CN111997066A - 用于边坡加固的装配式预应力锚索框架梁制作及施工方法 - Google Patents
用于边坡加固的装配式预应力锚索框架梁制作及施工方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及用于边坡加固的装配式预应力锚索框架梁制作及施工方法，本发明的装配式预应力锚索框架梁，可改善梁的截面性能，可以承受更大的锚固力，解决了传统现浇的钢筋混凝土格构梁在遇到锚索锚固力较大情况时，可能在跨中位置被拉裂而导致构件在降水频发地区钢筋易被腐蚀，刚度下降的缺陷；力学性能大大提高。还可降低梁体的厚度或减少受力钢筋，提高材料利用率，从而更加经济。预应力锚索框架梁由若干预制梁体单元相互拼接而成，梁体单元制作更加简易、安装更加轻便、且安装时容易调节，施工周期大大缩短。
Description
技术领域
本发明涉及交通运输工程技术领域，尤其涉及一种用于边坡加固的装配式预应力锚索框架梁制作及施工方法。
背景技术
我国是个多山的国家，高原、丘陵和山地占了我国土地面积约70％，每年都会发生大量的滑坡、崩塌和泥石流灾害。另外，在土建工程中平整场地时常常遇到山体的大开挖、放坡等情况，需要对周边山体进行切削，而切削作业会破坏原有的平衡。为了保证边坡及其环境的安全，必须对边坡采取支护、加固和防护措施。
边坡锚杆(索)索格构加固技术具有布置灵活、格构形式多样、截面调整方便、与坡面密贴、可随坡就势等显著优点，是边坡加固中常用的一种方法。然而现有技术中，采用锚杆(索)索格构梁加固边坡时，其混凝土格构梁的建造方式通常是采用现场浇筑的方式，框架梁钢筋、模板的制安及混凝土的浇筑养护均在现场完成，主要存在以下缺点：
(1)现浇格构梁制作时，由于边坡挖槽、模板加工、钢筋绑扎、混凝土浇筑、养护等工序较多，而施工过程整体机械化程度又低，导致所需施工周期偏长；
(2)现场浇筑工序较多，影响因素多，使得现浇混凝土格构梁的质量得不到保障；
(3)预应力锚杆(索)的张拉须等外锚结构达到设计强度后才能进行，整体施工周期常常由于外锚结构物的养护而严重拖延；
(4)传统现浇的钢筋混凝土格构梁在遇到锚索锚固力较大情况时，可能在跨中位置被拉裂而导致构件刚度下降，影响整体稳固性。
发明内容
针对现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种用于边坡加固的装配式预应力锚索框架梁制作及施工方法，具有简化施工步骤、缩短施工周期、降低施工风险、实现规范化管理生产、保证产品质量、经济实用环保的特点。本发明可代替既有的现浇式锚杆(索)格构梁进行边坡加固，在边坡应急抢险加固中具有突出优势，也适宜在改扩建高速公路进行边坡快速加固施工。
为达到上述目的，本发明提供了一种用于边坡加固的装配式预应力锚索框架梁制作方法，包括如下步骤：
(1)确定预应力锚索框架梁的预制构件单元，预制构件单元包括十字梁与一字梁；
(2)分别按照所述十字梁、一字梁的尺寸参数制作尺寸匹配的定型侧模，砌筑底模；
(3)按照所述十字梁、一字梁的尺寸制备钢筋骨架并安装至所述底模；
(4)安装所述十字梁定型侧模至所述十字梁的底模，分层浇注混凝土；达到预设强度后拆除所述定型侧模，养护混凝土；安装所述一字梁定型侧模至所述一字梁的底模，分层浇注混凝土；达到预设强度后拆除所述定型侧模，养护混凝土；
(5)按照设定预应力值对所述十字梁、一字梁分别进行张拉；
(6)对所述十字梁、一字梁分别封锚；
(7)在处理后的坡面吊装所述预制构件单元，对所述预制构件单元锚索张拉、注浆、封锚，形成预应力锚索框架梁。
进一步地，所述定型侧模采用钢模板或铝模板，在出厂前进行防腐防锈处理、荷载试验和预拼装。
进一步地，所述底模采用红砖进行砌筑，首先进行测量放线定位，然后进行基础找平，砖体砌筑，再采用砂浆抹面。
进一步地，按照所述预制构件单元尺寸制备钢筋骨架包括：进行钢筋筛选，选择满足要求的钢筋及钢绞线下料，焊接钢筋框架并安装钢绞线，对钢筋及钢绞线安装质量进行检查验收；
所述十字梁、一字梁的定型侧模安装至底模包括：钢筋绑扎采用20～22 号铁丝，逐点采用八字形的方式交错绑扎,扎丝不得伸入混凝土内；在钢筋与红砖底模间设置C40砼垫块，C40砼垫块呈梅花形布置，每平米不少于4个，钢筋接头分散布置，且同一截面面积不大于钢筋总截面面积的25％。
进一步地，还包括安装传感器，具体包括：
钢绞线应力计，焊接在钢筋骨架的主筋上，外面套设φ80mm的PVC管， PVC管两端采用聚氨酯发泡剂进行封堵；
钢筋应力计,采用碰焊法固定在钢筋骨架的主筋上，焊接过程进行导线的保护，并用湿毛巾进行对所述钢筋应力计进行物理降温；
混凝土表面应力计，在分层浇注混凝土后，强度达到30MP时，安装至钢筋框架的主筋对应的混凝土表面，采用电钻进行打孔安装；
土压力盒埋设在钢筋框架的纵梁和横梁下，先在需要埋设所述土压力盒的位置开挖4cm深度的圆坑，用细砂填实找平，然后使土压力盒就位固定；就位的土压力盒工作面应与坡面齐平，以便准确测量土压力，保证压力方向与压力盒的轴向一致。
进一步地，分层浇注混凝土包括：
在拌和站集中拌合，混凝土运输车运至现场，采用溜槽的入模方式进行进行浇筑；混凝土分层浇筑，分层捣固，振捣器要垂直地***混凝土内，振动棒要快插慢抽，每一个振动点振捣时间20-30秒，振动棒***下层5-10cm，振动棒移动间距不得超过有效振动半径的1.5倍，每一处振捣直至无气泡冒出为止，边振动边缓慢提出振动棒，避免振动棒碰撞模板、钢筋及其他预埋件；对每一振动部位，振动到混凝土密实为止，密实的标志是混凝土停止下沉，不再冒出气泡，表面呈现平坦、泛浆，不得过振引起混凝土表面翻砂；混凝土捣实收面压光后终凝前，不得受扰动，间断时间不得大于前层混凝土的初凝时间。
进一步地，分层浇注混凝土还包括：
制作混凝土试件，进行强度试压，判断是否满足要求，如果满足则进行预应力张拉作业，如果不满足则查找原因，该混凝土试件作废品处理。
进一步地，养护混凝土包括：混凝土初凝后喷涂养护剂，养护剂用量为 10㎡/kg，养护剂喷涂后两小时再将塑料布覆盖在混凝土外表以防止水分蒸发，养护时间不低于14天；混凝土强度达到2.5MP时拆除所述定型侧模。
进一步地，按照设定预应力值进行张拉包括：首先张拉至设定预应力值的10％，记录所述混凝土伸长值；再张拉至设定预应力值的20％，记录所述混凝土伸长值；最后张拉至设定预应力值，记录所述混凝土伸长值；两端伸长值之和与设计值的差值不大于±6％，若超出此范围，则应找出原因。
进一步地，所述预制构件单元封锚包括：
采用砂轮切割机对钢绞线割束钢绞线切割处距离锚具外端不小于30mm；在封端之前先进行锚穴凿毛，凿毛面积不小于90％，深度不小于5mm，表面无灰浆，凿毛后锚穴须清理干净，封端灌注混凝土前用水清洗湿润；封锚混凝土捣固密实，无蜂窝麻面，抹面压光，封锚后混凝土面与梁端面得的台不超过2mm；封锚混凝土进行保湿保温养护，进行防水处理，锚槽外侧涂刷防水材料。
进一步地，所述预制构件单元，为十字两或一字梁，包括中部主体和均匀沿主体垂直向外两条或四条延伸臂，延伸臂的长度根据需求设置；延伸臂的截面为长方形；中部主体为立方体结构。
进一步地，对所述预制构件单元锚索张拉包括：
对于二级坡，坡比为1:1锚索张拉的初始锚固值为0.26～0.35倍锚固力，对于一级坡，坡比为1:0.75锚索张拉的初始锚固值为0.48～0.6倍锚固力。
进一步地，所述预制构件单元注浆包括：所述预制构件单元的与坡面缝隙注浆进行封堵，间隔垂直距离1m设置排气孔并养护不少于7天；注浆材料配合比为水：水泥:水玻璃：膨胀剂＝12:20:3:0.7，首先在搅拌桶中先加入水用量的80％～90％,开动手持搅拌机，均匀加入膨胀剂，边加入边搅拌，然后均匀加入全部水泥，加入全部粉料后再搅拌2min；然后加入剩余的水，继续搅拌2min；搅拌均匀后，现场进行出机流动度试验，出机流动度范围满足18s ±4s。
本发明另一方面提供一种边坡加固的施工方法，包括：
(1)采用所述的用于边坡加固的装配式预应力锚索框架梁制作方法，制作所需数量的十字梁和一字梁；两个纵向的十字梁之间设置一字梁；
(2)十字梁和一字梁锚孔测量放线，加工锚孔，清理锚孔，锚孔***锚索；
(3)十字梁和一字梁锚孔注浆；
(4)待锚孔内水泥砂浆达到80％以上后，对锚索进行张拉，张拉后将锚索固定于锚具；
(5)锚头封锚。
进一步地，锚孔测量放线包括：锚索间距3m×3m，第一排锚索距离坡顶 2m，最底排锚索距离坡底2m；孔位误差不超过±50mm。
进一步地，加工锚孔过程中对于岩层中采用钻机钻孔，对于易于塌缩孔和卡钻埋钻的地层中采用跟管钻进钻孔；在钻孔机直接操作不到的范围，采用Φ48mm脚手架杆搭设平台，平台用锚杆与坡面固定，钻机用三脚支架提升到平台上；满足钻孔的纵横误差不得超过±50mm，高程误差不得超过±100 mm，钻孔倾角允许误差为±1.0°，方位允许误差为±2.0°；锚杆、锚索与水平面的交角为25°；钻孔孔径、孔深要求不小于设计值，孔口偏差≤±50mm，孔深允许偏差为+200mm。
进一步地，锚索采用φS15.24的钢铰线制作，中间设置φ25PVC注浆管，四周环列钢绞线；每间隔2.0m设置一个隔离环，锚索外套上加定位片以便入孔后居中，末端设置导向帽；每根锚索比设计长度1.5m，以伸出锚具供张拉；
将制作好的锚索从锚孔***，使锚索居中，并距离孔底0.5cm；并在锚孔外预留1.5m长的钢绞线，锚索安放时搬运支点不大于2m，转弯半径不小于 10m。
进一步地，所述锚孔注浆采用水泥砂浆，灰砂比1：1,水灰比0.45～0.5，锚索注浆压力不小于0.5MPa，注浆体的强度满足锚索强度≥35Mpa。
进一步地，对锚索进行张拉包括：待锚孔内水泥砂浆达到80％以上后，预应力锚索进行张拉，对于二级坡锚索张拉的初始锚固值为0.26～0.35倍锚固力，对于一级坡锚索张拉的初始锚固值为0.48～0.6倍锚固力；施加预应力值为设计值得1.1倍，张拉过程中每级分别记录钢绞线的伸长量；并按在张拉后第7天一次补张拉；在张拉时，如果实际伸长值与理论值差别大于± 6％时，暂停张拉，查明原因。
本发明的上述技术方案具有如下有益的技术效果：
(1)本发明的预制格构梁是预应力混凝土格构梁，可改善梁的截面性能，可以承受更大的锚固力，解决了传统现浇的钢筋混凝土格构梁在遇到锚索锚固力较大情况时，可能在跨中位置被拉裂而导致构件在降水频发地区钢筋易被腐蚀，刚度下降的缺陷；力学性能大大提高。
(2)本发明预制的预应力混凝土格构梁还可降低梁体的厚度或减少受力钢筋，提高材料利用率，从而更加经济。
(3)本发明的预制格构梁是由若干预制梁体单元相互拼接而成，梁体单元制作更加简易、安装更加轻便、且安装时容易调节，施工周期大大缩短。
(4)本发明预制格构梁在工厂预制过程中，可以实现规范化管理、生产，使预制格构梁受力和造型上能达到最佳状态，保证了预制格构梁的质量。
(5)本发明进行预制格构梁吊装点比选，优化吊装方案，利于截面优化。
附图说明
图1是装配式预应力锚索框架梁制作流程图；
图2十字梁定型侧模结构示意图；其中(a)为俯视图，(b)为定型侧模长轴方向侧向视图，(c)为定型侧模短轴方向侧向视图；
图3为十字梁、一字梁结构示意图；其中(a)为5.5m*2.9m十字梁主视图；(b)为图(a)的1-1剖视图；(c)为图(a)的2-2剖视图；(d)为一字梁主视图；(e)为图(d)的1-1剖视图；
图4为基于移动信号塔点监控的定位流程图；
图5为钢筋应力计点位布置图；其中(a)为十字梁，(b)为一字梁；
图6为土压力盒点位布置图图；其中(a)为十字梁，(b)为一字梁；
图7为钢绞线张拉过程示意图；
图8为吊点示意图，其中(a)为十字梁，(b)为一字梁；
图9为二级坡受力分析示意图；
图10为一级坡受力分析示意图；
图11为施工流程图；
图12为防护栏杆主视图；
图13为防护栏杆侧向视图；
图14为试验现场坡面结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
新型装配式锚索框架结构作为一项边坡灾害防治新技术，与传统现浇式锚索框架结构相比，施工机械化程度高，质量好，外形美观，能大幅减少边坡施工工期，降低施工期地质灾害风险，提升边坡灾害防治技术水平。新型装配式锚索框架结构对突发边坡灾害应急处置具有显著的优势，是对影响按时通车的突发地质灾害进行提前预防的技术方案，也是全力有序推进项目建设的应急预案。
一、预应力锚索框架梁制作
结合图1，预应力锚索框架梁制作包括以下步骤：
1、确定预应力锚索框架梁的预制构件单元尺寸参数；
根据待加固边坡的尺寸，确定预应力锚索框架梁的铺设范围，确定预制构件单元，预制构件单元由5.5m*2.9m十字梁与2.7m一字梁组成，确定十字梁、一字梁的数量。十字梁、一字梁的结构如图3所示。
2、按照十字梁、一字梁的尺寸参数制作尺寸匹配的定型侧模，砌筑底模；为了保证施工工期及与预制框架梁的外观效果采用砖砌底模与定型侧模相结合的方式，待构件混凝土强度达到2.5MP时即可将侧模拆除，提高模板使用率。十字梁、一字梁的制作方法类似。
2.1预制场场建
根据边坡位置及用地情况，选择预制构件场地。场区规划有原材存放区、钢筋加工区、半成品存放区、构件养护区、构件存放区、厂区道路等6个功能区，并设置看守门室。
预制构件场场进行劳动力、材料、设备配置；
2.2定型侧模加工
根据预制梁设计图纸，委托有资质的厂家定型生产制作，对建筑、结构施工图纸进行详细查阅，对图纸进行深化设计，模板设计时对照工程实际情况考虑模板架体的整体稳定性，模板在出厂前进行防腐防锈处理和荷载试验，并要求生产厂家对模板进行预拼装，以检查设计和加工质量，确保工地施工时一次安装成功，采用了钢模板与铝模板两种方案。定型侧模拼接后的机构如图2所示。
2.3底模施工
预制构件底模采用240*120*115mm红砖进行砌筑，首先测量放线定位→基础找平→砖体砌筑→砖模砂浆抹面。
3.按照所述预制构件单元尺寸制备钢筋框架并安装至所述底模；
3.1钢筋制作
钢筋加工工艺流程如图4：
(1)原材进场
钢筋进场时必须具有出厂质量合格证明书，钢筋表面或每捆(盘)钢筋均应有标识，钢筋表面不得有裂纹、结疤、折痕和锈蚀现象。经检验合格后入场的钢筋按规格、使用部位、编号分别堆放在钢筋加工场的原材存放区内，并按要求设立标志标识牌。
(2)钢筋下料
钢筋下料尺寸严格按照图纸尺寸下料切割，以保证钢筋构件的几何尺寸及受力情况符合设计要求。
钢筋下料时：应按照图纸上钢筋尺寸在钢筋上用粉笔画出钢筋切割线，用切割机切断钢筋。合理安排同规格、同品种钢筋的下料，使钢筋的出厂规格和长度能够得到充分利用。充分计算好各部位的钢筋下料长度，并考虑钢筋弯头处的生产率，减少钢筋的加工误差。根据规范要求和利用接头长度尽量减少钢筋的浪费。
其次，切忌用短尺量长料，避免累计误差，操作前应调整好定尺板位置，先切断1～2根，核对好尺寸后，方可成批生产。钢筋断料后如发现有劈裂、缩头以及严重变形的弯头时，应将该部分切除，钢筋切断长度的偏差应符合设计规定。对于不满足设计要求的钢筋，应重新进行下料。
最后，下料后的钢筋应按照规格、型号、使用部位分别进行有序堆放，在堆放时尽量安排先使用的钢筋放在外面，以节约时间，提高工作效率。
(3)钢筋加工
钢筋在加工前应再次检查钢筋表面，清除钢筋表面油渍、漆污、水泥浆和用锤敲击能剥落的浮皮、老铁锈等。钢筋应平直，无局部折曲。当钢筋需要调直时，调直后的钢筋表面不应有削弱钢筋截面的伤痕。钢筋的弯制与钢筋的连接应符合图纸及规范的要求。
(4)成品检查
加工完成后的钢筋应按照设计要求对钢筋焊缝、尺寸等各项指标进行检查验收，验收合格的钢筋应分类堆放在成品合格区。
3.2钢筋及传感器安装
(1)钢筋安装
钢筋绑扎采用20～22号铁丝，逐点采用八字形的方式交错绑扎,扎丝不得伸入混凝土保护层内；为了确保钢筋保护层厚度，在钢筋与模板间设置同标号的C40砼垫块，呈梅花形布置，每平米不少于4个，钢筋接头必须分散布置，且同一截面面积不得大于钢筋总截面面积的25％。
(2)传感器安装
①钢绞线应力计安装
钢绞线应力计，焊接在钢筋骨架的主筋上，采用φ80mm的高强PVC管外套钢绞线应力计，PVC管两端采用聚氨酯发泡剂进行封堵，防止混凝土包裹应力计。
②钢筋应力计安装
钢筋应力计按照设计图位置，采用碰焊法固定在预制梁主筋上，焊接过程注意进行导线的保护，并同时用湿毛巾进行传感器物理降温，防止温度过高损坏传感器。钢筋应力的位置如图5所示。
③混凝土表面应力计安装
混凝土表面应力计在预制梁混凝土浇筑完成后，强度达到30MP时，按照设计图位置安装至框架梁表面，采用电钻进行打孔，φ8mm膨胀螺丝固定，如图5所示。
④土压力盒安装
土压力盒测试基底土压力的分布规律，如图6，量程为0.5MPa，埋设在框架梁的纵梁和横梁下，先在需要埋设土压力盒的位置开挖比土压力盒稍微大一点的2cm深度的圆坑，用细砂填实找平，然后使土压力盒就位固定。就位的压力盒工作面应与基底面齐平，背面凸出，以便与结构物混凝土浇筑成为整体，保持压力方向与压力盒的轴向一致，以避免偏载造成误差。
4.安装所述定型侧模至所述底模，分层浇注混凝土；达到预设强度后拆除所述定型侧模；养护混凝土；
4.1混凝土浇筑
⑴根据设计图纸要求，混凝土标号为C40，在拌和站集中拌合，混凝土运输车运至现场，采用溜槽的入模方式进行浇筑。
⑵混凝土应分层浇筑，分层捣固，振捣器要垂直地***混凝土内，振动棒要快插慢抽，每一个振动点振捣时间20-30秒，时间不宜过长，以防造成过振翻砂，振动棒***下层5-10cm，以利于上下层混凝土连成一体。移动间距不得超过有效振动半径的1.5倍，每一处振捣直至无气泡冒出为止，边振动边徐徐提出振动棒；避免振动棒碰撞模板、钢筋及其他预埋件。
⑶不能在模板内利用振捣棒使混凝土长距离流动或运送混凝土，以至于引起混凝土产生离析。对每一振动部位，必须振动到该部位混凝土密实为止。密实的标志是混凝土停止下沉，不再冒出气泡，表面呈现平坦、泛浆。但不得过振引起混凝土表面翻砂。
⑷混凝土捣实收面压光后终凝前，不得受扰动。混凝土浇筑应连续进行，如因故必须间断时，其间断时间不得大于前层混凝土的初凝时间。
⑸每次灌注混凝土必须按规范制作同条件试件，进行强度检查，有可追溯性。
4.2混凝土养护
(1)混凝土养护采取喷涂养护剂+塑料薄膜养护的方式，养护时间不低于 14天。
(2)混凝土初凝后喷涂养护剂(养护剂用量为10㎡/kg)，养护剂喷涂后两小时再将塑料布覆盖在混凝土外表以防止水分蒸发，塑料布需覆盖严实、牢固，防止被风吹起而影响养护效果。
5.按照设定预应力值进行张拉；
5.1预应力张拉前准备工作
(1)检查梁体混凝土表面质量，有轻微缺陷允许在预施应力后进行修补处理(如非预应力部位的缺陷或麻面、气泡)，缺陷严重者不得进行此道工序操作。
(2)检查梁体混凝土强度和龄期是否已达设计要求。
(3)千斤顶和油压表在校正期内，无异常现象。
(4)使用配套检验合格的锚具，不得沾有污物。
(5)检查使用的预应力钢绞线是否准确，外露部位不得有损伤、扭结。
(6)清除梁体张拉端锚垫板上杂物，以保证锚具与锚垫板的密贴。
(7)在两端钢绞线(钢绞线不得交错扭转)上装上工作锚具，再将夹片按顺序套在钢绞线上，用20mm的钢管将夹片轻轻打入锚具孔内(要求所有夹片基本整齐一致)，再安装限位板。把钢绞线束穿入千斤顶，锚具中心要与孔道中心对准，调整千斤顶位置，使千斤顶与孔道、锚具位于同一轴线上(三同心)，并使千斤顶与限位板、锚具接触密贴后，在千斤顶端安装工具锚和工具夹片。
5.2预应力张拉
钢束张拉采用张拉力和伸长值双控。根据实际测定的锚下控制应力下对应的千斤顶张拉力。按照设计图纸，首先张拉至设计张拉力的10％，记录伸长值；之后再张拉至20％，记录伸长值；最后张拉至设计应力，保持5min，记录伸长值。后张法低松弛预应力钢绞线张拉程序如图7。
张拉达到设计吨位时，两端实测引伸量之和与设计引伸量的差值不大于±6％，若超出此范围，则应找出原因，必要时与设计部门联系。
6.预制构件单元封锚；
(1)钢绞线割束在压浆前进行，割束必须用砂轮切割机，任何预应力钢筋均严禁电弧烧割，钢绞线切割处距离锚具外端不小于30mm。
(2)在封端之前先进行锚穴凿毛，凿毛要充分均匀，凿毛面积不小于 90％，深度不小于5mm，表面无灰浆。凿毛后锚穴须清理干净，封端灌注混凝土前用水清洗湿润。
(3)封锚混凝土应捣固密实，无蜂窝麻面，及时抹面压光，封锚后混凝土面与梁端面得的台不超过2mm。封锚混凝土应进行保湿保温养护，养护结束后进行防水处理，锚槽外侧涂刷防水材料。
7.在处理后的坡面吊装所述预制构件单元，对所述预制构件单元锚索张拉、注浆、封锚，形成预应力锚索框架梁。
7.1预制梁转运
为方便施工，租用随车吊一台，将预制梁运送至施工现场，转运过程中严格对半成品、成品进行防护。
7.2预制梁吊装
7.2.1吊点选择由于横梁两点吊装时，纵梁的重力荷载和预加力荷载会产生较大的负弯矩，因此经过受力计算采用纵梁两点吊装，如图8。
7.2.2初始锚固力选择
①二级坡(1：1)初始锚固力
坡面情况如图9所示，坡体为中风化板岩层，摩擦系数取0.35(考虑接触面情况复杂进行折减)；坡比为1：1，锚固角度为25°；梁体取5.5x2.9m 十字梁，自重5吨。摩擦系数选择表1所示。
表1摩擦系数
按图9，根据梁体受力平衡计算：
G·sin45°+P2＝N
G·cos45°＝P1+μN
将两式联立可得G与P的关系如下：
当坡面平整时即考虑摩擦力μ＝0.35，整理得：
P＝0.687G＝0.687x5t＝3.435t
若锚固荷载为40t，则初始锚固力不得低于3.435/40＝0.086倍锚固力。
当坡面不平整时即不考虑摩擦力μ＝0，整理得：
P＝2.07G＝2.07x5t＝10.35t
若锚固荷载为40t，则初始锚固力不得低于10.35/40＝0.26倍锚固力。
综上所述，锚固力的最小值为0.26倍锚固力，考虑1.2安全系数，推荐初始锚固值为0.35倍锚固力。
②一级坡(1：0.75)初始锚固力
坡面情况如图10所示。坡体为中风化板岩层，摩擦系数取0.35(考虑接触面情况复杂进行折减)；坡比为1：0.75，锚固角度为25°；梁体取 4.9x2.9m十字梁，自重4.5吨，如表1所示。
根据梁体受力平衡计算：
G·sin37°+P2＝N
G·cos37°＝P1+μN
将两式联立可得G与P的关系如下：
μ(0.602G+Pcos12°)+Psin12°＝0.799G
③当坡面平整时即考虑摩擦力μ＝0.35，整理得：
P＝1.07G＝1.07x5t＝5.35t
若锚固荷载为40t，则初始锚固力不得低于5.35/40＝0.134倍锚固力。
④当坡面不平整时即不考虑摩擦力μ＝0，整理得：
P＝3.84G＝3.84x5t＝19.2t
若锚固荷载为40t，则初始锚固力不得低于19.2/40＝0.48倍锚固力。
综上所述，锚固力的最小值为0.48倍锚固力，考虑1.2安全系数，推荐初始锚固值为0.6倍锚固力。
7.3预制件背衬施工
(1)施工工艺流程
背衬封堵→注浆料拌制→注浆→注浆料养护
(2)背衬封堵
预制梁与坡面缝隙采用砂浆进行封堵，间隔垂直距离1m设置排气孔(兼做观察孔)并养护不少于7天。
(3)注浆材料拌制
①注浆材料配合比为水：水泥:水玻璃：膨胀剂＝12:20:3:0.7，采用手持搅拌机进行浆液的搅拌。
②原材料各组分的称量应准确±1％(均匀质量计)。
③搅拌前，应先清洗设备，清洗后的设备内不应有残渣、积水。
④浆体搅拌操作顺序为：首先在搅拌桶中先加入实际拌和水用量的 80％～90％,开动手持搅拌机，均匀加入膨胀剂，边加入边搅拌，然后均匀加入全部水泥。全部粉料加入后再搅拌2min；然后加入剩余的10％～20％的拌和水，继续搅拌2min。
⑤搅拌均匀后，现场进行出机流动度试验，出机流动度范围应为18s± 4s，流动度符合标准后，即可使用。
(4)注浆
预制梁背衬采用重力式灌浆，为保证注浆密实度分别通过张拉锚垫板注浆孔及预制件顶部进行浆液的灌注，注浆过程密切观察预制梁四周有无漏浆，当发生漏浆时应及时停止注浆，并进行封堵。
二、施工流程
1、施工准备
1.1按照前述装配式预应力锚索框架梁制作方法，制作所需数量的预应力锚索框架梁。
1.2搭设施工脚手架及操作平台
(1)护坡施工操作平台采用扣件式满堂钢管脚手架，钢管为Φ48×3， Q235钢。横向立杆间距为1.1米，框格梁两侧立杆间距为0.8m，纵向立杆间距为1.5m，步距1.5m，立杆底设50mm厚垫木，长度不低于3跨；每12米设剪刀撑一道,剪刀撑搭接长度不低于1m，采用三个扣件连接；离地不大于 200mm设置纵横向扫地杆。结合图12-13。
(2)平台临边防护脚手架搭设：临边护栏采用φ48钢管制作。护栏高度不小于1.2m，立杆间距2m，横杆两道，第一道离地不大于200mm，兼做扫地杆，栏杆纵横杆刷红白相间油漆，长度400mm，护栏下脚做200mm高挡脚板，挡脚板刷红白相间漆，间距100mm。护栏每4米设计一道斜撑。
2.锚孔测量放线，加工锚孔，清理锚孔，锚孔***锚索；
锚索施工由上向下，开挖工作面出来后立即组织钻孔机钻孔，框格梁由下往上施工，若土体自稳不能满足正常施工要求时，框格梁采用分段分台进行施工。在施工过程中，锚索、锚杆钻孔施工对土体有一定的破坏影响，会扰动土体结构，使土体松动，如发生土体坍塌，在开挖中要准备有必要的临时支护措施。
2.1锚孔测量放线
按设计立面图要求，锚索间距3m×3m，第一排锚索距离坡顶2m，最底排锚索距离坡底2m；在锚索施工范围内，起止点用仪器设置固定桩，中间视条件加密，并应保证在施工阶段不得损坏。其它孔位以固定桩为准钢尺丈量，全段统一放样，孔位误差不得超过±50mm。测定的孔位点，埋设半永久性标志，严禁边施工边放样。
2.2钻孔设备
钻孔机具的选择，根据锚固地层的类别、锚杆孔径、锚杆深度、以及施工场地条件等来选择钻孔设备。岩层中采用钻机钻孔成孔；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。
2.3钻机就位
在钻孔机直接操作不到范围采用Φ48mm脚手架杆搭设平台，平台用锚杆与坡面固定，钻机用三脚支架提升到平台上。锚杆孔钻进施工，搭设满足相应承载能力和稳固条件的脚手架，根据坡面测放孔位，准确安装固定钻机，并严格认真进行机位调整，确保锚杆孔开钻就位纵横误差不得超过±50mm，高程误差不得超过±100mm，钻孔倾角和方向符合设计要求，倾角允许误差位±1.0°，方位允许误差±2.0°。锚杆、锚索与水平面的交角为25°。钻机安装要求水平、稳固，施钻过程中应随时检查。
2.4钻进方式
钻孔要求干钻，禁止采用水钻，以确保锚杆施工不至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。
2.5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)、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0.1～0.2MPa)，待水泥砂浆初凝后，重新扫孔钻进。
2.6孔径孔深
钻孔孔径、孔深要求不得小于设计值，孔口偏差≤±50mm，孔深允许偏差为+200mm。为确保锚杆孔直径，要求实际使用钻头直径不得小于设计孔径。为确保锚杆孔深度，要求实际钻孔深度大于设计深度0.2m以上。
2.7锚孔清理
钻进达到设计深度后，不能立即停钻，要求稳钻1～2分钟，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0.2～0.4MPa)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。
2.8锚孔检验
锚杆孔钻孔结束后，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杆孔深度，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。
2.9锚杆体、锚索体制作及安装
(1)锚索制作及安装
1)材料
钢绞线采用φS15.24(s为规定的钢绞线使用型号)高强度低松弛钢绞线，钢绞线标准强度不小于1860MPa，采用无粘结钢绞线，锚具采用OVM15-4 型锚具，每孔设计吨位为400～600kN，注浆管采用φ25PVC管。
注浆用水泥采用P.0.4、2.5级普通硅酸盐水泥。注浆水泥浆水灰比为： 1:0.5。
2)锚索索体的制作与安装
采用φS15.24的高强度、低松驰钢铰线制作，中置φ25PVC注浆管，四周环列钢绞线。每间隔2.0m设置一个隔离环，锚索外套上加定位片以便入孔后居中，末端设置导向帽。
整根锚索长于设计长度1.5m，以伸出锚具供张拉和方便腰梁施工。
3)下锚索
采用人工下锚体的方式。将制作好的锚杆从孔口***，使锚杆居中，并距离孔底0.5cm。下锚索时锚索体由套管作导向，操作人员协调一致，均匀用力往锚孔里推，保证锚索体在孔内顺直不扭曲。将锚索***锚孔内，距离孔底0.5m居中安放好，并在锚孔外预留钢绞线1.5m长，锚索安放时搬运支点不得大于2m，转弯半径最好不小于10m保证锚索在搬运过程中不扭曲变形。下完锚索，用拔管机将套管拔出。下锚索时将注浆管头部用14号铁丝捆住留一弯勾，勾住注浆管，跟随注浆管下入孔底，注完浆后将注浆管轻轻一带，铁丝拉直脱离锚索，便可将注浆管取出，锚索将注浆管预置在锚体中部跟随锚索一起下入孔底。
3.锚固注浆
锚孔注浆采用水泥砂浆，灰砂比1：1,水灰比0.45～0.5，锚杆注浆压力不小于0.4MPa，锚索注浆压力不小于0.5MPa。注浆必须饱满密实，注浆体的强度要求为锚索≥35Mpa。浆液应搅拌均匀，过筛，注浆管路应经常保持畅通。对于稳定时间短的岩体，可采用树脂或早强水泥砂浆粘结。必要时，根椐需要可在浆材中加入适量膨胀剂。砂浆拌制时应现场做好砂浆强度确认试块，养护期满后抗压报监理工程师签认。
采用砂浆泵将浆液输送至孔底，再由孔底返出孔口，待孔口溢出浆液与灌入浆液的浓度、颜色一致时可停止灌浆，或根据拌浆盆内的刻记确定注浆量，灌浆时采用阻塞器封闭灌注。锚索将锚固段和自由段同时注满，套管和孔壁间注满砂浆。锚杆第一次灌浆将锚固段灌满，第二次待张拉锁定后从锚头预留孔口灌入。锚杆第二次灌浆时应循环多次进行直到灌满为止。
4.待锚孔内水泥砂浆达到80％以上后，对锚索进行张拉，张拉后将锚索固定于锚具；
待孔内水泥砂浆强大达到80％以上后预应力锚索进行张拉，预应力锚索进行张拉，对于二级坡锚索张拉的初始锚固值为0.26～0.35倍锚固力，对于一级坡锚索张拉的初始锚固值为0.48～0.6倍锚固力；施加预应力值为设计值得1.1倍，张拉过程中每级分别记录钢绞线的伸长量；并按在张拉后第7 天一次补张拉；在张拉时，如果实际伸长值与理论值差别大于±6％时，暂停张拉，查明原因。。
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，钢绞线切除采用砂轮切割机切断。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。
质量控制
①钻孔前应根据设计要求定出孔位，孔位允许偏差水平方向为±100mm，垂直方向±50mm，锚索下料长度允许误差为±50mm，钻孔倾斜度允许偏差为3％，实际钻孔深度应超过设计长度0.5m。
②预应力锚索浆体采用水泥净浆，锚索施工前应做基本试验，以校核及确定相关设计参数。
③锚固体强度达到设计强度80％，且大于20MPa时方可张拉，一般注浆完成七天(平均气温20度以上时)后可张拉锁定。
④锚固体按锚杆数量每30根锚杆取试件不少于一组，每组试块共6块，规格70.7×70.7×70.7mm。
5.锚头封锚。
张拉到位后锁定，机械切割多余钢绞线，严禁电割、氧割，锚头钢绞线外余≥30cm以防滑脱。采用C30砼封锚，封锚砼厚度不得小20mm后并养护不小于14天。
能够获得的坡面结构如图14所示。一字梁设置在两个十字梁的纵向位置之间，能尽可能减小梁体自重并能满足坡面防护要求。
本发明具有简化施工步骤、缩短施工周期、降低施工风险、实现规范化管理生产、保证产品质量、经济实用环保的特点。本发明可代替既有的现浇式锚杆(索)格构梁进行边坡加固，在边坡应急抢险加固中具有突出优势，也适宜在改扩建高速公路进行边坡快速加固施工。
综上所述，本发明涉及用于边坡加固的装配式预应力锚索框架梁制作及施工方法，本发明的装配式预应力锚索框架梁，可改善梁的截面性能，可以承受更大的锚固力，解决了传统现浇的钢筋混凝土格构梁在遇到锚索锚固力较大情况时，可能在跨中位置被拉裂而导致构件在降水频发地区钢筋易被腐蚀，刚度下降的缺陷；力学性能大大提高。还可降低梁体的厚度或减少受力钢筋，提高材料利用率，从而更加经济。预应力锚索框架梁由若干预制梁体单元相互拼接而成，梁体单元制作更加简易、安装更加轻便、且安装时容易调节，施工周期大大缩短。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。
Claims (19)
1.一种用于边坡加固的装配式预应力锚索框架梁制作方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)确定预应力锚索框架梁的预制构件单元，预制构件单元包括十字梁与一字梁；
(2)分别按照所述十字梁、一字梁的尺寸参数制作尺寸匹配的定型侧模，砌筑底模；
(3)按照所述十字梁、一字梁的尺寸制备钢筋骨架并安装至所述底模；
(4)安装所述十字梁定型侧模至所述十字梁的底模，分层浇注混凝土；达到预设强度后拆除所述定型侧模，养护混凝土；安装所述一字梁定型侧模至所述一字梁的底模，分层浇注混凝土；达到预设强度后拆除所述定型侧模，养护混凝土；
(5)按照设定预应力值对所述十字梁、一字梁分别进行张拉；
(6)对所述十字梁、一字梁分别封锚；
(7)在处理后的坡面吊装所述预制构件单元，对所述预制构件单元锚索张拉、注浆、封锚，形成预应力锚索框架梁。
2.根据权利要求1所述的用于边坡加固的装配式预应力锚索框架梁制作方法，其特征在于，所述定型侧模采用钢模板或铝模板，在出厂前进行防腐防锈处理、荷载试验和预拼装。
3.根据权利要求1或2所述的用于边坡加固的装配式预应力锚索框架梁制作方法，其特征在于，所述底模采用红砖进行砌筑，首先进行测量放线定位，然后进行基础找平，砖体砌筑，再采用砂浆抹面。
4.根据权利要求1或2所述的用于边坡加固的装配式预应力锚索框架梁制作方法，其特征在于，按照所述预制构件单元尺寸制备钢筋骨架包括：进行钢筋筛选，选择满足要求的钢筋及钢绞线下料，焊接钢筋框架并安装钢绞线，对钢筋及钢绞线安装质量进行检查验收；
所述十字梁、一字梁的定型侧模安装至底模包括：钢筋绑扎采用20～22号铁丝，逐点采用八字形的方式交错绑扎,扎丝不得伸入混凝土内；在钢筋与红砖底模间设置C40砼垫块，C40砼垫块呈梅花形布置，每平米不少于4个，钢筋接头分散布置，且同一截面面积不大于钢筋总截面面积的25％。
5.根据权利要求4所述的用于边坡加固的装配式预应力锚索框架梁制作方法，其特征在于，还包括安装传感器，具体包括：
钢绞线应力计，焊接在钢筋骨架的主筋上，外面套设φ80mm的PVC管，PVC管两端采用聚氨酯发泡剂进行封堵；
钢筋应力计,采用碰焊法固定在钢筋骨架的主筋上，焊接过程进行导线的保护，并用湿毛巾进行对所述钢筋应力计进行物理降温；
混凝土表面应力计，在分层浇注混凝土后，强度达到30MP时，安装至钢筋框架的主筋对应的混凝土表面，采用电钻进行打孔安装；
土压力盒埋设在钢筋框架的纵梁和横梁下，先在需要埋设所述土压力盒的位置开挖4cm深度的圆坑，用细砂填实找平，然后使土压力盒就位固定；就位的土压力盒工作面应与坡面齐平，以便准确测量土压力，保证压力方向与压力盒的轴向一致。
6.根据权利要求1或2所述的用于边坡加固的装配式预应力锚索框架梁制作方法，其特征在于，分层浇注混凝土包括：
在拌和站集中拌合，混凝土运输车运至现场，采用溜槽的入模方式进行进行浇筑；混凝土分层浇筑，分层捣固，振捣器要垂直地***混凝土内，振动棒要快插慢抽，每一个振动点振捣时间20-30秒，振动棒***下层5-10cm，振动棒移动间距不得超过有效振动半径的1.5倍，每一处振捣直至无气泡冒出为止，边振动边缓慢提出振动棒，避免振动棒碰撞模板、钢筋及其他预埋件；对每一振动部位，振动到混凝土密实为止，密实的标志是混凝土停止下沉，不再冒出气泡，表面呈现平坦、泛浆，不得过振引起混凝土表面翻砂；混凝土捣实收面压光后终凝前，不得受扰动，间断时间不得大于前层混凝土的初凝时间。
7.根据权利要求6所述的用于边坡加固的装配式预应力锚索框架梁制作方法，其特征在于，分层浇注混凝土还包括：
制作混凝土试件，进行强度试压，判断是否满足要求，如果满足则进行预应力张拉作业，如果不满足则查找原因，该混凝土试件作废品处理。
8.根据权利要求1或2所述的用于边坡加固的装配式预应力锚索框架梁制作方法，其特征在于，养护混凝土包括：混凝土初凝后喷涂养护剂，养护剂用量为10㎡/kg，养护剂喷涂后两小时再将塑料布覆盖在混凝土外表以防止水分蒸发，养护时间不低于14天；混凝土强度达到2.5MP时拆除所述定型侧模。
9.根据权利要求1或2所述的用于边坡加固的装配式预应力锚索框架梁制作方法，其特征在于，按照设定预应力值进行张拉包括：首先张拉至设定预应力值的10％，记录所述混凝土伸长值；再张拉至设定预应力值的20％，记录所述混凝土伸长值；最后张拉至设定预应力值，记录所述混凝土伸长值；两端伸长值之和与设计值的差值不大于±6％，若超出此范围，则应找出原因。
10.根据权利要求1或2所述的用于边坡加固的装配式预应力锚索框架梁制作方法，其特征在于，所述预制构件单元封锚包括：
采用砂轮切割机对钢绞线割束钢绞线切割处距离锚具外端不小于30mm；在封端之前先进行锚穴凿毛，凿毛面积不小于90％，深度不小于5mm，表面无灰浆，凿毛后锚穴须清理干净，封端灌注混凝土前用水清洗湿润；封锚混凝土捣固密实，无蜂窝麻面，抹面压光，封锚后混凝土面与梁端面得的台不超过2mm；封锚混凝土进行保湿保温养护，进行防水处理，锚槽外侧涂刷防水材料。
11.根据权利要求1或2所述的用于边坡加固的装配式预应力锚索框架梁制作方法，其特征在于，所述预制构件单元，为十字两或一字梁，包括中部主体和均匀沿主体垂直向外两条或四条延伸臂，延伸臂的长度根据需求设置；延伸臂的截面为长方形；中部主体为立方体结构。
12.根据权利要求1或2所述的用于边坡加固的装配式预应力锚索框架梁制作方法，其特征在于，对所述预制构件单元锚索张拉包括：
对于二级坡，坡比为1:1锚索张拉的初始锚固值为0.26～0.35倍锚固力，对于一级坡，坡比为1:0.75锚索张拉的初始锚固值为0.48～0.6倍锚固力。
13.根据权利要求1或2所述的用于边坡加固的装配式预应力锚索框架梁制作方法，其特征在于，所述预制构件单元注浆包括：所述预制构件单元的与坡面缝隙注浆进行封堵，间隔垂直距离1m设置排气孔并养护不少于7天；注浆材料配合比为水：水泥:水玻璃：膨胀剂＝12:20:3:0.7，首先在搅拌桶中先加入水用量的80％～90％,开动手持搅拌机，均匀加入膨胀剂，边加入边搅拌，然后均匀加入全部水泥，加入全部粉料后再搅拌2min；然后加入剩余的水，继续搅拌2min；搅拌均匀后，现场进行出机流动度试验，出机流动度范围满足18s±4s。
14.一种边坡加固的施工方法，其特征在于，包括：
(1)采用权利要求1-13之一所述的用于边坡加固的装配式预应力锚索框架梁制作方法，制作所需数量的十字梁和一字梁；两个纵向的十字梁之间设置一字梁；
(2)十字梁和一字梁锚孔测量放线，加工锚孔，清理锚孔，锚孔***锚索；
(3)十字梁和一字梁锚孔注浆；
(4)待锚孔内水泥砂浆达到80％以上后，对锚索进行张拉，张拉后将锚索固定于锚具；
(5)锚头封锚。
15.根据权利要求14所述的边坡加固的施工方法，其特征在于，锚孔测量放线包括：锚索间距3m×3m，第一排锚索距离坡顶2m，最底排锚索距离坡底2m；孔位误差不超过±50mm。
16.根据权利要求14或15所述的边坡加固的施工方法，其特征在于，加工锚孔过程中对于岩层中采用钻机钻孔，对于易于塌缩孔和卡钻埋钻的地层中采用跟管钻进钻孔；在钻孔机直接操作不到的范围，采用Φ48mm脚手架杆搭设平台，平台用锚杆与坡面固定，钻机用三脚支架提升到平台上；满足钻孔的纵横误差不得超过±50mm，高程误差不得超过±100mm，钻孔倾角允许误差为±1.0°，方位允许误差为±2.0°；锚杆、锚索与水平面的交角为25°；钻孔孔径、孔深要求不小于设计值，孔口偏差≤±50mm，孔深允许偏差为+200mm。
17.根据权利要求14或15所述的边坡加固的施工方法，其特征在于，锚索采用φS15.24的钢铰线制作，中间设置φ25PVC注浆管，四周环列钢绞线；每间隔2.0m设置一个隔离环，锚索外套上加定位片以便入孔后居中，末端设置导向帽；每根锚索比设计长度1.5m，以伸出锚具供张拉；
将制作好的锚索从锚孔***，使锚索居中，并距离孔底0.5cm；并在锚孔外预留1.5m长的钢绞线，锚索安放时搬运支点不大于2m，转弯半径不小于10m。
18.根据权利要求17所述的边坡加固的施工方法，其特征在于，所述锚孔注浆采用水泥砂浆，灰砂比1：1,水灰比0.45～0.5，锚索注浆压力不小于0.5MPa，注浆体的强度满足锚索强度≥35Mpa。
19.根据权利要求17所述的边坡加固的施工方法，其特征在于，对锚索进行张拉包括：待锚孔内水泥砂浆达到80％以上后，预应力锚索进行张拉，对于二级坡锚索张拉的初始锚固值为0.26～0.35倍锚固力，对于一级坡锚索张拉的初始锚固值为0.48～0.6倍锚固力；施加预应力值为设计值得1.1倍，张拉过程中每级分别记录钢绞线的伸长量；并按在张拉后第7天一次补张拉；在张拉时，如果实际伸长值与理论值差别大于±6％时，暂停张拉，查明原因。
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