淺析預(yù)應(yīng)力錨索在高邊坡防護(hù)中的應(yīng)用

王翠麗

（福建省閩西交通工程有限公司， 福建 龍巖 364000）

1 工程概況

福建省漳州至永安高速公路龍巖段路基土建工程A5合同段起點(diǎn)于蘆芝鄉(xiāng)蘆芝村，終點(diǎn)于和平鎮(zhèn)和平村，起訖樁號(hào)為K88+880～K96+500，全長(zhǎng)7.631km。其中K91+877～K92+140段左側(cè)路塹邊坡最大高度為55.2m，長(zhǎng)度為263m。此處屬于剝蝕丘陵地貌，地表植被發(fā)育，地勢(shì)較陡，山坡坡度約20～40°，邊坡上部為邊坡表層為坡積粘土及砂土狀強(qiáng)風(fēng)化粉砂巖，下部為碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化粉砂巖，風(fēng)化層界面產(chǎn)狀順傾路線，邊坡開挖卸荷較大，容易沿風(fēng)化層界面產(chǎn)生大型滑坡，坡腳地下水出露，因土層遇水后強(qiáng)度容易降低；在開挖及雨季工況條件下邊坡容易失穩(wěn)，必須采取有效的措施進(jìn)行加固處理。

2 邊坡設(shè)計(jì)方案

針對(duì)坡體性狀，結(jié)合強(qiáng)腰固腳加固原則，采用預(yù)應(yīng)力錨索對(duì)邊坡進(jìn)行強(qiáng)加固，并采用半擋墻對(duì)坡腳進(jìn)行加固，在坡腳設(shè)計(jì)仰斜排水孔以加強(qiáng)地下水引排。該邊坡設(shè)七級(jí)邊坡防護(hù)，邊坡垂直高度除了第7級(jí)為7.2m外其余均為8m，邊坡平臺(tái)寬度為2m。各級(jí)邊坡坡率自下而上依次為1:0.75、1:0.75、1:1.0、1:1.0、1:1.0、1:1.25和1:1.25。第6～7級(jí)邊坡修坡后加固采用噴播植草灌防護(hù)方式；第2～5級(jí)邊坡加固采用預(yù)應(yīng)力錨索框架防護(hù)，框架內(nèi)噴播植草；第1級(jí)邊坡坡腳加固采用A型半擋墻加設(shè)仰斜排水孔防護(hù)方式。高邊坡斷面設(shè)計(jì)圖如圖1所示?？蚣艿某叽鐬?m×8m（寬度×高度），每片框架預(yù)應(yīng)力錨索設(shè)置方式為4孔6索，錨索框架混凝土強(qiáng)度為C25，豎肋基礎(chǔ)設(shè)置混凝土墊層5cm厚，框架嵌入邊坡坡體深度為45cm，外露出邊坡面15cm。第2級(jí)、第3級(jí)、第4～5級(jí)高邊坡預(yù)應(yīng)力錨索的設(shè)計(jì)總長(zhǎng)度分別為24m、26m和28m，單孔設(shè)計(jì)軸力均為700kN，錨固長(zhǎng)度均為12m，錨索俯角為20°。預(yù)應(yīng)力錨索的鋼絞線尺寸為15.24mm，強(qiáng)度為1860MPa，鋼絞線性質(zhì)為高強(qiáng)度低松弛無(wú)粘結(jié)，錨索類型為壓力分散型錨索，6索劃分為3個(gè)單元，每個(gè)單元錨索由2根鋼絞線錨固于鋼質(zhì)承載體組成，單根鋼絞線的連接強(qiáng)度＞200kN。

圖1 K91+877～K92+140左側(cè)高邊坡斷面設(shè)計(jì)圖

3 壓力分散型錨索工作原理及優(yōu)點(diǎn)

3.1 壓力分散型錨索工作原理

4孔6索壓力分散型錨索采用的鋼絞線為無(wú)粘結(jié)，單孔布置不同長(zhǎng)度的3個(gè)錨固單元，在錨固長(zhǎng)度范圍內(nèi)設(shè)置鋼質(zhì)承載體，在每個(gè)鋼質(zhì)承載體上對(duì)稱固定2根鋼絞線，單孔一次注漿。對(duì)外錨頭進(jìn)行張拉時(shí)，總拉力通過孔內(nèi)按照一定間距布設(shè)的鋼質(zhì)承載體轉(zhuǎn)化成壓應(yīng)力，注漿體受壓發(fā)生一定變形，從而承擔(dān)巖體產(chǎn)生的荷載。注漿體與巖體之間的剪應(yīng)力通過鋼質(zhì)承載體分散地到各個(gè)錨固單位，使得剪應(yīng)力較均勻分布，避免出現(xiàn)孔壁間應(yīng)力集中現(xiàn)象。

3.2 壓力分散型錨索優(yōu)點(diǎn)

（1）受力合理有助于提高承載力

壓力分散型錨索將較大的拉力通過鋼質(zhì)承載體轉(zhuǎn)化成3個(gè)較小的壓力荷載，使得孔壁間的剪應(yīng)力分布較均勻，有效地降低了注漿體與巖體間的剪應(yīng)力峰值，受力機(jī)制較為合理。與普通拉力型錨索相比較而言，壓力分散型錨索在等同錨固長(zhǎng)度情況下錨固力更大。

（2）有效錨固段長(zhǎng)度可控

壓力分散型錨索在錨固段范圍內(nèi)可以通過合理設(shè)置鋼質(zhì)承載體的間距來(lái)形成有效錨固段，施加的荷載通過錨索傳遞到鋼質(zhì)承載體將預(yù)應(yīng)力施加到巖體上，因此，可以根據(jù)邊坡的情況不同來(lái)合理設(shè)計(jì)錨固長(zhǎng)度。而普通拉力型錨索在8～10m之后的錨固段因應(yīng)力集中導(dǎo)致之后的錨固段的荷載衰減為零，存在無(wú)效的錨固段現(xiàn)象。

（3）防腐耐久性能較好

壓力分散型錨索采用無(wú)粘結(jié)鋼絞線，鋼絞線上涂滿油脂，采用PVC塑料套保護(hù)，錨索張拉時(shí)注漿體為受壓狀態(tài)，注漿體不容易出現(xiàn)開裂現(xiàn)象。而普通拉力型錨索采用有粘結(jié)鋼絞線，錨索張拉時(shí)注漿體為受拉狀態(tài)，注漿體很容易出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，因此，與普通拉力型錨索相比較而言，壓力分散型錨索的防腐耐久性能較好。

（4）張拉鎖定后能夠重新調(diào)整預(yù)應(yīng)力

壓力分散型錨索開始張拉時(shí)可以先預(yù)張拉1～2次，使得鋼絞線平直，各部位接觸緊密，接著按照分階段分單位進(jìn)行差異分步張拉，最后鎖定錨索。而普通拉力型錨索直接按照設(shè)計(jì)次序分階段張拉鎖定。在錨索長(zhǎng)度等同情況下，壓力分散型錨索的自由張拉段為全長(zhǎng)范圍，而普通拉力型錨索的自由張拉段只是其中一部分，因此壓力分散型錨索的預(yù)應(yīng)力損失較小。

（5）經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)顯著

在鉆孔長(zhǎng)度相同的前提下，由于壓力分散型錨索分為3個(gè)單元，錨固段長(zhǎng)度逐步縮短，而普通拉力型錨索為通長(zhǎng)布設(shè)，因此，壓力分散型錨索的費(fèi)用相對(duì)減少。相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，在同一工況下，與普通拉力型錨索比較而言，壓力分散型錨索總造價(jià)節(jié)省約10～20%，具有較明顯的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。

4 預(yù)應(yīng)力錨索施工技術(shù)

4.1 基本試驗(yàn)

基本實(shí)驗(yàn)的主要目的是根據(jù)邊坡巖土層實(shí)際分布情況來(lái)驗(yàn)證邊坡設(shè)計(jì)的合理性與可行性。包括施工工藝、工作錨索的安全系數(shù)、錨索的性能、設(shè)計(jì)質(zhì)量及錨索在搬運(yùn)與安裝中抗物理破壞的能力等，對(duì)相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行校核，分析錨索錨固力的各種影響因素，對(duì)錨索極限承載力進(jìn)行確定。對(duì)基本試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，如果發(fā)現(xiàn)問題應(yīng)采取一定措施進(jìn)行完善。在K91+877～K92+140段邊坡典型斷面上選取3個(gè)試驗(yàn)孔，1～3號(hào)試驗(yàn)孔鉆孔長(zhǎng)度分別為14m、14m和16m，錨固段長(zhǎng)度分別為3m、4.5m和6m。試驗(yàn)孔錨索試驗(yàn)時(shí)應(yīng)詳細(xì)記錄各級(jí)荷載作用下錨頭的位移，以便對(duì)邊坡設(shè)計(jì)合理性進(jìn)行驗(yàn)證。3個(gè)試驗(yàn)孔錨索在試驗(yàn)過程中均未出現(xiàn)錨固體被拉動(dòng)現(xiàn)象，張拉荷載均超過1.5倍設(shè)計(jì)拉力，錨頭位移均≤1mm，邊坡設(shè)計(jì)合理。

4.2 錨孔鉆造

邊坡按照設(shè)計(jì)坡度分階開挖，開挖的高程采用水準(zhǔn)儀全程準(zhǔn)確測(cè)量，修坡后，搭設(shè)鋼管腳手架，腳手架的承載力及穩(wěn)定性應(yīng)滿足施工要求。根據(jù)錨孔的設(shè)計(jì)樁號(hào)在坡面上全部測(cè)量放線出來(lái)，采用鐵釬和油漆進(jìn)行標(biāo)記，錨孔的縱橫向偏差≤±50mm，標(biāo)高偏差≤±lOOmm。將潛孔鉆機(jī)牢固地安裝在腳手架上，調(diào)整鉆機(jī)的傾角及方位，傾角偏差≤±1°，方位偏差≤±2°。錨孔的直徑為150mm，鉆壓為20kN，風(fēng)壓為0.6MPa，轉(zhuǎn)速為20～40rpm，風(fēng)量為12m3/min，采用無(wú)水干鉆方式鉆進(jìn)，鉆進(jìn)過程中應(yīng)詳細(xì)記錄巖土層變化、鉆壓、鉆速和地下水等情況，遇到塌孔應(yīng)立即停鉆，上報(bào)監(jiān)理工程師后，采用跟管鉆進(jìn)成孔工藝或采用注漿固壁處理后24h重新施鉆。錨孔鉆進(jìn)深度應(yīng)比設(shè)計(jì)深度超深0.5m，鉆機(jī)鉆至孔底時(shí)應(yīng)穩(wěn)鉆1～2min，保證孔底直徑滿足設(shè)計(jì)要求。鉆孔結(jié)束后采用高壓空氣將孔內(nèi)的巖屑和地下水清孔干凈，錨孔的孔位、孔徑、孔深、傾角和方位經(jīng)監(jiān)理工程師復(fù)核合格后即可下錨。

4.3 錨索制作與安裝

本工程3個(gè)單元錨固段L1=L2=L3=4m，自由段長(zhǎng)度分別為12m、14m和16m，鋼絞線的下料長(zhǎng)度為錨固段長(zhǎng)度+自由段長(zhǎng)度+1.5m，鋼絞線采用砂輪機(jī)進(jìn)行切割，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)尺寸準(zhǔn)確下料，下料長(zhǎng)度偏差≤±50mm，鋼絞線應(yīng)順直，不同單元錨索制作時(shí)應(yīng)做好可靠的標(biāo)記。錨固段的擠壓簧和擠壓套應(yīng)安裝準(zhǔn)確，按照設(shè)計(jì)尺寸定位鋼質(zhì)承載體，限位片與鋼質(zhì)承載體之間采用拉桿栓接固定，在錨索體尾端設(shè)置導(dǎo)向帽，導(dǎo)向帽與鋼質(zhì)承載體之間采用點(diǎn)焊方式固定。在鉆孔孔口位置設(shè)置1個(gè)架線環(huán)，自由段范圍架線環(huán)的布設(shè)間距為1.0～1.5m，架線環(huán)應(yīng)綁扎牢固。注漿管采用直徑為25mm的PVC管，要求管材耐壓≥4MPa，注漿管順著錨索體的中軸安裝，尾端插入導(dǎo)向帽深度為5～10cm，注漿管應(yīng)綁扎牢固，所有鋼質(zhì)部分均涂刷防銹漆。錨索體應(yīng)順直，無(wú)扭曲和扭轉(zhuǎn)現(xiàn)象，錨索體經(jīng)監(jiān)理工程師檢查合格后即可運(yùn)輸?shù)藉^孔處進(jìn)行安裝。嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)的傾角和方位采用人工的方式將錨索體緩慢平順推進(jìn)錨孔，下錨過程中嚴(yán)禁扭轉(zhuǎn)和抖動(dòng)，下錨應(yīng)連續(xù)施工，避免中途停頓。

4.4 錨孔注漿

錨索注漿采用水灰比0.4～0.5的純水泥漿，水泥漿體強(qiáng)度為40MPa，水泥漿應(yīng)攪拌均勻。注漿壓力為2.0MPa，注漿方法為孔底返漿，當(dāng)新鮮的水泥漿從孔口溢出時(shí)即可停止注漿。當(dāng)孔口水泥漿出現(xiàn)回落現(xiàn)象時(shí)，應(yīng)在30min內(nèi)孔底壓漿2～3次，確保注漿飽滿。

4.5 錨索框架施工

錨索框架嵌入邊坡坡面深度為45cm，外露15cm。框架放樣刻槽后其基礎(chǔ)底面鋪設(shè)一層厚度為2～5cm的水泥砂漿找平，個(gè)別架空部位采用C25混凝土補(bǔ)平。錨墊板、波紋鋼管和螺旋鋼筋按照設(shè)計(jì)要求與框架的鋼筋固定牢固，混凝土振搗應(yīng)密實(shí)。拆模后應(yīng)及時(shí)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)天數(shù)不能低于7天?？蚣荛g設(shè)置變形縫，縫寬為2cm，填縫材料為浸瀝青木板。

4.6 錨索張拉鎖定

當(dāng)框架混凝土強(qiáng)度和注漿體強(qiáng)度達(dá)到80%設(shè)計(jì)強(qiáng)度（驗(yàn)收試驗(yàn)錨孔應(yīng)達(dá)到100%設(shè)計(jì)強(qiáng)度）即可開始張拉作業(yè)，錨索張拉方法采用差異分步張拉，根據(jù)錨索長(zhǎng)度和設(shè)計(jì)荷載計(jì)算出差異荷載△P1和△P2，3單元的錨索預(yù)應(yīng)力根據(jù)差異荷載補(bǔ)足后按照規(guī)定分5級(jí)加荷張拉。錨索正式張拉之前，應(yīng)先預(yù)張拉6根鋼絞線1～2次，加荷為15%的設(shè)計(jì)張拉荷載，使得鋼絞線完全平直及各部件相互之間接觸緊密。卸掉預(yù)張拉荷載，對(duì)長(zhǎng)束鋼絞線補(bǔ)足△P1差異荷載進(jìn)行張拉。隨后，對(duì)長(zhǎng)束和中束鋼絞線補(bǔ)足△P2差異荷載進(jìn)行張拉。補(bǔ)足差異荷載后，按照25%、50%、75%、100%和110%的設(shè)計(jì)張拉力（700kN）對(duì)6根鋼絞線同時(shí)分級(jí)加荷張拉，第5級(jí)荷載張拉應(yīng)持荷穩(wěn)定10～15min后卸荷鎖定。所有張拉過程中均應(yīng)測(cè)量出鋼絞線的伸縮量和錨頭位移，后者測(cè)量次數(shù)≥3次。最后一級(jí)持荷過程中，錨頭位移≤1mm。錨索鎖定后如果48h內(nèi)預(yù)應(yīng)力出現(xiàn)明顯損失現(xiàn)象，采用補(bǔ)償張拉來(lái)調(diào)整預(yù)應(yīng)力。

4.7 封錨

錨索鎖定后，采用砂輪機(jī)切除多余的鋼絞線，錨頭和錨墊板的空隙采用水泥漿填充飽滿，錨具和鋼絞線采用C25混凝土封頭。

5 錨索質(zhì)量檢測(cè)和邊坡監(jiān)測(cè)

錨索的長(zhǎng)度經(jīng)實(shí)測(cè)均滿足設(shè)計(jì)要求。在試驗(yàn)荷載達(dá)1050kN（1.5倍設(shè)計(jì)荷載）時(shí)，實(shí)測(cè)總位移量符合規(guī)范要求，錨索抗拔力滿足設(shè)計(jì)要求。張拉鎖定荷載作用下，錨索的伸長(zhǎng)量符合規(guī)范要求，錨頭未破壞。錨索質(zhì)量檢測(cè)結(jié)果為合格。在高邊坡上按照設(shè)計(jì)要求設(shè)置4孔JCI～JC4錨索預(yù)應(yīng)力監(jiān)測(cè)孔和6孔ZK1～ZK6深孔位移檢測(cè)孔進(jìn)行邊坡穩(wěn)定監(jiān)測(cè)，錨索預(yù)應(yīng)力值穩(wěn)定未見損失降低現(xiàn)象，深孔位移未見明顯滑動(dòng)變形現(xiàn)象，邊坡巖體和錨墩未見明顯變形，在歷經(jīng)數(shù)次強(qiáng)降雨和暴雨惡劣氣候后，邊坡未見明顯變形現(xiàn)象，邊坡穩(wěn)定。

6 結(jié)束語(yǔ)

K91+877～K92+140段左側(cè)路塹高邊坡采用預(yù)應(yīng)力錨索框架防護(hù)方式，跟傳統(tǒng)拉力型錨索對(duì)比而言，壓力分散型錨索受力更為合理，錨固段荷載分布較均勻，在復(fù)雜地質(zhì)情況下能夠增大錨固力；注漿體受力狀態(tài)為受壓，注漿體不易開裂；各單位錨固段錨索長(zhǎng)度不同，經(jīng)濟(jì)性良好。實(shí)踐表明，預(yù)應(yīng)力錨索框架是一種理想的高邊坡防護(hù)方式。