山区高速公路路堑边坡加固预应力锚索施工技术探讨

曹金海

摘 要：文章主要简述了山区高速公路预应力锚索技术，概述高速公路路堑边坡加固工程中预应力锚索施工技术要点及其质量管理与控制办法，并着重介绍压力分散型预应力锚索的施工工艺和工程应用。

关键词：路堑边坡加固，预应力锚索，压力分散型，技术，质量控制

前 言：

随着高速公路向山区的延伸，不可避免地要出现大量的路堑高边坡路段，从而，边坡稳定性问题就非常突出。本文基于山区高速公路预应力锚索技术的工程实践，简要概述高速公路路堑边坡加固工程中预应力锚索施工技术要点及其质量管理与控制办法，并着重介绍压力分散型预应力锚索的结构特点和工程应用。

2、岩土锚固技术——压力分散型锚索

近年来，锚固工程技术在岩土工程生产实践中大量推广和应用，并取得成功，积累了较为丰富的经验。岩土锚固技术，是在锚喷支护技术基础上发展起来的。在岩土体的利用、整治和改造工程活动中，使之具备服务功能的加固工程技术的总称。锚喷支护技术在 20 世纪40 年代初期起源于国外，20 世纪60 年代在国内开始应用于工程实践。经过约40 年的研究与实践，我国的岩土锚固工程技术获得了明显的进歩和发展，尤其是，近20 年来，由于各相关行业发展速度较快，锚固技术取得了大量的成功实践经验和理论与试验研究成果。

锚杆支护技术，主要是在结构、材料与施工工艺上进行了改进，向受力合理、快速承载、适用性强、效率高的方向发展，以适应不良地质环境工程建设或特殊工程结构的需要。如非预应力锚杆发展到预应力锚杆，大大提高了锚固强度和主动防护特征；精轧螺纹钢锚杆，不仅提高了锚杆的承载力，而且根据需要进行套接，使锚杆的长度可以达到20m 或更长，且施工方便，工效显著；自钻（进）式锚杆的应用，对于成孔困难的地层之锚孔钻造技术，提供了有效的技术保障，并具有良好的加固效果。

预应力锚索的设计承载力，从 600kN 发展到6000kN；设计长度，从10m 余发展到70 m 余。相应锚具、钻具设备也有较大的发展和改善，锚具从预压式发展为自锁式；张拉千斤顶从600kN 发展到6000kN；潜孔冲击钻机，从中压气动发展到高压气动；扩孔钻头，从偏心擴孔发展到同心扩孔；加强灌浆提高锚固力，从一次高压灌浆发展到二次高压灌浆；灌浆技术和设备也得以逐步完善和提高。

近年来，我国预应力锚索工程技术获得了良好的应用和发展。预应力锚索，根据锚固体的受力状态，可分为摩擦型锚索和承压型锚索两大类。按照锚筋体结构的传力特征，一般可分为拉力型锚索、压力型锚索和荷载分散型锚索；荷载分散型锚索又可分为拉力分散型锚索、压力分散型锚索和拉压分散型锚索；此外，还有剪力型锚索，也有归之为荷载分散型锚索。

在山区高速公路路堑边坡锚固工程中所设计的预应力锚索，主要为压力分散型锚索。下面着重介绍压力分散型预应力锚索的结构特点和工程应用。

压力分散型锚索的锚索体是采用无粘结钢绞线，其主体结构由自由段和相对锚固段组成。较简单的压力分散型锚索是在不同长度单元的无粘结钢绞线末端连接固定承载体（由承载板和挤压套组成）；在锚索体经灌浆固定后，当以一定规律分配荷载张拉对应承载体的无粘结钢绞线单元时，设置在锚孔中不同部位或深度的承载体将拉应力转换为压应力并通过浆体材料传递到锚固地层，从而，使张拉荷载以压力的型式分散地传递至锚固地层，提供工程需要的锚固力。如图1 所示。

压力分散型锚索结构一般由二个以上单元锚索组成，每个单元锚索常采用两根高强度、低松弛的无粘结钢绞线（直径15.24 mm，强度1860 MPa）通过特制的挤压簧和挤压套对称的内锚于钢质承载板上组成。如三单元结构，各单元锚索的固定长度分别为L1，L2，L3（一般L1=L2=L3），共同组成复合型锚索的锚固段。钢质承载体采用45#钢加工制作，厚度不小于2 cm。如图1（B）所示。对于各单元内锚承载体结构组装，早期的施工是用铁丝将安装挤压套后的钢绞线单元对绑缚于钢质承载板上组成承载体，施工费时且较粗糙，固定质量不易控制，并将影响荷载分布与承力效果。

图1 某边坡加固工程压力分散型预应力锚索结构图

3、 预应力锚索施工技术与质量控制

预应力锚索施工主要包括施工准备、锚孔钻造、锚筋制安、锚孔注浆、混凝土结构钢筋制安、混凝土浇灌、锚索张拉锁定和验收封锚等工作流程。其中有两个主要环节，一是锚孔成孔，二是锚孔注浆，锚孔成孔的技术关键是如何防止孔壁坍塌、卡钻；注浆的技术关键是如何将孔底的空气、岩土沉渣和地下水体排出孔外，保证注浆饱满密实。下面简要介绍压力分散型锚索主要工序流程的施工技术及质量控制要点。

3.1 施工准备

进行预应力锚索施工前应做好施工组织设计，明确施工方法、施工工艺、工序流程、人员组织和施工设备、材料、试验、监测安排及安全、质量管理。接着，申请单项工程开工，开工条件包括开工报告、锚筋材料试验、浆体材料试验、配合比试验、相关机械设备等。在此应注意张拉设备及有关机具应进行标定。在单项工程开工申请批复后，按设计要求先进行锚索（杆）基本试验，即抗拔拉破坏试验。在基本试验锚孔施工完成后，在锚固浆体达到28 d

龄期且锚墩混凝土强度达到80%后进行试验。

基本试验的目的在于验证设计采用的工作锚索（杆）的性质和性能、施工工艺、设计质量、设计合理性以及所提供的安全储备，同时考虑有关搬运、储存、安装和施工过程中抗物理破坏的能力。施工中必须认真做好基本试验工作，并及时向业主、监理和设计部门提交基本试验报告。基本试验锚孔的位置应由监理工程师和设计代表现场确定。

3.2 锚孔验收封锚

验收试验的目的是检验施工质量是否达到设计要求，也称现场验收试验或质量控制试验，它是针对所有工程锚索（杆）进行的；通过验收试验，可获知锚索（杆）受力大于设计荷载时的短期锚固性能，以及满足设计条件时锚索（杆）的安全系数。将验收试验结果与基本试验结果进行恰当的对比，可作为锚索（杆）长期性能评价的参考。

3.3验收试验设备和方法：

试验设备包括张拉千斤顶、油压表、油泵和用于连接它们的高压油管，以及相关变形量测系统和固定设施。张拉设备投入正式使用前，应由具有相应资质的计量单位进行标定，且在有效期内，并应绘制压力表读数与系统出力曲线。

验收试验对张拉系统的精度要求一般较高，试验时对锚索施加应力和变形需要几种设备同时进行测定，如精度较高的油压表、压力传感器、千分表、油标卡尺、挠度计等。

验收试验可选择下述两种方式之一进行试验：业主委托具有相关试验经验业绩的边坡锚固工程专业单位或部门进行验收试验。在有关业主、监理和设计代表的指导和监督下由施工单位组织进行验收试验。验收试验应按有关规范和规定要求认真做好记录，并提交试验报告，供工程验收使用。

3.4 验收试验的规定和要求：

（1） 验收试验锚索（杆）数量不少于工程锚索（杆）总数的5%，且不得少于3 根。验收试验锚索（杆）孔位应在指定边坡或项目工程全部工程锚索（杆）范围内由业主、监理和设计代表根据普遍性和代表性的原则进行随机抽样。

（2） 验收试验应分级加荷，起始荷载宜为锚索（杆）设计荷载的30%，分级加荷值分别为设计荷载的0.5，0.75，1.0，1.2，1.33 和1.5 倍，最大试验荷载不能大于锚筋承载力標准值的0.8 倍。对于压力分散型锚索，要求以设计张拉荷载计算补足差异伸长量（张拉荷载）后同步张拉至锚索（杆）设计荷载的30%作为起始荷载。如果最大差异张拉荷载大于设计荷载的30%，则以最大差异张拉荷载作为起始荷载。

（3） 验收试验中，当荷载每增加一级，均应持荷稳定10 min，并记录位移读数。最后一级试验荷载也应维持10 min。如果在历时10 min 内位移超过1 mm，则该级荷载应再维持50 min，并在15，20，25，30，45 和60 min 时记录其位移量。

（4） 验收试验中，从50%设计荷载到最大试验荷载之间所测得的总位移量，应当超过该荷载范围内锚筋自由段长度的预应力筋理论弹性伸长量的80%，且小于自由段与1/2 锚固段长度之和的预应力筋的理论弹性伸长值。对于压力分散型锚索，锚固段伸长应视为零，其自由段应分单元按实际全长计算。大量的工程实践表明，对于土质或类土质及破碎锚固地层，考虑锚孔轴向压缩与锚固段孔壁剪切变形特性，其实测上限值一般比理论上限值偏大

5～10%，应具体情况具体分析。

（5） 在最后一级荷载作用下的位移观测期内，锚头位移稳定，即在历时10 min 内位移不超过1mm，或者2 h 蠕变量不大于2 mm。

（6） 如果试验结果同时满足上述4，5 两款条件，则认为验收试验锚索（杆）合格；如发现一孔试验锚索（杆）不能同时满足上述4，5 两款条件，则需增加抽样三孔锚索（杆）进行验收试验，直至验收试验锚索（杆）全部同时满足上述4，5 两款条件，方可认为验收试验锚索（杆）合格。

如果发现验收试验锚索不合格，则应及时上报有关部门并调查分析产生原因，根据实际情况具体分析，对指定验收工程锚索做如下处理：

① 报废或重新安装；

② 降低锚固力使用；

③ 进行补救性重新张拉等其他特殊处理措施。

在全部工程锚索（杆）经抽样进行验收试验并符合上述有关规定和要求条件后，方可按照有关设计要求张拉锁定程序进行张拉锁定和封锚工作。对验收试验锚索（杆）一般应从1.50 倍设计荷载全部退荷至零后，再重新进行张拉锁定作业。在封锚作业前，应对锚头空隙进行补充注浆充填密实，然后按照设计要求进行封锚作业。

4、结束语：

综上所述，山区高速公路高边坡防护工程设计因钻探资料有限，地质、水文等资料的不确定性，防护工程设计具有复杂性、特殊性，且锚索、锚杆加固费用前期投入相对较高，根据实际开挖的的地质情况进行动态设计与信息化施工是非常有必要的，可保证边坡加固做到既安全可靠，又经济合理。

参考文献：

【1】梁炯鋆. 锚固与注浆技术手册[M]. 北京：中国电力出版社，1999

【2】原国家冶金工业局主编.锚杆喷射混凝土支护技术规范（GB50086-2001）[S]. 北京：中国计划出版社，2001