压力分散型预应力锚索在边坡治理工程中的应用

王宏贵 赫晓光

（中国水电顾问集团中南勘测设计研究院有限公司，湖南 长沙 410014）

0 引言

锚索网格梁由框架、挡土板、锚索和墙后土体组成，属于轻型支挡结构。其立面图如图1 所示。挡土板所受的土压力通过锚头传至锚索，再通过锚索周边砂浆的握裹力传递至水泥砂浆中，然后通过锚固段周边底层的摩擦力传递到锚固区的稳定地层中，以承受土体或水体对结构施加的压力，从而利用底层深处的锚固力。该类支护体系将传统的被动支护变为充分利用土体本身自稳能力的主动支护，有效地控制了土体位移。

图1 预应力锚索网格梁支护结构立面图

1 工程背景

某公路工程K0+620～K0+700 段路基开挖后，受连续强降雨影响，边坡变形显著，坡面局部滑塌，边坡后缘出现贯通拉裂缝，坡面出现剪出口，严重危及路基施工和运营安全，需采取工程防护措施。根据勘察资料，该段为覆盖层边坡，组成物质主要为粉质粘土夹崩、碎块石，边坡区域地震动峰值加速度为0.10g，相应的地震基本烈度为Ⅶ度。该边坡各岩土层物理力学参数如表1 所示。

表1 各岩（土）层物理力学计算参数

2 边坡治理方案

根据该边坡地质条件及稳定分析成果，拟采用预应力锚索网格梁结构对其进行加固处理。锚索按3m×3m 间距矩形布置，设计拉力为920kN。综合考虑施工方便等各种因素，实际设计锚索倾角为35°。边坡稳定分析方法依据JTGD30-2004《公路路基设计规范》进行，典型断面滑动面搜索结果如图2 所示。

3 压力分散型锚索设计

根据锚索受力及构造要求，拟定单根锚索设计轴向拉力为920kN，锚索材料采用预应力钢绞线（fptk为1860MPa），锚杆与水平面夹角为35°。

图2 典型断面边坡稳定性分析结果

根据初步试算结果，因本边坡锚索设计张拉力较大，边坡地质条件一般，若采用常规锚索，所需锚固段长度将超过15m，已经远大于规范容许值。为确保锚索结构安全，本次设计采用压力分散型预应力锚索，每根锚索锚固区由5 个锚固体组成。单个锚固体设计锚固力为920/5=184kN。

3.1 锚索索体面积确定

根据JTG D30-2004《公路路基设计规范》5.5.4 条：

锚索材料选用ØS15.2 1×7 标准型预应力钢绞线（fptk为1860MPa），每组锚索共需2 根钢绞线，实际锚索面积为140×2×5=1400mm2，采用10ØS15.2 钢绞线。

根据锚索钢筋保护层构造等要求，拟定锚索钻孔直径为160mm。

3.2 锚索锚固长度确定

岩土层与注浆体间粘接长度根据JTG D30-2004 《公路路基设计规范》5.5.4 条计算确定。因锚固区穿越了强风层及中风化层，单个锚固体所需的锚固长度应按强风化层及中风化层的地层与锚固体的粘结强度frb分别计算。

强风化层frb取为150kPa

中风化层frb取为250 kPa

注浆体与锚杆体间粘接长度应满足：

M30 水泥砂浆与钢绞线之间的粘结强度设计值fb为2.95MPa

根据以上计算结果，取单个锚固体段长度在强风化层中为5.1m，中风化层中为3.1m。

3.3 锚索总长度确定

根据JTG D30-2004《公路路基设计规范》5.5.4 条，锚杆自由段长度受稳定地层界面控制，其长度不得小于5m。根据该公路K0+610～K0+700 处地质情况，稳定地层埋深较大。设计出于安全考虑并结合锚索布置情况，自由段长度取为6～12m。根据实际情况并考虑施工方便，锚索总长度分为三种：30m、34m、38m。

4 结论

下伏基岩较软弱的区域，锚索通常因没有较好的锚固条件而难以实施。本文将压力分散型锚索与锚索网格梁结构相结合，应于基岩软弱地区的公路边坡治理工程中，取得了较好的工程效果。

［1］朱彦鹏，罗晓辉，周勇，编.支挡结构设计[M].高等教育出版社，2008.

［2］朱彦鹏，王秀丽，周勇，编.支挡结构设计计算手册[M].中国建筑工业出版社，2008.

［3］中华人民共和国行业标准.JTGD30-2004 公路路基设计规范[S].北京：人民交通出版社，2004.

［4］中华人名共和国国家标准.GB 50010-2010 混凝土设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2011.

［5］许英姿，唐辉明.格构梁与预应力锚索复合结构的设计方法研究[J].中南公路工程，2004，29(2)：1-4,27.