻机施加扭矩旋转下放。为防止孔斜或扭曲,开孔时应轻压慢钻成孔,待套管跟进至强风化面时,适当提高钻速及钻压。
　　3.5.2锚杆组装及安装
　　锚杆根据实际深度配料制作锚杆,单根锚杆的配料长度为锚杆锚固长度、实际自由段长度、张拉工作长度(900mm)之和,同孔精轧螺纹钢筋的连接接头相互错开。安装时同孔中的精轧螺纹钢筋同时安装,先在杆端安装导向件,然后将锚杆沿着导向架缓缓送入,同时在精轧螺纹钢筋之间安设架立筋并用扎丝扎紧。锚杆自由段范围内采用双层防腐措施,当连接到自由段的连接器处,其安装顺序为:精轧螺纹钢筋接头处套入φ60mm,L=1000mm的塑料管→安装连接器精轧螺纹钢筋→在连接器上涂润滑油二度,然后绕扎塑料布,在塑料布上再涂润滑油→将塑料管移至连接器处,两端20cm长范围内用黄油充填,外扎工程胶布固定。注浆管采用φ30mm镀锌钢管随同锚杆一起下放安装,管口距离孔底30cm～50cm。
　　
　　
　　
　　3.5.3锚固段灌浆
　　灌浆采用M30水泥砂浆,特细砂拌制。为减少水泥砂浆硬化干缩,砂浆的泌水率做到不超过4%,拌合后3h泌水率控制在2%,稠度控制在14s～18.5s,掺用占水泥重量0.5%的UNFS减水剂。锚固段注浆采用孔底返浆法注浆,一次性有压灌注,注浆压力为0.4MPa～0.6MPa,用砂浆位置指示器控制注浆数量,不得中途停灌。
　　3.5.4锚杆张拉
　　锚杆张拉待锚固砂浆强度达到设计强度的80%后方可进行,张拉千斤顶采用YC-60型穿心式千斤顶,ZB4-500张拉油泵。2根锚杆轮流分级张拉,每级张力50kN,超张拉15%。锚杆的伸长量(弹性变形)不小于自由段长度变形值的80%,且不大于自由段长度与1/2锚固段长度之和的弹性变形计算值。
　　3.5.5自由段注浆补偿张拉后,立即进行封口注浆。将注浆管从预留孔插入直至管口,达到距锚固段顶面约50cm,采用低压注浆,注浆至孔满溢出时,拉出注浆管,边拉边注浆,以防止形成空隙。
　　4施工质量控制
　　应用信息法进行施工质量控制,滑坡治理工程存在许多不确定因素,施工时根据各种试验检验报告单、地表监控量测记录、抗滑桩地质柱状图记录、钻孔记录、压浆记录、张拉记录和施工日志,对地表位移、深部位移、裂缝、地下水位变化、抗滑桩、预应力锚杆施工监测进行信息反馈,及时调整施工方法、工艺和程序,争取整治项目达到最佳效果。
　　5施工安全措施
　　①人工挖孔,对孔壁的稳定及吊具设备及孔内气体情况等,应经常检查。
　　②人员下孔前,先用鼓风机将孔内空气排出更换。挖孔深度超过10m时,采用机械通风,人员上下孔须配安全带。
　　③在围岩松软破碎和滑动面节段,护壁内顺滑坡方向用临时横撑加强支护,并注意观察其受力情况,及时进行加固,当发现横撑受力变形,破损而失效时,井下人员立即撤离。
　　④高压油泵与千斤顶之间的连接点,各接口必须完好无损。油泵操作人员要戴防护眼镜。油泵开动时,进、回油速度与压力表指针升降应平稳且均匀一致。安全阀要经常保持灵敏可靠。
　　⑤锚索压浆时,应严格按规定压力进行,施压前调整好安全阀。关闭阀门时,作业人员应站在侧面。
　　6防止滑坡的应急措施
　　①施工过程中,完善排水系统,对滑坡体出现的裂缝及时填塞,在裂缝处采用水泥浆灌缝封闭。为防止裂缝进水,在裂缝处铺设防水塑料布覆盖,并保持密贴。
　　②加强滑坡体的监控量测工作,根据反馈的信息,预测出坡体稳定状态,据此作出加固及处理方案。
　　③挖孔桩施工中,混凝土护壁随开挖随防护,坑内有渗水时,及时用水泵抽出;如遇到涌水量较大的承压水时,可采用水泥砂浆压灌卵石环圈进行封闭处理。防止对既有滑体现有平衡状态的破坏,而产生新的滑坡。
　　7结束语
　　经过一年多的检验,在防治区内没有出现滑坡体滑动、位移和异常变形,事实证明采用预应力锚杆抗滑桩治理滑坡是有效和可行的。
　　在我国有很多类似地质灾害需要治理,类似滑坡、岩堆、泥石流堆积体、高陡边坡路基等地质条件,均可以采用预应力锚杆抗滑桩技术系统治理区域内的病害和进行防护,改善人类的生存环境

《关于工程滑坡治理预应力锚杆施工细节分析》

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