锚索格构梁防护在库区滑坡治理中的应用

ResourcesEnvironment&EngineeringVo.l23.Sep.Oct.,2009

锚索格构梁防护在库区滑坡治理中的应用

梁吉平,袁 涛

(恩施州交通局水布垭交通复建项目管理处,湖北恩施 445000)

摘 要:主要介绍预应力锚索与钢筋砼格构梁结合防护在清江水布垭电站水库淹没区滑坡治理中的应用。关键词:锚索与钢筋砼格构梁;防护;滑坡治理;应用中图分类号:

P642.22 文献标识码:A 文章编号:

1671-1211(2009)S2-0112-04

0 引言

清江水布垭电站是清江流域梯级开发的重要项目,电站建成蓄水后对周边库岸的地质稳定造成了很大的改变,由于水的浸泡,很多地方发生了滑坡的现象,笔者简单介绍在翟家河特大桥1号桥墩处利用钢筋砼格构梁与预应力锚索相结合的工程防护方式对临库坡面进行治理。

生裂缝,并时有坍塌现象。经过实时监测和专项地质勘察,判定此处及周边较大范围内属古滑坡体,滑坡总

体是稳定的,但滑坡前缘临库一带由于受到水库蓄水的影响发生了一定范围的变形,局部稳定性较差,为确保大桥主墩安全和周边老百姓的安全必须进行工程治理。根据地质部门的建议和设计单位的设计,在1号桥墩处滑坡体的强烈变形区和中等变形区采用卸载、钢筋砼格构梁与预应力锚索、抗滑桩、浆砌片石护坡进行综合治理,即在对强烈变形区和中等变形区进行必要的卸载后,在1号主墩承台后横桥向70m范围内,设置7根2m@3m的抗滑桩,抗滑桩底要求为嵌岩桩长的1/3,桩顶用钢筋砼系梁连接,临库坡面强烈变形区采用钢筋砼格构梁与预应力锚索相结合的方式进行防护,笔者主要介绍钢筋砼格构梁与预应力锚索的防护方法在坡面治理中的应用。

1 工程概况

翟家河特大桥是清江水布垭电站水库淹没区交通复建项目中的重要子项目,其桥址位于湖北省恩施自治州巴东县金果坪镇,横跨支锁河中游,距恩施市直线距离80km,为水布垭电站水库建成蓄水后的金(果坪)泗(井)公路而复建。大桥全长460106m,主桥采用预应力混凝土连续钢构结构形式,桥跨布置为:515m桥台+(85+160+85)m预应力混凝土连续钢构+(2@40+40106m)简支桥面连续T梁+415m桥台。桥面净宽为:净8+2@015m防撞墙;设计荷载:公路-II级;设计洪水频率:1/100;通航标准:Õ级;通航净高:8m,通航净宽:38m;地震烈度:Ö度。桥面距河底高差120m,其主梁跨度为160m,采用悬臂现浇法施工;引桥为40mT梁,共三跨,12片梁,采用立架预制后移梁的方法施工。桥址区地貌单元属构造侵蚀)溶蚀峰丛槽谷低山区,地形上表现为边坡较陡,河谷切割深度较大的地貌特征,桥轴线通过地段地面标高在293~429m之间,最大切割深度约136m,桥轴线呈278b跨越支锁河,桥址区坡角为26b~28b,植被发育。

翟家河特大桥在建设过程中由于清江水布垭电站水库蓄水的反复冲刷,造成大桥1号主墩周边土体发

2 工程实施

翟家河特大桥临库坡面强烈变形区由于受库区蓄

水及水位变化频繁的冲刷,土体变形严重,并时有坍塌现象,严重危及桥墩安全。经地质部门建议和设计院设计,决定采用钢筋砼格构梁与预应力锚索相结合的防护方法进行治理。其主要作用是将边坡坡体的剩余下滑力或土压力、岩石压力分配给格构结点处的锚索,然后通过锚索传递给稳定地层,从而使边坡坡体在由锚索提供的锚固力的作用下处于稳定状态。

2.1 方法介绍

(1)钢筋混凝土格构梁 现浇钢筋混凝土格构有方形、菱形、人字形和弧形四种型式。方形和菱形格构水平间距均应<510m,人字形和弧形格构水平间距均应<415m。钢筋混凝土格构断面设计应采用简支梁法进行弯矩计算,并采用类比法校核。一般断面高@

[1]

收稿日期:2009-05-05

作者简介:梁吉平(1976-),男,工程师,道桥专业,从事交通工程技术及管理工作。E-mai:l

ljp520hh@1631com专刊梁吉平等:锚索格构梁防护在库区滑坡治理中的应用

113

宽\\300mm@250mm。格构纵向钢筋应采用14以砂浆垫层上按设计要求绑扎钢筋,然后分段立模浇注砼。浇注砼时根据坡度和砼的流动性控制浇注速度和下灰的部位,防止砼溢出。浇筑格构梁时在锚束位置预留

20cm的孔作为锚束施工钻孔用,锚束钻孔采用

高风压潜孔钻机进行钻孔,钻孔锚固长度比设计深30~50cm。验孔后根据总体长度制作锚束。锚束制作完成后由人工下放到位,根据设计要求采用M40水泥砂浆对锚固段进行压浆处理,同时施工锚头部分,在压浆强度和锚头强度均达到设计要求后进行锚束张拉,张拉完成后进行压浆封锚作业,完成一根锚束施工后进行下一根锚束施工。由于锚束成孔后要求尽快进行锚束的施工,同时设计要求锚束张拉要按一定的顺序进行,因此施工时要注意钻孔的顺序尽量与设计要求顺序一致,施工流程见图1。

上直径的Ò级螺纹钢筋,箍筋应采用6以上直径的钢

筋。格构混凝土强度等级不应低于C25。现浇钢筋混凝土格构护坡的坡面应平整,坡度一般[70b。当边坡高于30m时,应设置马道。

(2)预应力锚索 由钻孔穿过软弱岩层或滑动面,把一端(锚杆)锚固在坚硬的岩层中(称内锚头),然后在另一个自由端(称外锚头)进行张拉,从而对岩层施加压力对不稳定岩体进行锚固,这种方法称预应力锚索,简称锚索。锚索结构一般由幅度锚头、锚索体和外锚头三部分共同组成。内锚头又称锚固段或锚根,是锚索锚固在岩体内提供预应力的根基,按其结构形式分为机械式和胶结式两大类,胶结式又分为砂浆胶结和树脂胶结两类,砂浆式又分二次灌浆和一次灌浆式。外锚头又称外锚固段,是锚索借以提供张拉吨位和锁定的部位。其种类有锚塞式、螺纹式、钢筋混凝土圆柱体锚墩式、墩头锚式和钢构架式等。锚索体是连结内外锚头的构件,也是张拉力的承受者,通过对锚索体的张拉来提供预应力。锚索体由高强度、钢纹线或螺纹钢筋构成。2.2 实施方案O

翟家河大桥在1号桥墩临库坡面强烈变形区采用钢筋砼格构梁与预应力锚索相结合的方式进行防护,格构梁采用C25混凝土浇筑,格构梁单元尺寸为5m@5m,梁宽014m,梁高015m,嵌入地面下013m,梁体内按结构要求布置8根25钢筋,梁格之间铺设013m的干砌块片石。为了避免库水冲刷坡脚,在格构底部设计了砼挡土墙作为格构梁的基础,砼挡土墙要求嵌入基岩\\015m。锚索在梁格的交叉处钻设,锚索材料选用高强度、低松驰预应力钢铰线,其技术标准为AST416-90

2

A,270级,公称直径=15124mm,公称面积140mm,长度为相应的锚索长度加2m,设计标准强度为Ryb=1860MPa,采用对应的0VM(包括配套的锚垫板、夹片和螺旋筋)锚具。锚索布设于第三、五道横梁上,除承台范围锚索间距为15m外,其余间距为10m。钻孔孔径130mm,锚固端长度\\5m,锚孔下倾30b。

本工程格构梁位于翟家河大桥1号墩前沿经修整开挖的边坡上,边坡修整坡度控制在1B115左右,格构梁横桥向宽度76m,顺边坡高度方向31m。边坡采用机械开挖与局部人工修整相结合的方法,格构梁基槽用人工开挖,然后铺设5cm的砂浆垫层作为底模,在

图1 格构梁及锚束施工工艺流程图

3 施工方案及流程中各工序施工方法

及验收标准

3.1 边坡开挖整修

边坡施工采用挖掘机开挖。根据设计坡率从上往下进行开挖,开挖前在边坡顶设置截水沟。在开挖过程中遇有大孤石导致了坡面不平顺,经设计和监理认可后在确保坡体稳定和结构安全的前提下对坡率进行了适当的调整,调整后的坡度一致,协调美观。3.2 测量放线、格构梁基槽开挖

根据设计的间距与尺寸,在坡面上放出格构梁的位置,撒上白灰并钉上木桩用线绷出,采用人工开挖基

O中咨(武汉)桥隧设计研究院有限公司,清江水布垭电站水库淹没区翟家河大桥1号桥墩边坡防护设计,

2008。

114

资源环境与工程

2009年

槽。基槽开挖深度符合设计要求,宽度考虑两侧立模宽度(在设计宽度每侧加5cm),底面修平整便于铺设

水泥砂浆,开挖完成后铺设5cm水泥砂浆作为底模。3.3 格构梁钢筋砼施工,锚束孔位预留

本工程格构梁采用C25钢筋砼整体浇筑,在砂浆底模上先进行钢筋制作安装,钢筋接头需错开。同一截面钢筋接头数不得超过钢筋总根数的1/2,且有焊接接头的截面距离不得<1m,如锚索与钢筋相干扰,可局部调整钢筋间距,且必须根据锚束的角度留出锚束钻孔位置(采用20cmpvc管埋设)。钢筋安装完成后进行立模板,模板采用2cm厚竹夹板,在高度上采用50cm高5cm@8cm竖肋,顺坡面方向设两道横肋,横肋采用48钢管或者方木设置。由于坡面较陡还要在顶面准备一定数量的压板,在浇筑砼时用,防止砼溢出。砼浇筑采用砼输送泵与串筒下灰相结合,在坡面上设置下灰通道,便于人员操作施工。砼采用振捣棒振捣密实,尤其在锚孔周围,钢筋较密集,一是要保证振捣时预留孔不偏位,同时一定要仔细振捣,保证质量。砼格构梁施工完成后即可进行干砌片石的施工,片石的规格在30cm左右,要求填塞密实,表面平整。3.4 钻机施工平台搭设

采用48钢管在铺孔位置设置施工平台,施工平台要求满足承载能力和稳定牢固,能满足钻机工作要求。施工平台设置两个,在施工完成一个孔后,可以迅速转到另一根锚束处进行施工。

3.5 钻机就位

在施工平台上准确安装固定钻机,并认真进行机位调整,确保锚孔开钻就位纵横误差[

?50mm,高程

误差[?100mm,钻孔倾角和方向符合设计要求倾角误差?1b,方位允许误差?2b。

3.6 钻孔施工

3.6.1 钻孔设备的选择

根据锚固地层的类别、锚孔孔径、锚孔深度、以及施工场地条件等来选择钻孔设备。岩层中采用潜孔冲击成孔;在岩层破碎或松软饱水等易于塌缩孔和卡钻埋钻的地层中采用跟管钻进技术。本工程施工部位处于库区边缘,土质松散,长期处于饱水状态,故采用跟管钻进技术。

3.6.2 钻进方式

钻孔施工中采用干钻,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,造成下锚困难或其它意外事故。3.6.3 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作好现场施工记录。如遇塌孔缩孔等不良钻进现象时,须立即停钻,及时进行固壁灌浆处理(灌浆压力011~012MPa),待水泥砂浆初凝后,重新扫孔钻进。3.6.4 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30~50cm以上。3.6.5 锚孔清理

钻进达到设计深度后,不能立即停钻,要求稳钻1~2min,防止孔底尖灭、达不到设计孔径。钻孔孔壁不得有沉碴及水体粘滞,必须清理干净。在钻孔完成后,使用高压空气(风压012~014MPa)将孔内岩粉及水体全部清除出孔外,以免降低水泥砂浆与孔壁岩土体的粘结强度。除相对坚硬完整之岩体锚固外,不得采用高压水冲洗。若遇锚孔中有承压水流出,待水压、水量变小后方可下安锚筋与注浆,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,一般采用灌浆封堵二次钻进等方法处理。3.6.6 特殊情况处理

(1)渗水 吹孔时吹出的都是大颗粒而无粉尘,说明孔内有渗水,岩粉已贴附于孔壁。这时若孔深已够,则注入清水用高压风洗孔,洗净孔壁。若孔深不够为防止岩粉阻塞钻杆,应立即停钻,并拔出钻杆,洗孔后再钻。有时孔内渗水量大,吹出的是泥浆和碎石,只要冲击器工作,可以继续钻,如果冲击器受淹不工作,应采用压力注浆堵水后再钻。

(2)坍孔 钻孔遇强风化岩层或岩体破碎带时,常

图2 正在施工中的翟家河大桥边坡防护

专刊梁吉平等:锚索格构梁防护在库区滑坡治理中的应用

115

发生坍孔。坍孔的标志是孔中吹出黄色岩粉夹杂原状的、非钻头击碎的、非新鲜的、无光泽的石块,这时应立即停钻,拔出钻具,压浆固壁。注浆前用清水和高压风将孔内泥浆洗出,注浆压力取014MPa,浆液为水泥玻璃双液注浆。注浆完成一定时间后(一般为24h)重钻。3.6.7 锚孔检验

锚孔钻造结束后,须经现场监理检验合格后,方可进行下道工序。孔径、孔深检查一般采用设计孔径、钻头和标准钻杆在现场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,用高压风吹验不存在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格后,即可认为锚孔钻造检验合格。3.6.8 锚索体制作及安装

根据验孔的实际长度与设计是否相符等情况计算锚束锚固段、自由段、张拉预留段长度。根据计算长度下料,然后按要求对自由段进行涂层及套管保护处理,处理完成后把4根

j15124mm高强度低松弛预应力钢

绞线固定在注浆导管上,要确保每根钢铰线顺直,不扭不叉,排列均匀,除锈,除油污,对有死弯、机械损伤及锈坑处应剔出。自由段钢铰线涂抹黄油作防腐处理后再套具有一定强度的PVC软管。PVC软管不得有破损。

锚固段架线环与紧箍环每隔1m间隔设置,紧箍环系16号铅丝绕制,不少于两圈,自由段每隔2m设置一道架线环,以保证钢铰线顺直。自由段及锚固段交接处要绑扎牢固,防止浆体渗入,钢绞线沿锚索体轴线方向每210m设置一定中件,保证锚索位于孔位中间。安装锚索体前再次核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。3.6.9 锚固注浆与锚头施工

基本施工步骤是:¹清孔,进行试放;º锚固段钢绞线除油、剥去外包层,将其固定于内注浆管上;»将锚索放入波纹管,设置内注浆塞向波纹管内注入树脂;¼树脂充分凝固后接上自由段光面管、端头钢管和孔口外注浆塞;½先用014MPa压力将外注浆塞注满达到20MPa强度后进行管外高压注砂浆;¾外注浆达到20MPa后现浇孔外砼垫板,垫板中预留注浆口,同时将其他孔口封闭;¿安装锚头,锚索张拉;À自由段注浆,锚头封闭。在锚束放到位以后要马上进行锚固段注浆,注浆材料为水泥砂浆,水灰比为014~0145,灰砂比为1B1,浆体强度\\30MPa,实际注浆量一般要大于理论的注浆量,或以锚具排气孔不再排气且孔口浆液溢出浓浆作为注浆结束的标准。如一次注不满或注

浆后产生沉降,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,同时做好注浆记录。

3.6.10 锚索张拉及锁定、封锚

施工第一根锚束做现场张拉试验,确定施工的工艺是否满足锚束锚固的需要,锚束按照预紧y250kNy550kN锁紧的步骤进行施工,张拉时应注意:¹必须待锚孔内的砂浆及锚梁钢筋砼的强度达到设计强度后,方可进行锚索预张拉。º张拉作业前必须对张拉机具设备进行指定。»锚索超张拉力为锚索设计拉力值的1105~111倍,锚索张拉分两次进行,按中、上、下次序进行第一次张拉,张拉力为预张拉值的一半,必须待每根锚索拉完第一次后,再依次按中、上、下次序进行第二次张拉,直到张拉吨位。每次张拉应分级进行,除第一级需要稳定20~30min外,其余每一级需要稳定2~5min,并分别记录每一级钢铰线的伸长量。张拉时钢绞线为保证受力均匀,采用小千斤顶。¼锚索的张拉及锁定分级进行,严格按照操作规程执行,在设计张拉完成6~10d后再进行一次补偿张拉,然后加以锁定。机械切除多余的钢铰线,严禁电割,并应留长5~10cm的钢铰线以防曳滑,最后用水泥净浆注满锚垫板及锚头各部分空隙,然后对锚头采用不低于20MPa的混凝土进行封锚,防止锈蚀和兼顾美观。3.6.11 预应力锚索试验

在锚固工程施工初期,进行了预应力锚索锚固试验。锚杆试验包括基本试验和验收试验,锚索验收试验的数量按工作锚索的5%控制。试验内容及要求符合5锚杆喷射混凝土支护技术规范6(GB50086)的规定。

4 结语

翟家河特大桥1号桥墩处因位于清江水布垭电站库区边缘,长期受水的浸泡和冲刷,加之桥墩处土质松散,易发生滑坡,所以边坡必须采用工程防护。此处经采用格构梁与预应力锚索相结合的方式进行防护后,处理效果很好,经过长期监测,未发现桥墩及周围边坡继续发生变形现象。格构梁与预应力锚索相结合的边坡防护形式应对与本工程类似情况的工程防护有借鉴作用。参考文献:

[1] 中国岩土锚固工程协会.岩土锚固工程技术[M].北京:人民交通

出版社,1996.