注浆钢锚管和锚索框格梁综合边坡防护施工

阚涛1,,张运福1,,唐湛1,,左鸿杨1,聂正一2

1.西南交通建设集团股份有限公司，云南昆明650000；2.云南省建设投资控股集团有限公司，云南昆明650000

摘要：现阶段，社会进步迅速，我国的各行各业建设的发展也有了显著的提高。越来越多的新工艺、新技术在实践中得到了较为广泛的应用。传统边坡防护采用锚索框格梁防护，但在路堑高边坡、不稳定的地质边坡、古滑坡体等不良地质边坡给施工带来很大技术和安全考验。注浆钢锚管施工为近年来新推广采用的一项边坡治理技术，采用分段控制注浆钢锚管框格梁进行坡面防护，钢锚管施加预应力起到了主动加固的作用，提高坡体稳定性，锚固段采用控制注浆工艺，浆液在高压作用下，从二次注浆孔劈裂一次注浆体，向周围岩土体扩散，通过二次注浆对周边岩土体强度的改善，提高边坡岩土体强度，增加抗滑力，且使钢管与周边岩土体形成整体，提高锚固力。二次劈裂注浆亦能封堵地下水通道，阻隔坡面雨水入渗及地下水渗流，起到“ 上堵下隔”的作用。同时在不良地质体外侧设置截排水沟，进一步减小水对坡体稳定性的影响。钢锚管与坡面框格梁防护工程采用钢筋棍凝土连接成一个整体，以提高坡体稳定性。

关键词：注浆钢锚管；锚索边坡；防护施工

引言

预应力技术在我国近几年的公路建设领域应用广泛，取得了相对较好的效果。注浆钢锚管框架梁是由框架梁、钢花管、钢绞线、锚管孔、一次注浆管、对中环、注浆体、钢垫板、锚具等部分组成。花管、钢绞线是主要受力构件，钢花管一般采用外径50~90mm、壁厚3.5~6.0mm无缝钢管，工程中可依据需要加长或截短，钢绞线采用三根1860级φ15.24mm无粘结钢绞线。注浆过程分成多次，一次注浆是由一次注浆管深入孔底，注浆至孔口冒浆，一次注浆后5~8小时进行二次压力注浆。二次注浆是以钢花管为二次注浆管，浆液在高压(2~3MPa)作用下，从预留的注浆孔劈裂一次注浆体，向周围岩土体扩散，形成扩散的二次注浆体。

以往的锚索仅起到锚固力作用，起不到岩土注浆加固作用，加固作用有限。注浆钢锚管通过对滑动软弱部位在钢花管内多次分段高压劈裂注浆，对周边岩土体强度的改善，使钢管与周边岩土体形成整体，同时施加预应力起到了主动加固的作用。与传统边坡锚固比，提高了锚固安全耐久性。

二次注浆的作用体现在：①在钢花管周边形成类似“树根状”的扩体型锚固体，提高控制注浆钢花管预应力锚索地层锚固力；②提高边坡岩土体强度（一般岩土体φ值提升1°），增加抗滑力。

1 项目概述

1.1 工程简介

羊岑立交位于鹤庆至剑川至兰坪高速公路K17+250～K18+300。共设一条主线，A、B、C、D、E共5条匝道、一条连接线，该工点位于羊岑立交E匝道EK0+400~EK0+505段右侧，原设计下方采用锚索桩板墙防护，抗滑桩布设间距5m，桩径2.0×2.5m，桩长24m，每根桩布置两根20m长预应力锚索。桩板墙上方设置两级边坡，一、二级坡坡比分别为1:0.75、1:1.00，边坡在开挖过程中坡面出现溜塌，危及上方电塔安全，现场临时采用钢管桩进行紧急处置，清理溜塌部位岩土体。考虑上方电塔安全，坡面不在进行刷方，在现有坡率基础上进行锚固防护，坡面采用注浆钢锚管框格梁进行坡面防护。

1.2水文气候情况

1.2.1水文情况

根据地下水蕴藏于岩石储体空间的特征，立交区地下水可划分为孔隙水、裂隙水二类。孔隙水主要赋存于第四系松散沉积层中，受大气降水补给，富水性弱。裂隙水主要赋存于下第三系云龙组（Ey）泥岩中，弱发育，立交区总体富水性较弱，接受地表水补给，一般就近排泄于低洼处。

据钻孔揭露，立交中部水位埋深较浅，两岸桥台为地下水埋深较深，地下水受地形控制。低洼段地段埋藏较浅，对桥墩施工有一定影响；斜坡地段埋藏较深，水文地质条件较简单。

1.2.2气象条件

工程区位于高海拔、低纬度地区，气候受印度洋季风气候影响，属南温带冬干夏湿季风气候类型，干湿两季分明，年温差小，日温差大，年平均气温13.1℃，最冷1月均温4.5℃，最热7月均温18.5℃，正常年份年降雨572.7mm，霜期57天，日照2562.1小时。

2注浆钢锚管施工工艺流程

2.1工艺流程

放线→钻机就位→钻孔→清孔→插入钢管→孔口密封处理→钢花管注浆→补浆→进入钢花管注浆循环→植入锚索→框架梁施工→张拉锁定→封锚。

注浆钢锚管锚索框架施工流程如下图所示：

 

2.1.1钻孔

根据地层情况和成孔质量要求，结合钻孔设备，钻孔选择潜孔钻成孔，成孔直径不小于130mm。

2.2.2钢锚管制作

预应力注浆钢锚管的制作应分为两个部分，即自由段制作与锚固段制作。

1、自由段钢锚管制作

钢管规格，考虑到预应力钢锚管自由段的张拉需求，试验所用自由段以及孔口张拉段钢锚管统一采用Φ60mm×6mm无缝钢管，钢管出厂长度6～8m，搭接需采用焊接工艺。钢管间连接管用Φ73mm×6.5mm钢套管套全满焊焊接，长度12cm，同时，为方便现场运输，每段钢锚管长度为6m，焊接时，应首先在每段钢锚管的其中一端焊接钢套管，相邻两根钢锚管的连接应在坡面处完成。

2、锚固段钢锚管制作

锚固段钢锚管的加工制作与自由段钢锚管的制作大体相同，以下仅在两者不同之处详细叙述，其余相同之处不在赘述。

1、钢管规格。考虑到斜向控制注浆钢锚管框架，钢花管主要承受拉力，其尺寸选择应考虑与地层自身锚固性能的协调；试验采用Φ60mm×6mm无缝钢管，钢管出厂长度6～8m，搭接需采用焊接工艺。

2、管壁钻注浆眼。考虑钢管在岩土体中要承受抗剪，起到抗滑作用，为了减少注浆眼对钢管强度的损害，注浆眼呈螺旋式布置，同一截面上只有一个眼，注浆眼沿轴线间距为15cm，孔眼直径为φ8mm，沿钢管轴线间距8cm、径向旋转45°钻φ8mm的孔眼，注浆孔沿钢管四周呈螺旋式布置采用玻璃胶封闭注浆眼，并用胶带纸缠绕玻璃胶封闭后的孔眼3至5圈，同时注意胶带纸的平顺。

3、钢管连接。钢管间连接管用Φ73mm×6.5mm钢套管，长度12cm，并将连接管与钢锚管全满焊焊接。

4、导向头。由于钻孔底部有残渣，为了避免钢管直接与残渣接触，钢锚管底盖上焊锥形导向头，同时应保证导向头的密封性以防止注浆过程中，注浆体浆液进入钢锚管内部。

2.2.3钢锚管安装

将钢锚管管从加工区转运至加固区，下放第一根钢管时，将一次注浆PVC管与钢管绑在一起。人工将钢花管入孔，上端留0.3m管头。钢管要匀速下放，避免损坏封玻璃胶，如果钢花眼封闭有损伤或破洞的，要重新封闭好再下管。

钢管接头焊接时，使上、下两根钢管垂直对中，防止钢管在焊接处弯曲而不利于下管，焊接处除帮焊钢筋要焊牢外，两根钢管接头也要焊接密封，防止漏浆。

2.2.4钢锚管注浆

深层注浆钢锚管注浆分第一次常压注浆和第二次分段多次劈裂注浆。

注浆前先将水泥从储存区转运至制浆区，同时保证蓄水池要有足够的水。然后按配合比制浆，注浆量按设计量的1.3～1.5倍控制。

1、一次注浆

一次注浆为管外注浆，目的是在钻孔与钢花管之间形成作用水泥柱，在二次注浆下水泥柱将被劈裂，裂缝将成为浆液从管内向坡体喷射的“通道”。第一次注浆管采用φ25mm的PVC管。一次注浆结束后，如果发现孔口浆液回缩，在现场要及时补浆。

2、多次分段劈裂注浆

劈裂注浆在钢管内进行，浆液通过高压（一般在2~3MPa）将预留的二次注浆孔冲开并劈裂一次注浆体，浆液随之向四周扩散、渗透，加固钻孔周围岩土体，提高其强度。当注浆孔周边“通道”被浆液填充完成后，在注浆压力作用下，岩土体内浆体压力持续上升，直至岩体中封闭的节理裂缝被挤破产生新的“通道”，此时注浆压力即为岩体挤裂压力。在施工中，要注意：一是在瞬间劈裂压力作用下，钻孔周围不能跑浆。二是持续注浆压力，即在二次劈裂后浆液向四周扩散的持续压力。

2.2.5锚索施工

1、锚索制作

锚索应按照设计的锚固段、自由（张拉）段、锁定头的长度和结构要求制作。采用机械切割机切割满足锚索设计及张拉操作要求的长度的钢绞线，为保证张拉工作要求，实际下料长度比设计长度长80-100mm，以防钢绞线掉入失效。严禁采用电焊或气焊切割。对进行了除锈处理的钢绞线涂刷强力防腐涂料，然后在自由段再涂防护油并套上套塑管，套塑管应采用管壁均匀，厚度为1mm的原生塑料管或尼龙管材，不宜采用聚氯乙稀塑料，中间不得有接头和接缝。自由段与锚固段相接处应采用粘胶带或其它止水材料缠封。最后用特殊的扩张环、紧箍环等把已处理好的钢绞线按设计图组合在一起制成锚索，锚索上应有一根通至底部的注浆管。扩张环可采用聚乙烯材料模塑加工（材料弹性模量应小于浆体凝固后的弹性模量）。紧箍环可采用8＃铅丝绑扎而成。为防止钢绞线散开，影响设锚，同时避免下锚时，泥土注入堵塞注浆管，锚固体前端采用锥形导向帽，导向帽应牢固地焊于钢绞线上。为防止钢绞线外的水泥浆体开裂，引起较大的预应力损失，应在锚固段钢绞线外包裹钢丝网，钢丝网孔大小为1.5×1.5cm2，钢丝网伸入锚索自由段内约50cm。

2、锚索安装

用人力将锚索抬起塞入钻好的锚孔中，若遇坍孔锚索未下至设计深度时，必须将其拔出，重新用钻机清孔，然后再下锚，直到满足设计要求为止。下锚过程中不应损伤锚索的防护措施。

3、注浆

锚索下放至设计深度，对钢锚管进行注浆，注浆管采用Φ22的塑料管，用扩张环固定4根锚索的中间位置保障注浆管的顺直，注浆时从注浆管注入孔底，孔口返浆，禁止直接从孔口注浆。

2.2.6框架梁施工

1、开挖框格梁基础开挖

先对框格梁进行放样，对边坡进行修整，凸出的地方 要削平，局部凹处应夯填密实，按框架竖梁、横梁尺寸及模板厚度精确挖出单 根梁肋轮廓。基础开挖应自上而下进行，开挖时不得挠动原状土。

2、钢筋制作及安装

在基础达到设计要求尺寸后，应将基础松动杂石及浮渣清除干净后方可进行钢筋绑扎安装。钢筋制作下料前应进行除锈、调直等，且经检验合格后方可使用，钢筋进入现场后应分类储存于地面以上的平台，用垫木支撑，彩条布遮盖，立好标牌。绑扎钢筋，先用垫块垫起，按设计安装框格梁梁肋钢筋，肋柱定位必须

准确，并垂直于路线。

3、模板安装

模板选用塑钢模板或钢模板安装前应对模板进行检查，要求表面平整、无平面翘曲、满足结构尺寸要求。施工前应进行表面处理，采用滚筒或刷子对面板涂抹脱模剂。模板安装完成后，要检查模板间的拼缝是否满足要求，保证拼缝面平整严密。框格梁必须采用盖模法一次浇筑成型，模板加固采用钢管支架加垫木等方式加固，确保模板不浮模和胀模。

4、浇注混凝土及养护

砼浇注前，应调配好人员、机具及原材料，防止浇注过程中发生中断及其他事故，砼采用搅拌站拌合混凝土，用汽车吊配合料斗进行浇筑施工的方法。砼浇注 时，尤其在锚孔周围，钢筋较密集，一定要仔细振捣，保证质量。框架分片施工，两相邻框架接触处留 2cm 宽伸缩缝，用浸沥青木板填塞。分段施工时，需预留钢筋，连接面按施工缝处理。采用土工布覆盖及浇水的养护方式，砼的养护在砼浇筑 12～24 小时后进行，养护时间一般不得少于 7d。

2.2.7施加预应力

1、张拉台施工

为保证锚头台座承压面稳固平整，并与注浆钢锚管轴向方向垂直，端头楔形体砼必须与竖肋同时浇筑，楔形体高度在边坡坡率为0.3、0.5、0.75和1.0时分别为：17mm、35mm、91mm和140mm。

2、钢锚管预应力施加

一般采用多次多级张拉工艺，首先通过预张拉将各束钢绞线拉直，每级张拉要稳定一段时间以便锚索中预应力的传递和调整。两次张拉间的时间间隔较长，第二次张拉在第一次张拉的预应力基本稳定后进行，以弥补预应力损失。张拉的总吨位不小于设计吨位（含超张拉）。为检验锚固段设计，可先进行锚索拉拔试验，达不到设计要求的则要修改设计。待腰梁养护期超过14天后才进行张拉，每级张拉稳定5-10min以上。超张拉后，锚索锁定于锚具上，强调锁定工艺，减少夹片内缩，以防预应力损失。锁定后切除钢绞线余长，当预计锁定后预应力衰减过大时，要预留一定长度钢绞线，以备重新张拉之用。

3、封锚

张拉锁定完成后，若短时间内预应力无巨大损失可进行封锚，封锚采用C25混凝土进行。

结语

边坡防护对于公路使用寿命的延长实际上是有一定的积极影响的。尤其是面对复杂的地质环境，可以最大程度地增强公路的安全性和稳定性。对于一些山区的公路，在建设初期具有很大的难度，如果不仅进行边坡的防护，将会产生大量的事故，所以，预应力锚索技术加强边坡防护的效果具有极大的应用价值，更加高效地实现了山区道路建设效率、质量以及经济效益最大化。