摘要:土层锚杆是在边坡治理工程中运用最多的结构,具有受拉承载能力大,形式简单,受力明确,施工方便等特点,浅谈了土层锚杆施工中常见的质量通病与防治措施,以及常见土层锚杆的施工过程及工艺要点。
关键词:边坡治理;土层锚杆;施工技术
1 土层锚杆施工中常见的质量通病与防治措施
1.1 锚杆位移大
土层锚杆在设计的试验荷载下,位移量不能满足设计要求。为此,正式施工前先进行锚杆试验,通过试验调整初步设计,针对不同工艺和土层地质条件确定合理的锚杆长度和直径;一般在粘土地层中钻孔时,采用清水循环钻进,自造泥浆,孔壁不会产生泥皮;在容易发生坍孔的砂性地层中钻进时,可以采用护壁泥浆,下锚后用清水清孔,使孔内泥皮减少到最低程度,清孔结束立即灌浆;在钻孔过程中,应根据地层条件的不同采用不同的钻进工艺,粘性土中采用轻压慢钻进、快转速(120r/min)成孔,有利于破土、造浆,砂性土中采用护壁泥浆钻孔、高压快钻进、慢转速(40r/min)成孔,有利于孔壁的稳定;发现钢筋下放不到孔底的,应使钻孔超深0.3-0.5m;选用压力和流量较大的注浆泵;根据气温、地温等具体情况,通过现场试验合理确定第二次灌浆的时机,以保证第二次灌浆不泛出孔121,第二次灌浆量不宜小于第一次灌浆量的30%;对于受力要求比较高的工程,可以考虑采用分层多次注浆(注浆管的埋设数量要增加)的方法;在锚杆抗拔试验后,应对原有的构造、设计参数、施工工艺参数等进行修改后,再进行正式施工;在适当位置补打锚杆;在原锚杆附近用灌浆进行地基处理。
1.2 锚杆钢筋拔出
施加预应力时或永久性锚杆在受力过程中,钢筋从锚杆中拔出。为此,在自由段钢筋涂油脂以前,将锚固段钢筋包裹好,并在钢筋安设以前都应保证锚固筋表面的清洁,对沾有油脂的锚固筋必须进行蒸汽洗涤;考虑钢筋和浆体的握裹力,选用压力盒流量较小的注浆泵;根据气温、低温等具体情况,通过现场试验确定第二次灌浆的时机,以保证第二次灌浆不泛出孔口,第二次灌浆量不宜小于第一次灌浆量的30%;对自由段钢筋或钢索表面涂上油脂,并套上塑料套管,对锚固段钢筋可以先套上波纹管,然后在波纹管内外灌浆,以防灌浆体开裂而使地下水渗漏引起锈蚀;严格控制焊接质量,若采用钢索,可以避免接头和焊接;在钢筋的头部安设导正器,有利于钢筋的下放,尤其是斜孔;保证钢筋的焊接垂直度,现场的钢筋应顺直堆放。
1.3 锚杆预应力松弛
为此,必要时对锚固段地基进行加固或预加固;选用压力和流量较大的注浆泵;根据气温、地温等具体情况,通过现场试验确定第二次灌浆的时机,以保证第二次灌浆不泛出孔口,第二次灌浆量不宜小于第一次灌浆量的30%;选用有自由段的锚杆,必要时可以张拉锚头,调整预应力;可以通过扩大钻孔直径来保证锚固力;锚杆的端部采用机械扩孔或压浆扩孔,避免采用爆破扩孔和水力扩孔。
2 锚杆施工过程及工艺要点
常见土层锚杆的施工包括以下几个工序:钻孔、安放拉杆、灌注、养护、肋柱及挡板钢筋绑扎、锚头固定、支模、混凝土浇筑、养护、拆模。对于后期需施加预应力的锚杆,还要根据具体的设计要求安排张拉的准确时间。
2.1 施工前的准备
施工前的准备包括施工前的调查和施工组织设计。施工前调查包括:收集场地岩土报告,锚杆支护设计方案;分析地下水性质、埋深,预测降水效果及对锚杆施工的影响;地下障碍物的核实;了解作业限制、环保规则、地方法规;了解施工空间、各种设备、工程道路情况,了解现场各工种配合要求。
施工组织设计,也就是开工前,详细制定施工组织设计,确定施工方法、施工程序、使用机械设备、工程进度、质量控制和安全管理等事项、内容包括:工程概况:工程名称、地点、工期要求、工程量、目的;岩土勘察报告中地层、地下水位简介;锚杆设计简介;施工机械设备,临时设施,施工材料;作业程序,各工种人员配备;施工管理,质量、进度控制,施工适用的规范、标准;安全、文明施工措施;应支付的工程验收技术资料。
2.2 钻孔
钻孔前的准备工作包括:首先是钻孔机具的选择必须满足土层锚杆的钻孔要求,坚硬粘土和不易塌孔的土层,可以选用地质钻机、螺旋钻机和土锚专用机;饱和粘性土与易塌孔的土层,宜选用带护壁套管的土锚杆专用钻机。其次钻孔前,还要正确定出孔位,其水平向误差100mm,垂直向误差50mm,倾角误差值为2.0°;最后安放杆体前,湿式钻孔应用水冲洗,直至孔口留出清水为止。
钻孔的施工方法有两种,一是清水循环钻进成孔法。这种方法在实际工程中运用最广,软硬土层都能适用,但需要有配套的排水循环系统。有些施工单位为了方便,在现场只设置排水系统,没有设置重复利用水系统装置。在软黏土成孔时,如果不用跟管钻进,应在钻孔孔口处放入1m-2m的护壁套管,以保证孔口处土层不坍塌。二是螺旋钻孔干作业法。该法适用于无地下水条件的黏土、粉质黏土、密实性和稳定性都较好的砂土等地层。
2.3 安放拉体
土层锚杆用的拉杆,常用的有粗钢筋、钢丝束和钢绞线,也有采用无缝钢管作为拉杆的。承载能力要求较小时,多用粗钢筋;承载能力要求较大时,多用钢绞线。
如果是使用Ⅱ、Ⅲ级钢筋作杆体时,组装要求如下:钢筋应平直,除油、除锈;接头采用焊接,长度为30d,但不小于500mm,并排钢筋也要采用焊接;杆体轴向间隔1.0-2.0m设置一个对中支架,注浆管、排气管与杆体绑扎牢固;杆体自由段用塑料管或塑料布包裹,并在与锚固段连接处用铅丝绑牢固;杆体应按防腐要求进行防腐处理。防腐保护层取决于使用年限及周围介质对杆体腐蚀的影响程度,一般来说,临时锚杆可简单的采用涂抹黄油作为防腐保护层或不做,永久性锚杆必须有严格的防腐保护。
如果使用钢绞线作杆体时,组装的要求如下:杆体除油、除锈,按设计尺寸下料,每股长度误差不超过500mm;杆体平直排列,轴向间隔1.0-1.5m设置一个隔离架,杆体保护层不应小于20mm。预应力筋、排气管绑扎牢固、并不得用镀锌材料;自由段用塑料管包裹,与描固段相交处的管口应密封,并用铅丝绑紧;按防腐要求作防腐处理。
2.4 灌浆
灌浆是土层锚杆施工过程中重要的工序。灌浆的浆液为水泥砂浆或水泥净浆。首先是材料准备,优先选用425号普通硅酸盐水泥,标号不得低于325号;采用坚硬耐久的中粗砂,细度模数宜大于2.5,含水率控制在5%-7%,含泥量不得大于2%;采用强度较高的碎石或卵石,抗压强度大于50MPa,粒径不宜大于15mm;选用符合要求的外加剂;灰砂比为1:1-1:0.5,砂率宜为45%-55%,水灰比宜为0.4-0.5。
灌浆的方法分为一次灌浆和二次灌浆。一次灌浆只用一根注浆管,一般采用Φ30mm的胶皮管,一端与压浆泵相连,另一端与拉杆同时送入钻孔内,距孔底50cm即可。在确定钻孔内的浆液是否灌满时,可根据从孔口流出来的浆液浓度与搅拌的浆液浓度是否相同来判断。对于压力灌浆锚杆,待浆液流出孔口时,将孔口用黏土封堵,严密捣实,再用2MPa-4Mpa的压力进行补灌,稳压数分钟后再停止。二次灌浆法适用于压力灌浆锚杆,要用两根注浆管,其管端距离锚杆末端50cm左右,管端出口需用胶布塞住,以防止土进入管中。
2.5 张拉与锁定
灌注完成后,须养护7d-8d,当砂浆的强度能达到70%-80%时,才可以进行张拉。另外只能对有预应力要求的锚杆才能进行张拉。张拉应力一般为设计锚固力的75%-80%。
(1)张拉宜采用“跳张法,即隔二拉一;
(2)锚杆正式张拉前,应取设计拉力的10%-20%,对锚杆预张拉1次-2次,使各部位接触紧密;
(3)正式张拉应分级加载,每级加载后维持3mm,并记录伸长值,直到设计锚固力的80%;最后一级荷载应维持5min,并记录伸长值;
(4)锚杆预应力没有明显损失时,可锁住锚杆;如果锁定后发现有明显应力损失,应重新进行张拉。
3 结语
土层锚杆的运用最重要的是要决定好它的适用范围,不仅能满足使用功能要求,也能给建设单位节约大笔工程造价。在工程中也发生过许多事故:比如锚杆在施加预应力时即被拉出,施工过程发生坍塌锚杆外露,后期使用时发现锚杆产生过大变形等,所以在今后的工程中,我们还需总结更多的技术和施工经验,将风险减到最小,防止造成重大的安全事故,带来巨大的经济损失。
参考文献
[1]崔玉梅等主编.建筑施工技术[M].北京:石油工业出版社,2009,(1).
[2]邓泽贵等主编.建筑施工计划[M].重庆:重庆大学出版社,2008,(8).