預應力錨索在高速公路邊坡防護中的應用

梅 成 煥

(山西路橋建設集團有限公司陽泉分公司，山西 陽泉 045000)

1 預應力錨固具有的特點

1)預應力錨固通過積極建立的后張預應力場，減少，抑制和消除了自然力場對工程地質(zhì)體或結(jié)構(gòu)造成的危害，從而達到強化和重整附加固體的目的。

2)預應力錨索主動調(diào)整能力強，能夠充分發(fā)揮工程地質(zhì)體或結(jié)構(gòu)本身的潛在穩(wěn)定性，提高其內(nèi)部應力狀態(tài)。預應力錨索可以主動調(diào)整疊加范圍和疊加度后張預應力場和自然力，充分調(diào)用工程地質(zhì)體的潛在自穩(wěn)性，改變其內(nèi)部應力分布特征和尺寸，限制有害變形的發(fā)生，提高工程結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

3)預應力錨具有很多的特性，比如靈活性，而且預應力錨索具有很強的可塑性。預應力錨桿的數(shù)量，位置，深度和方向以及施加的預應力的大小可以根據(jù)現(xiàn)場要求進行調(diào)整，并且可塑性很強。施加到加固物體上的力是別的加固措施難以達到的范圍。

4)預應力錨具通過將結(jié)構(gòu)與地層進行緊密地連接，使其形成一個通用的工作體系。這是一種工程技術(shù)，將工程地質(zhì)體作為工程材料進行處理并改造。

5)預應力錨固以最小干擾和錨固條件實現(xiàn)了加固和穩(wěn)定的目標。因此，預應力錨具作為一種補強技術(shù)，常見于邊坡的防護工程。

6)預應力錨鎖具有廣闊的定位，與其他的工程技術(shù)都有很好的相容性。因其具有良好的界面所以與其他工程技術(shù)相結(jié)而成新的性能補強系統(tǒng)非常有效。

2 預應力錨索設計

因為有著預應力錨索支護結(jié)構(gòu)以及抗滑樁支護結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)，才能在這個基礎上出現(xiàn)發(fā)展起預應力錨索抗滑樁。預應力錨索支護結(jié)構(gòu)是一種具有抗滑能力，減小邊坡?lián)隙?，充分利用邊坡土體自身穩(wěn)定性的柔性支護結(jié)構(gòu)。與普通的預應力錨索截然不同的是，預應力錨索抗滑樁的強度由錨索和抗滑樁的組合來協(xié)調(diào)，由錨索和抗滑樁組合而成。從單體的變形到錨索的協(xié)調(diào)變形以及樁身相互作用，因此在具體的預應力錨索抗滑樁的設計上，計算是較為復雜的。

2.1 預應力錨索預應力的確定

考慮是否將錨索添加到抗滑樁上有兩個主要原因：1)樁頂位移超過設計要求;2)本項目采用較長的錨固段和較大的樁段來解決樁身應力問題。對于較大的問題，增加錨索會降低錨固長度和抗滑樁的橫截面。

2.2 預應力取值的確定

在預應力值問題中需要考慮兩個問題：是否應用預應力;如果它被應用，多少預應力是適當?shù)摹，F(xiàn)列舉如下：短期負荷即最不利負荷，以及常見的滑坡這些附加的滑坡推力和長期荷載統(tǒng)稱為短期荷載。主要包括永久性建筑引起的斜坡自重和滑坡推力荷載。

為了確定錨索預應力值的合理值，必須考慮兩個條件：1)樁頂位移滿足設計要求，即抗滑樁頂部的位移滿足短期負荷下的要求。2)樁中的力分布是否合理。我們由下列方法來確定具體的預應力的取值：a.在短期荷載的作用下，不施加預應力，計算出樁內(nèi)力和樁頂位移，并在此基礎上計算預應力數(shù)值的施工方法。如果不滿足樁頂位移要求，則需要施加預應力;如果樁頂位移滿足要求，則需要比較施加預應力時樁體的內(nèi)力，最后確定其值。b.從第一種情況決定是否施加預應力。條件1：當樁頂位移不符合要求時，應施加預應力。條件2：滿足位移設計要求時，比較預應力后施加于樁體的力是否合理。

2.3 錨索的設計

2.3.1 錨索基本構(gòu)造

1)在我國，常見的預應力錨索由多根高強度鋼絞線(通常每股絞合7股鋼絲)組成，包括自由錨固部分。自由部分可以自由彈性拉伸。它能夠?qū)㈠^固部分的錨固力傳遞給樁體。錨固部分將載荷傳遞至圍巖。這些繩股通常用于低松弛絞線，例如270級和290級繩股。

2)錨由錨頭和錨板組成，可以使預應力錨松弛并承受壓力。常用的錨類型包括HVM，QM和OVM。

3)漿料是在波特蘭水泥中添加的其他添加劑的混合物，主要作用是將載荷從錨轉(zhuǎn)移到基巖。漿材類型包括水泥砂漿和純水泥漿。根據(jù)規(guī)范，抗壓強度不應低于30 MPa。

2.3.2 錨索結(jié)構(gòu)

目前常用的預應力錨索類型可分為全長預應力錨索和非粘結(jié)預應力錨索兩類。預應力錨索全長為整個部分灌漿，錨板的全長不與泥完全接觸。在邊坡防護和基坑支護中，錨索結(jié)構(gòu)較為常見。未交聯(lián)預應力錨索自由斷面錨索的外表面通常涂有黃油等防銹材料，并用PVC管套上將固定砂漿體與錨索(桿)分開，成品可在市場上使用。

在以前，我們通常使用PVC管或波紋管，將其放置在自由段電纜束的外側(cè)，并且管填充有油脂以防止腐蝕，并且自由段和錨定件被灌注兩次。由于施工質(zhì)量難以控制，特別是防腐蝕，自由段與錨固段交匯處可能會出現(xiàn)應力腐蝕問題，因此該結(jié)構(gòu)尚未推廣應用。

目前有前景的一種錨索結(jié)構(gòu)是無粘結(jié)預應力錨索。特別是近年來，通過在錨索的外側(cè)添加一層或兩層波紋管，錨索的耐腐蝕性大大提高。施工方法較簡單，施工質(zhì)量較易控制。

3 在實際邊坡防護中預應力錨索的應用

3.1 工程概況

對于公路路段，最大挖掘深度為60 m。設計地質(zhì)調(diào)查資料為灰色和淺灰色灰?guī)r，路基開挖坡度按照石階坡度設計，開挖邊坡左側(cè)有兩個巖溶洞，漏斗的分布構(gòu)成了不利的地形特征。右坡屬于小型構(gòu)造帶。開挖后，巖質(zhì)邊坡破碎，地質(zhì)變化多，易坍塌，應采用工程措施加以保護，采用預應力錨索加固。

3.2 對于預應力錨索使用

預應力錨索的混凝土施工過程包括鉆孔，編織和下部纜索，灌漿和張拉。實際鉆孔深度比設計值大1 m～2 m，并保持沉渣深度。灌漿用砂漿的比例根據(jù)實際情況確定。下面的混合比例可以是用途：水泥∶砂∶水=1∶1∶0.35～0.4。注漿的工作壓力也應根據(jù)實際情況確定。一般為300 kPa～600 kPa。拉伸需要拉伸和鎖定預應力110%錨索的價值，是因為錨索的應力松弛問題。錨索應力松弛由兩部分組成，一部分是錨索本身的應力松弛，另一部分是預應力錨頭端部巖石和土體的壓縮變形。應力問題松弛也可以通過張緊兩次或更多次來解決，這需要對錨索進行長期的應力監(jiān)測。

3.3 加固效果

為了測試預應力錨索在斜坡上的加固效果，在斜坡上埋入10組監(jiān)測點以記錄錨索的應力。具體數(shù)值見表1。

表1 錨索應力值

從表1可以看出，測力計的讀數(shù)在安裝3 d后有不同程度的增加，然后存在內(nèi)力變小的趨勢，但通常錨索的內(nèi)力確實變化不大。斜坡穩(wěn)定，充分體現(xiàn)了預應力錨索在一定范圍內(nèi)的動態(tài)保護作用，可以改變巖石本身的穩(wěn)定性，改善其內(nèi)部應力狀態(tài)，防止不穩(wěn)定塊體的塌陷和滑動。抑制膨脹的塑性區(qū)，并增加了斜坡的穩(wěn)定性。

4 結(jié)語

本文系統(tǒng)分析了預應力錨索的受力機理，為數(shù)值模擬提供了可靠依據(jù)。巖石的穩(wěn)定性能夠被預應力錨索調(diào)動，保證邊坡的穩(wěn)定性，并且改變內(nèi)部應力變化，保證邊坡的穩(wěn)定性，防止滑坡的發(fā)生。本文介紹了一個預應力施加于高速公路邊坡的防護工程。通過對于本文提到的這一特定工程實踐來看，預應力錨索在邊坡防護中是非常有效的。