钢管桩及预应力锚索在路基挡土墙加固中的应用

213国道紫坪铺库区淹没段改建工程龙池公路是一条山岭重丘区三级公路，全长5.028KM,路基宽7.5M。整条线路设计标高889.72～1042m,山势陡峻，纵坡3～8%，横向岸坡坡度250～350，地表覆盖层为崩坡积（Qcol+dl）块碎石土，厚度约3～10m,该路段普遍存在开挖边坡及高路基挡墙的稳定性问题。K3+690～ K3+737段地形陡峻，路基左侧采用C15砼衡重式路肩挡土墙（H=12～15m）支护，2005年9～10月，由于连降大雨，基脚出现较为严重的坍滑现象，外侧山体出现1～1.5m的下沉，同时伴有地下水溢出，进一步可能造成路肩高挡土墙失稳而导致整段路基坍塌，交通中断，甚至发生严重的安全事故，因此，急需进行治理。经过对社会及经济效益综合分析，决定采用锚索加固挡墙和钢管抗滑桩加固路基防止土体滑移相结合的方案。
　　1 工程地质及加固方案

　　沿锚索孔穿越方向，地质情况依次为：C15砼挡土墙、路基堆填石块、块碎石土、灰岩；沿钢管桩垂直向下方向，地质情况依次为：堆积土、块碎石土、灰岩。
　　1.2 加固方案
　　先期实施钢管抗滑桩加固路基，后再实施锚索部分。（加固示意图见图1）
　　①￠146钢管桩沿挡墙左侧5m顺公路轴线方向按1.2mx1.2m三排呈梅花布置，每排42根。对桩周围土灌浆处理（灌注M20水泥砂浆，水灰比0.5，压力选用0.3MPAa，灌浆管布置间距2mx2m）。￠146钢管桩内加入三根HRB335d28钢筋并灌注M30水泥砂浆，钢管桩顶部用槽钢连接，然后浇筑C20砼承台；
　　 ②锚索沿线路方向按4x4m间距呈梅花布置，上排13根锚索，下排12根锚索，锚索孔深度为20m，锚固段长度为8m,自由段为12m,锚固段地层为弱风化灰岩。锚索采用7￠15.2低松弛高强度钢绞线（Rb=1860Mpa）制作，每根锚索设计的抗拔力为1200KN。
　　2 施工工艺
　　2.1 钢管桩施工工艺
　　框图如下：

　　从工艺图可以看出，钢管桩与锚索施工工艺基本一样，关键点都在于采用偏心跟管钻进技术，后面就锚索施工展开阐述。
3 造 孔
　　3.1钻机平台搭设及设备选择
　　施工前需搭设长X宽为50mx8m的平台，用钢管脚手架密集搭架而成，要求安全可靠。钢管桩与锚索平台采用同一平台，分上下三层，一次性搭设完成。
　　本工程采用YXZ-70锚固工程钻机成孔，其他机具包括：Φ168偏心跟管钻具，Φ168套管，液压拔管机，ZDΦ110冲击器配套Φ115钎头。
　　3.2钻进方法
　　由于挡土墙后为堆填块石和碎石土，地层较为复杂，普通潜孔锤难以成孔，采用风动潜孔锤跟管钻进技术可解决破碎复杂地层中钻进成孔困难的问题。先用Φ168偏心潜孔锤跟管钻进至基岩面，然后用Φ110中击器配套Φ115钎头钻进至深及基岩8米。
　　开孔时，使钎头紧贴岩面低压冲击，平稳缓缓推进即可；正常钻进时进压力Pf＝2～4KN，开孔转速n＝0；正常钻进转速n≯90r.p.m，Q风＝9～12m3/min。
　　用同径常规钎头先造孔0.5米左右，为跟管钻进提供定位和导向作用。开钻前，让偏心钻头伸出套管靴，正转达到一定速度时，张开偏心钻头，方可进行正常钻进。跟管钻进过程中，边加钻杆边加套管。在钻进结束或需要更换中心钻具时，先将孔底残渣吹尽，脱开中心钻具的回转动力，停止回转，缓慢提升钻具至偏心钻头后背与套管靴前端接触为止，用管子钳卡持钻杆，作逆时针回转，同时缓慢提中心钻具，当中心钻具可顺利提升时，表明偏心钻头已经顺利收拢，这时可按照常规方法提升中心钻具，直到全部提出中心钻具。在基岩内进行常规钻进时，每钻进1米，必须缓慢倒杆1米，往返不少于2次，直到孔口无岩粉返出。
　　钻孔完毕，用压缩风冲洗钻孔，直到孔口返出之风，手感无尘屑，延续5～10分钟，孔内沉渣不大于20cm。
　　4 锚索体制作
　　采用自由式单孔多锚头防腐型预应力锚索，此锚索属于单孔多锚头锚索（图2），它克服了应力集中、改善了锚固段的受力状态，增强了锚固效果，提高了锚固寿命，对工程的长效锚固起到重要作用。

　　4.1 下料
　　使用砂轮切割机下料，锚索长度L＝L1（锚固段长度）＋L0（自由段长度）＋Li（锚礅长度）＋锚具及传感器长度Lms＋Lz (张拉长度)。
　　锚固段长度与自由段长之和为钻孔孔深，锚具、传感器及锚礅长度共取1.5m，张拉长度取0.5m。
　　4.2 组装
　　料下好后，平顺放于干净的地面上，逐根检查有无损伤，然后量出锚固段，自由段和张拉段的长度，做好标记。首先将7根钢绞线插入导向锥内，锚固段每隔50cm安装一个扩张环和一个紧箍环，使钢绞线间有一定的间歇，确保压浆时能将锚索内的空隙充填密实，使钢绞线得到充分握裹和保护。顺直注浆管，按1.2m的间距安置中架和隔离架，注浆管深入孔底，管端部应进行简易堵塞防止异物进入。自由段在两对中架中间使用黑铁丝捆扎。锚固段在两隔离加中间使用黑铁丝将其捆扎成纺锤型。锚固段部安装导向帽，焊接时注意防止承压板变形。
对组装好的锚索按照对应的锚索孔进行编号，并妥善放置备用。需要注意事项：
　　①锚索剥皮长度：由于采用了新型的锚索体结构，钢铰线不需要进行剥皮，每根钢铰线只需要剥掉10cm的PVC保护套。②剥出的钢铰线应彻底清洗，并套上伸缩弹簧。③挤压前检查弹簧是否完好，挤压时观察压力是否正常，若有异常无法升至设计力应查明原因，及时处理。
　　4.3 下锚
　　将编好的锚索用人工抬运至孔口，严禁拖拉，下锚时，操作人员要协调一致，用力均匀，只能往里推，不能往外拉，保证锚索体在孔内顺直不扭曲。锚索体在下入到套管底部时，要注意缓慢使锚索体通过，并使锚索体外露孔口外达1米。
　　4.4拔管
　　下锚完成后，用液压拧管机把套管从孔内拔出。在拔管过程中应注意以下两点：①拔管过程中不能把锚索体从孔内带出来。②拔管过程中不能损坏无粘结钢绞线外的PVC保护套。
　　5 注 浆
　　采用孔口封闭、排气法注浆，即注浆管随锚索体一同送至孔的最底端，待孔口有浓浆流出时，关闭排气管，纯压灌浆至结束。注浆压力为0.4～0.6Mpa。若注浆困难可缓慢抽出注浆管，当孔口有浓稠的水泥浆冒出时表明浆已注满。但由于自由段大部分岩层为路基堆填石块，空隙率大，已灌注的砂浆有可能渗漏，因此孔口注满后要观察一段时间，若浆液位置下降需持续补浆直到稳定后方可全部拔出注浆管。水泥浆液采用水灰比为0.45的M35砂浆。
　　6 锚墩浇筑
　　锚墩钢筋制安时，先用风钻在锚索孔周围砼面上对称打孔4个，插入Φ20骨架钢筋并固定，将钢绞线束穿入导向钢管并把导向钢管插入孔口50CM左右，然后按照图纸要求焊接钢筋框或层并固定于骨架钢筋上，钢垫板牢固焊接在钢筋架上，其预留孔的中心位置置于锚孔轴线上，平面上与锚孔轴线正交，其误差不得大于0.50。砼浇筑时需边浇筑边用振捣棒振捣，充填密实。并现场取砼样，以确保锚墩浇筑质量，并给锚索张拉提供依据。
　　7 张拉、封锚
　　锚索张拉在锚固注浆结石体抗压强度及锚墩混凝土等的承载强度到施工图纸规定值后进行。张拉设备采用YDC240Q千斤顶、ZB4-500S电动油泵和锚索测力计。张拉按穿锚→初始循环张拉(钢铰线调直) →第一循环张拉→第二循环张拉→第三循环张拉→第四循环张拉五次进行，除第一级需稳定30min外，其余每级稳定3min,并分别记录每一级钢绞线的伸长量。张拉时用油压控制张拉力，用伸长量进行张拉力校核，出现异常情况须停机查明原因再继续。张拉要掌握的原则是：①升荷速度率每分钟不宜超过设计应力的10%。②卸荷速率每分钟不宜超过设计压力的20%。③张拉顺序采用单根张拉千斤顶间隔对称分序张拉。
　　张拉到设计值并按规定时间持荷后，立即锁定锚固，使用砂轮切割机切除钢绞线，锚具外留存5cm。用黄油保护锚具及外留钢铰线，浇筑砼封闭锚头。
　　8 工程质量和效果
　　通过以上措施，我们圆满完成此次路基治理抢险任务，在施工过程中对该段挡墙进行连续观测，发现并没有位移，路基治理取得了预期效果。根据检测要求，预留了6根锚索检测其抗拔力，结果其抗拔力均能达到1200KN，满足设计要求。
　　9 结 论
　　9.1抢险施工中，应尽可能采取工艺简便、施工迅速、能快速起到防护作用的施工方案。
　　9.2抢险施工时，时间和安全是要考虑的第一要素，在做施工组织设计时，在保证安全的前提下加快施工进度是应考虑的首要问题。
　　9.3本次采用风动潜孔锤跟管钻进技术是复杂地层成孔最为有效的方法，这项技术是该工程成功的关键；同时合理选择钻机是工程成功的基础，该工程采用的锚杆钻机具有低转速、大行程等特点，适合潜孔锤钻进和偏心跟管钻进。

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