預應力體系在高邊坡防護中的應用與分析

摘 要：預應力體系是高邊坡防護的一種重要手段，無論是在鐵路還是在公路領域，其應用越來越廣泛。本文結合永寧高速公路高邊坡防護工程現(xiàn)場實際施工經(jīng)驗，簡要的介紹了預應力體系的工作原理、施工工藝等，如有類似工程，可供參考。

關鍵詞：預應力體系；高邊坡防護；應用

中圖分類號：TV554 文獻標識碼：A 文章編號：1671-3362（2013）12-0237-02

1 概述

永寧高速公路位于福建省境內(nèi)，地勢復雜，地形起伏大，施工過程中，深開挖路塹邊坡較多，在高速公路深開挖路塹邊坡施工過程中經(jīng)常產(chǎn)生邊坡推移和滑塌，為保證邊坡的穩(wěn)定，我們考慮使用預應力體系進行加固，即預應力錨索和預應力錨桿。

2 預應力體系的工作原理

預應力體系是一種把錨筋體埋入巖層內(nèi)部進行預加應力的施工技術，傳遞主體結構的支護應力到深部穩(wěn)定巖層的主動支護方式。預應力體系支護能使結構物與圍巖連鎖在一起共同作用，能使圍巖發(fā)揮更大的承載作用，有利于表面結構的穩(wěn)定，并把結構和共同工作的圍巖介質(zhì)組成復合體，被結構錨固的巖層能更有效的承受負荷產(chǎn)生的剪力和拉力，而且這些力的傳遞深度也比未經(jīng)錨固結構的作用更加突出。

3 預應力體系的結構

預應力體系分為預應力錨桿和預應力錨索兩種，下面以圖示的方法簡要的介紹一下兩者的結構組成（如圖1、圖2）。

4 預應力體系的施工工藝

4.1 施工準備

首先，施工前應做好施工組織設計；做好相關材料的試驗；其次，試驗孔具體位置由監(jiān)理和設計代表現(xiàn)場確定，使試驗孔可代表工程孔錨固地層實際情況。試驗孔自由段不注漿，錨固段與自由段之間設置止?jié){帶，錨固段外側應設置引排氣管，排氣管伸入錨固段內(nèi)5～10cm；然后是進行抗拔拉破壞試驗。

4.2 錨孔鉆造

錨孔鉆造前應嚴格按照設計孔位、傾斜角度布設錨孔位置；鉆孔的過程中嚴格控制鉆進速度；在鉆孔的過程中，如果發(fā)現(xiàn)塌孔，應立即停止鉆進，采用注漿固壁處理，重新鉆進；鉆孔的孔徑、深度應不小于設計要求，而且應超鉆30～50cm；鉆孔完成后及時用高壓風槍清空，將孔內(nèi)的巖粉以及水全部清理干凈。

4.3 錨筋體的制作

本工程預應力錨索采用無粘結高強度低松弛鋼絞線；預應力錨桿采用高強精軋螺紋鋼。錨筋體加工注意事項：

（1）錨筋下料整齊準確，鋼絞線預留張拉段長度為1.5m，高強精軋螺紋鋼預留張拉段長度為0.5m。

（2）壓力分散型多單元錨索加工過程中在每單元錨筋體上應做好明顯標記，以供后續(xù)施工時區(qū)分，標記應該清晰準確。

（3）對于預應力錨索的制作，沿鋼絞線每隔1～1.5m處應布置一個架線環(huán)，在錨孔處必須布置一個架線環(huán)，以保證錨索在孔內(nèi)直順，無纏繞現(xiàn)象。

（4）注漿管應沿鋼質(zhì)承載體中部穿過，直至穿過導向帽5～10cm，導向帽與錨索端部鋼質(zhì)承載體可靠連接，且應留有溢漿孔，以保證孔底反漿，并做好防銹處理。

（5）預應力錨桿制作過程中應每隔1.5～2m設置一處對中器，以保證桿體居中，有足夠的保護層厚度。

（6）自由段錨桿外側應采用刷漆等措施進行防銹處理。

4.4 錨孔注漿

4.4.1 注漿材料

一般情況下采用水灰比為0.5：1的純水泥漿，當?shù)叵滤^多的情況下，可以采用水泥-水玻璃雙漿液注漿；注漿材料中應加入聚丙烯腈纖維，每方摻入量為1.8～2.0kg。

4.4.2 注漿注意事項

注漿材料應嚴格按照試驗合格的配合比進行攪拌，漿體稠度應在現(xiàn)場使用稠度儀檢驗，一般為14～18s；每批注漿都應進行漿體強度檢驗，按照注漿量留取試件；錨孔注漿必須采用孔底返漿方法，直至孔口有新鮮漿液溢出；嚴禁從孔口注漿，注漿壓力應符合設計要求；注漿完成后，如果發(fā)現(xiàn)孔口漿面回落，應在30min內(nèi)進行補注。

4.5 錨筋張拉鎖定

4.5.1 張拉工作程序

預張拉（10%～20%）。設計張拉荷載→第1步差異荷載張拉→第2步差異荷載張拉→第n步差異荷載張拉※25%設計荷載張拉→50%設計荷載張拉→75%設計荷載張拉→100%設計荷載張拉→110%設計荷載張拉→持荷穩(wěn)定10～15min，卸荷鎖定，如有應力損失，及時進行補償張拉。

預應力錨索張拉時根據(jù)單元數(shù)確定差異荷載的張拉次數(shù)，預應力錨桿張拉時無差異荷載，預張拉完成后，可直接進行25%設計荷載張拉，然后按照上述步驟進行張拉。

4.5.2 張拉計算實例

4.5.2.1 壓力分散性3單元預應力錨索的張拉計算

例：鋼絞線根數(shù)n=6根，鋼絞線強度：fpk=1860MPa，單根鋼絞線截面積：140mm2，鋼束總長20m，錨固段長度8m，鋼絞線彈性模量：Ep=1.95×105MPa，預應力錨索單孔設計張拉力為700kN，給定最終張拉（設計鎖定）荷載作用下單根鋼絞線束荷載P（kN）：P=700/6=116.7kN。

差異荷載與差異伸長量的計算：

第1單元錨索長度為：20m；第2單元錨索長度為：20-8/3=17.3m；第3單元錨索長度為：20-2×8/3=14.7m。

由每單元伸長量計算公式：= 可知：

由差異伸長量計算公式：可知：

以此為例，逐級可以計算50%、75%、100%、110%級伸長量。

4.5.2.2 預應力錨桿的張拉計算

相對于預應力錨索的張拉，預應力錨桿的張拉比較簡單，不存在差異荷載以及差異伸長量，下面舉例說明預應力錨桿的張拉計算：

例：某高速公路某高邊坡防護，預應力錨桿單孔設計張拉力350kN，錨筋長度為14m，錨固段長度為6m，錨筋型號Φ32mm高強精軋螺紋鋼筋，單根鋼筋截面面積804.2mm2，鋼筋彈性模量E=2.0×105MPa。

假設千斤頂油壓表校準方程為：Y=0.0523X+0.1

根據(jù)上述求得的差異荷載以及各級張拉力和伸長量，按照張拉程序逐級張拉，每一步均應記錄好伸長量以及油壓表讀數(shù)，張拉過程采用張拉力和伸長量雙控制的原則，張拉力為主控，張拉伸長量為輔助，在達到設計張拉力時，相應的伸長量允許波動范圍是±6%，如果超出此誤差，則應查找原因，卸載后重新張拉；

4.5.3 預應力體系張拉注意事項

（1）錨筋體正式張拉前，應取10%～20%的設計張拉荷載進行預張拉，對其進行預張拉1～2次，使其各部位接觸緊密；

（2）錨筋體的張拉應在注漿體以及框架結構強度達到80%以上方能開始；

（3）錨筋體張拉過程中，加載每級張拉荷載后均應持荷穩(wěn)定5～10min，直至伸長量不發(fā)生變化時量取伸長量值，以求數(shù)據(jù)的準確性；

（4）錨索張拉時應根據(jù)現(xiàn)場監(jiān)理工程師的要求，預留檢測孔，檢測孔錨筋體不張拉，安裝好錨具等待檢測，預留的數(shù)量為3%的坡面錨孔總數(shù)量。

（5）張拉過程中所有施工人員禁止正對錨孔站立，禁止非施工人員進入施工影響范圍內(nèi)，以防發(fā)生意外。

4.6 封錨

在相關單位檢測合格后，可以進行封錨施工，程序為：錨筋體切割（錨具外保留長度為2～3cm）→補注漿（波紋鋼管內(nèi)部注漿，本程序易遺漏，應嚴格控制?。凑赵O計尺寸自制模具，封錨。

5 高邊坡動態(tài)觀測

在高邊坡施工過程中以及運營期間，均應做好高邊坡動態(tài)觀測，并及時整理分析動態(tài)觀測的數(shù)據(jù)，以監(jiān)測錨筋體以及被錨固對象的工作狀態(tài)以及穩(wěn)定性，從而達到安全可靠和經(jīng)濟合理的目的。

6 結語

永寧高速公路高邊坡防護工程成熟的使用了預應力體系，無論是在高液限土地質(zhì)情況還是在砂土狀強風化花崗巖地質(zhì)情況，均有效的提高了邊坡的穩(wěn)定性，較好的防止了高邊坡土體的變形和滑移。目前永寧高速公路已經(jīng)處于收尾階段，高邊坡防護工程也處于尾聲，預應力體系安全、經(jīng)濟、美觀、工藝成熟的特性得到了完美的體現(xiàn)。現(xiàn)將筆者在施工過程中總結的一些知識進行整理，望領導和同事們予以批評指正。

參考文獻

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[3] 福建省永安至寧化高速公路兩階段施工圖設計[M].福建省交通規(guī)劃設計院.

作者簡介：曹寶棟 （1985-），男，2009年7月畢業(yè)于西安工業(yè)大學?，F(xiàn)就職于內(nèi)蒙古交通職業(yè)技術學院道路橋梁工程系。