公路高边坡施工中预应力锚索技术的应用

李运富

引言

预应力锚索是利用锚索张拉力的施加，起到岩土体加固的作用，及使其状态稳定或改善内部应力状况的一种支挡结构。作为一种承受拉力的杆状构件，锚索主要利用钻孔、注浆体在深度稳定地层内固定钢绞线，通过张拉加固体表面钢绞线出现预应力，来实现稳定加固体及降低变形等问题的出现。自上个世纪40年代以后，预应力锚索技术得到了广泛地应用，如隧道、地下工程、边坡工程等。高边坡施工作为公路工程建设的重要组成部分，在其施工中往往会出现滑坡现象，将预应力锚索技术直接用于滑坡治理，可有效提升公路工程质量，延长公路工程施工年限。本文主要对预应力锚索加固结构类型、技术应用进行了分析与探究。

一、预应力锚索加固结构类型

锚索紧固头通常在承力结构物上进行固定，也就是外锚结构。通常选用钢筋混凝土结构作为外锚结构，其具有多种不同结构形式，施工结构形式选择必须严格按照加固边坡岩土情况进行确定，如桩、墙等。

1、预应力锚索桩

锚索与锚固桩为预应力锚索桩的重要组成部分，因预应力锚索设置于桩的上部，可约束桩变形现象，并对悬臂桩受力、变形状态进行有效改善，达到桩截面、埋设深度减少的目的。在滑坡治理、基坑支护及高填方支挡、高边坡加固施工中预应力锚索桩得到了广泛地应用。根据横向变形约束地基系数伐对锚索桩进行设计计算。其计算假设关系有两点：第一，假设每根锚索桩可对相邻2桩滑坡推力及岩土侧向压力进行最大限度承受，其中滑坡推力、岩土侧向压力等为作用于桩上的力，这种情况下，可对桩体自身重量等不进行计算；第二，桩、锚固段桩周岩、锚索等作为一个系统结构，受横向变形约束的弹性地基梁为桩，锚拉点桩位移等同于锚索伸长。

2、预应力锚索地梁

在钢筋混凝土条形梁、格子梁及锚索结合加固边坡设置锚索锁定头，这种结构被叫做锚索地梁，如图1所示。

图1 锚索地梁加固边坡示意图

这种结构是通过锚索地梁，利用锚索上施加的预应力向稳定地层内传送，以此达到边坡加固的作用。该结构的特点为均匀受力等，在地基承载力不足或边坡松散的情况应用效果最佳。

3、预应力锚索板

锚索板是指在钢筋混凝土垫板和锚索结合加固边坡上设置的锚索锁定头，在滑坡、边坡加固中预应力锚索板得到了广泛地应用。按照被加固边坡地基承载力大小对预应力锚索板面积进行确定，其公式如上所示。

根据中心有支点单向受弯构件进行预应力锚索板内力的计算，同时双向进行预应力锚索板布筋作业，并对连接预应力锚索板和钢垫板的部分承压及冲切强度进行计算。

二、工程案例

某公路工程施工路段路堑边坡处于中低山貌区，斜坡状为其地形，25度到35度之间为其坡度范围。55厘米为地形相对高度，52厘米为边坡开挖最大深度，850厘米到950厘米之间为地面标高的平均范围。该路段具有较为软弱的边坡岩石，极易出现风化及泥化情况，通过数据显示，滑岩层为其岩体形式，具有较差的坡体稳定性，同时滑坡地段分布着较为丰富的地下水。为达到加固该公路高边坡的目的，本文主要选用预应力锚索技术进行施工，利用OVM—4型夹片锚具进行公路高边坡预应力体系的建立，同时选用高强低松弛钢绞线、胶结式锚固段进行施工。450KN为各个锚索设计吨位，相比设计吨位，超张拉应力可控制在468KN左右。梁斜托、锚固段等为预应力锚索的重要框架。9.5米为锚索固体段的长度，各个孔进行4根钢绞线的设计，选用C30钢筋混凝土作为框架梁斜托，选用水泥砂浆（M40）作进行内锚固段施工。在孔口外设置梁斜托，其功能为将张拉力提供给锚索。

三、公路高边坡施工中预应力锚索技术的应用

预应力锚索技术作为公路高边坡加固施工的重要组成部分，其技术水平的高低将直接影响到公路工程的整体质量，甚至影响到公路事业的可持续发展。为此，在公路高边坡施工中，相关部门及施工单位必须重视预应力锚索施工，规范施工流程，采取科学有效的措施，有效提升施工质量，实现公路建设的社会效益与经济效益。

1、设备选择

因该工程具有高度较大、较陡的边坡，可选用较强适应性的轻型设备进行施工，如YG800型全风动潜孔钻机。由于这种钻机具有较轻的重量，可达到提升整机的目的。通过对钻机方向、倾角等进行有效调整，可对设计规定进行最大限度满足。因钻机属于全风动动力，较为单一，在移动过程中较为便捷。在公路工程高边坡施工中，严禁有水出现在钻孔施工，为降低施工成本，增加施工效率，可选用污水钻进方式进行施工，并对钻孔配套设施进行简化。

2、钻孔

作为锚索施工的重要组成部分，钻孔施工中，公路锚索孔设计直径为Φ115米，25度为其角度，3.5米x4米为锚索间距，15度為其坡度，由此可见，可选用风动干钻方式进行钻孔施工。应确保钻孔深度等与施工规定相符。定位、钻进及钻孔冲洗为钻孔的主要流程。定位是指钻孔前，利用尺子进行测量，并将钻机专业钢管设置在脚手架上，按照设计规定进行定位施工。安装就位钻机后，应对倾角、方位角进行及时调整，确保其符合施工规定后，应进行钻进施工。选用统一配置的钻杆进行钻进作业，严格遵循锚索设计长度进行钻杆长度的确定，应确保其整齐排列，放置过程中不能出现歪斜状况。逐一对各个钻杆进行钻孔施工，完成后，应确保孔深与施工要求相符，并冲洗钻孔。可选用高风压管向孔底插入的方式进行施工，可同时进行插入与吹风施工。

3、锚索组装

钢绞线为锚索组装的材料（钢绞线下料长度=锚固段长度+自由段长度+张拉段长度），下料长度偏差可控制在5厘米以下。钢绞线通过除锈处理，随后在组装台顺直放置，可将一层防锈漆刷在自由段上，并进行油脂涂抹。最后进行PR防护管安装，选用封口胶带对钢绞线自由端、锚固段连接位置进行缠绕，利用铁丝捆扎，防止管内流入水泥浆。遵循施工规定，进行钢绞线的正确排列安装，并在锚索间放置注浆管，锚索前进行导向帽安装。完成安装锚索作业后，进行编号牌的挂设。

4、放置锚索

锚索需在锚孔成孔进行放置。可利用硬塑料管向孔底伸入，通过压缩空气将孔内岩屑吹出，随后在孔内平放锚索，确保外露长度符合施工要求。在吹孔施工中，如出现碎石掉落，无法顺利放入锚索，可先放置锚索再进行吹孔作业。

5、锚索灌浆

作为锚索施工的重要阶段，锚索注浆质量的优劣将对锚索承载力造成直接的影响。通常选用水泥浆、水泥砂浆进行锚孔灌注施工，一定程度上水泥砂浆配合比与材料质量将对锚杆粘结强度与防腐效果造成极大的影响。由于水泥砂浆具有较差的流动性，极易出现注浆管堵塞现象。为此，锚索注浆施工中，必须对水泥砂浆质量、浆液性能等进行充分了解。水泥浆体材料选择必须遵循设计规定进行，根据本工程实际情况，可选用普通硅酸盐水泥进行施工。二次高压劈裂注浆法的应用，可对地层锚固力进行有效提升。完成锚孔钻进施工后，应立即安装锚索体及进行锚孔注浆作业。二次劈裂注浆法，主要通过注浆强度进行劈裂注浆时间的有效控制，并封堵二次注浆管锚固段，并进行花孔设置。在二次注浆施工中，选用镀锌铁管及钢管作为高压注浆管，根据掺入量进行注浆材料的添加。

6、锚索张拉、锁定及封锚

选用高强度、低松弛钢绞线作为预应力锚索边坡施工的材料。520.8kN为锚索张拉控制力，张拉程度与设计规定相比，应多出10%。按照锚索材料与锁定力大小进行张拉设备的选择，选择过程中应对其通用性能进行充分考虑。张拉设备在张拉施工前必须进行标定，千斤顶小于1000kN标定时，可选用2000KN的压力机，标定数据和设计规定偏差必须控制在2%以下。张拉速度控制在每分钟40KN左右，相比设计拉力，张拉力为其20%以下，逐级增加张拉荷载，直至完成张拉作业。完成张拉、锁定作业后，必须及时检查锚具、夹片及钢绞线的质量，钢绞线可选用手砂轮机切断，并进行彻底清理作业，锚头封闭可选用C30混凝土进行施工。

四、结束语

综上所述，随着工程建设规模的不断扩大，越来越多的公路工程呈现出地质复杂的特点，高边坡施工作为公路工程加固施工的重要内容，其施工是否符合施工规定，对工程建设质量具有至关重要的作用。现阶段，因多种因素的影响，我国滑坡现象较为严重，并带来了巨大的财产损失及人员伤亡。为此施工单位必须重视公路工程高边坡施工，选用科学有效的技术进行施工，如预应力锚索技术，作为一种新型技术，该技术在公路高边坡施工中的广泛应用与推广，为灾害预防提供了強有力的技术保障。

（作者单位：郑州市路通公路建设有限公司）