预应力锚索在边坡加固中的应用

张宏伟

0 引言

在边坡加固措施当中，预应力锚索是一种使用较为广泛的施工方法。这种方法适用于加固坡度较陡，在施工过程中易产生滑塌的深路堑边坡，与其他方法相比，预应力锚索具有施工方便灵活、强度高、稳定性好等特点。目前，预应力锚索已广泛应用于铁路、公路工程的边坡加固当中。

1 工程概况

武九客车联络线站前工程DK12+727.5～DK12+810段右侧边坡地处剥蚀低丘，地形较陡，岩体为强风化粉砂岩，节理裂隙发育。一二级边坡设计坡度为1∶1.25，坡顶最大高差34 m，框架梁预应力锚索加固，总计93孔，一级边坡锚索长 20 m，二级边坡锚索长15 m，锚孔直径110 mm，每孔3根钢绞线，锚固段长9 m。锚索体与水平面的夹角为20°，锚索竖向间距 3 m，沿线路纵向间距4 m，设计吨位300 kN。锚梁为C30钢筋混凝土梁，纵梁为8 m与10 m两种。

2 作用机理

预应力锚索主要由锚固段、自由段和外锚段(张拉段)三部分构成，外锚段由锚具和钢筋混凝土框架梁组成。

锚索采用高强度低松弛的预应力钢绞线制作，自由段钢绞线涂抹黄油，外套波纹管，锚固段每1 m间隔设置扩张环，每两个扩张环间用铁丝绑扎以增大钢绞线与浆体的摩阻力。锚固段作为锚索拉力的固定端应嵌入稳定的岩体中，通过灌注水泥砂浆使钢绞线与稳定岩体连为一体。外锚段通过锚具锁定钢绞线，并由锚梁将拉力分散至边坡上，从而达到加固边坡的效果。

3 施工工艺

3.1 施工器械

QZJ-100B型潜孔钻、压风机、注浆泵、砂浆搅拌机、LC-3/300型千斤顶，千斤顶经九江市计量所校验合格。

3.2 施工工艺及流程

预应力锚索施工工序见图1。

3.2.1 测量定位

由挖掘机分级开挖边坡，人工配合修整坡面。根据预应力锚索坡面布置图，将锚孔位置准确测设出来，锚孔位置误差不超过±10 cm。

3.2.2 钻孔

1)钻孔前先搭设钻机作业平台，平台要满足承载要求，同时能保证在钻机工作时有较好的稳定性。根据测量点位固定并调整钻机位置，倾角允许误差在±2°以内。2)钻孔采用干钻方式匀速钻进，在钻进过程中，根据高压风吹出来的岩粉记录不同深度的地层状况。在二级边坡钻孔过程中，当第7号～第9号孔钻进到8 m左右处时，作业人员发现吹出的岩粉为淡黄色，并伴有颗粒较大的原状石块混杂其中，判定前方进入岩层破碎带，发生了塌孔。此时立即停止作业，撤出钻头并插入导管，注入水泥和水玻璃混合浆，注浆压力0.2 MPa，待24 h后重新钻进。3)孔深:为确保锚索锚固长度，钻孔深度要超出锚索设计长度0.2 m。

3.2.3 清孔

钻孔结束，逐根拔出钻杆和钻具。用一根聚乙烯管复核孔深，并以高压风吹孔，待孔内粉尘吹干净，拔出聚乙烯管，塞好孔口，防止杂物落入孔内。

3.2.4 锚索制作安装

锚索在钻孔的同时于现场进行编制，锚索采用3根杭州浙锚预应力有限公司生产的高强度低松弛的预应力钢绞线(φ=15.24 mm)制作，经江西铁建工程检测有限公司检测，钢绞线强度均大于1 860 MPa，符合设计要求。内锚固段采用波纹形状，张拉段采用直线形状。钢绞线截取长度为锚固段+自由段+外露张拉段(1.5 m)。截好的钢绞线平顺地放在作业台架上，量出内锚固段和自由段长度，分别作出标记;在内锚固段的范围内安装扩张环，间距1 m，两扩张环之间绑扎铁丝一道;自由段涂强力防腐涂料，用波纹管穿套，内涂黄油;最后，在波纹管两端缠绕工程胶布封闭。

在向锚索孔装索前，核对锚索编号是否与孔号一致，以免将15 m长锚索放入20 m深的锚孔内。确认无误后，再以高压风清孔一次，人工缓缓将锚索放入孔内，用钢尺量出孔外露出的钢绞线长度，计算孔内锚索长度，误差控制在5 cm范围以内，确保锚固长度。

3.2.5 注浆

注浆采用M40水泥砂浆，选用P.O52.5普通硅酸盐水泥和中粗砂，水泥砂浆的水灰比通过试验确定为0.48∶1。浆液要搅拌均匀，随搅随用。锚索安装时应先将注浆管出口用胶布封住，以免阻塞。注浆采用孔底返浆法，注浆压力保持在0.5 MPa左右。注浆结束前稳定5 min～10 min，必要时可适当加入添加剂。实际注浆量一般要大于理论注浆量，以锚具排气孔不再排气且孔口浆液溢出浓浆作为注浆结束的标准。如一次注不满或注浆后产生沉降，要补充注浆，直至注满为止。注浆完毕后，将自由端锚索用胶带缠绕防止锈蚀。

3.2.6 施工锚梁

先采用跳槽方式开挖同一高度的锚梁基础，清除浮土之后绑扎钢筋，在插入钢筋骨架的锚索自由段插入φ=110 mm的孔口PVC管，如遇锚梁钢筋干扰，适当调整钢筋间距，预埋锚垫板，安装模板，浇筑C30混凝土。在浇筑过程中，锚孔处横纵1 m范围内的锚梁混凝土要振捣均匀。锚梁施工完成后进行养护。

3.2.7 锚索张拉

当水泥砂浆达到设计强度(不少于10 d)，并且锚梁混凝土强度达到设计强度的70%时，锚索才能进行张拉。锚索张拉分五级进行，各级张拉力分别为设计张力的25%，50%，75%，100%及110%，张拉前先计算出锚索各级张拉力对应的千斤顶油压表读数，千斤顶压力表与油泵的线性回归方程如下:

其中，F为施加荷载值，kN;P为压力表读数，MPa。

对应各级拉力为:75 kN，150 kN，225 kN，300 kN，330 kN;

计算出油压表读数:6.9 MPa，13.3 MPa，19.8 M Pa，26.3 MPa，28.9 MPa。

张拉前，锚具安装应与锚垫板和千斤顶密贴对中，千斤顶轴线与锚孔及锚索体轴线在一条直线上，确保同轴承载均匀，必要时用钢质垫片调整。

张拉时，每级间隔2 min～5 min，最后一级间隔30 min，并分别记录每级张拉时钢绞线的伸长量。锚具采用杭州浙锚预应力有限公司生产的OVM15-3型锚具。

3.2.8 补张拉、锁定及封锚

第一次张拉锁定后30 d左右，进行一次补偿张拉以弥补锚索的预应力损失。

通过补偿张拉能减小预应力损失。补偿张拉后锁定，从锚具量起，留出长10 cm的钢绞线，其余部分用机械切割。最后用水泥净浆注满锚垫板及锚头各部分空隙，并用C30混凝土封锚。

4 结语

本工程高边坡DK12+727.5～DK12+810段预应力锚索施工，锚孔总计93孔，于2009年11月份完工。从现场情况来看，边坡稳定，未出现滑移现象，锚索结构可靠，锚梁平顺美观，两者结合的施工工艺符合要求，达到了预期目标。

[1] GB 50330-2002，建筑边坡工程技术规范[S].

[2] TB 10414-2003，铁路路基工程施工质量验收标准[S].

[3] 常瑞杰.预应力锚索加固高边坡施工技术[J].铁道标准设计，2004(7):18-19.