预应力锚杆、锚索在高边坡防护中的应用

曾伟华

【摘 要】预应力锚杆（索）已经是高边坡防护工程中越来越重要的手段，结合揭普高速公路第10标预应力锚杆（索）在高边坡防护工程中的施工实践，介绍其施工工艺和施工注意事项，可供类似工程参考。

【关键词】预应力锚杆；高边坡防护；高速公路

1.概述

在高边坡工程中，当潜在的滑体沿滑动面的下滑力超过抗滑力时，将会出现沿滑动面的滑移和破坏。为了保持边坡的稳定，一般采用大量削坡直至达到稳定的边坡角或设置支挡结构。在很多情况下单纯采用削坡或挡墙往往是成本高或难以实现的。这时可采用锚杆（索）进行加固。

2.锚杆的结构

锚杆是一种将拉力传至稳定岩层或土层的结构体系，主要由锚头、自由段和锚固段组成。

（1）锚头：锚杆外端用于锚固或锁定锚杆拉力的部件，由垫墩、垫板、锚具、保护帽和外端锚筋组成。

（2）锚固段：锚杆远端将拉力传递给稳定地层的部分锚固深度和长度应按照实际情况计算获取，要求能够承受最大设计拉力。

（3）自由段：将锚头拉力传至锚固段的中间区段，由锚拉筋、防腐构造和注浆体组成。

（4）锚杆配件：为了保证锚杆受力合理、施工方便而设置的部件，如定位支架、导向帽等。

3.锚杆（索）加固边坡的应用

在土层中，边坡安设锚杆（索）后提高了边坡安全。在岩体中，因为岩石存在严重差异，岩石边坡可能出现失稳及破坏模式，如：滑移、倾倒等。锚杆轴线与岩石主结构面或潜在的滑移面呈大角度相交，以抵抗边坡失稳和破坏。锚杆在边坡加固中通常与其它支挡结构联合使用，如：锚杆与钢筋混凝土桩联合使用，构成钢筋混凝土排桩式锚杆挡墙；锚杆与钢筋混凝土格架联合使用形成钢筋混凝土格架式锚杆挡墙等。

4.工程应用实例

4.1 工程概况

揭普高速公路第10标里程桩号为K31+500～K37+000，线路总长5.5Km，本标段地势起伏较大，有多处高边坡开挖及防护工程。锚杆（索）工程在本标段有较多的运用。

K33+424～K33+769线路左侧为5级边破，路面至坡顶最高距离为45.08m，岩石破碎，多裂隙，有土石夹层。防护形式：第1级坡面垂直8m，坡率1：0.5，锚杆框架梁防护；第2、3、4级单级垂直10m，坡率1：0.75，预应力锚索防护，底梁支护。第5级坡面垂直7.08m，坡率1：0.75，底梁锚杆防护。该坡面非预应力锚杆4488m，预应力锚索10604m。

K35+120～K35+300高边坡设计为4级边坡防护，第1～3级为非应力锚杆防护，第4级为拱形骨架防护边坡，岩层走向及边坡开挖面反倾，但较破碎，属较稳定边坡，属锚杆抗倾防护。

4.2 锚杆（索）施工

以K33+424～K33+769左侧高边坡为例谈锚杆（索）施工锚杆施工质量的好坏将直接影响锚杆的承载能力和边坡稳定安全，在施工前选择适宜的施工方法，认真组织施工。锚杆施工包括施工准备、造孔、锚杆制作与安装、注浆、锚杆锁定与张拉等五个环节。

4.2.1 施工前的准备工作

施工前的准备工作是指施工前的调查和施工组织设计两部分。施工前的调查是为施工组织设计提供必要资料，其内容包括：锚固工程计划、设计图、边坡岩土性状等资料是否齐全；施工场地调查，施工对交通的影响情况；施工用水、用电条件调查等。

4.2.2 施工工艺

（1）钻孔

按照设计桩号采用拉线尺量，结合水准测量进行放线，并用铁钎和油漆标记准确定位锚孔位置。钻机严格按照设计孔位、倾角和方位准确就位，采用测角量具控制角度，钻机导轨倾角误差不超过±1°，方位误差不超过±2°。锚孔钻造完成后及时进行锚筋体安装和锚孔注浆，原则上不超过24小时以避免长时间搁置造成塌孔。

（2）锚杆制作与安装

首先按要求的长度切割钢筋，并在外露端加工成螺纹以便安放螺母，然后在杆体上每隔1～3m安放隔离件以使杆体在孔中居中，最后对杆体按要求进行防腐处理，这样棒式锚杆的制作便完成。

（3）注浆施工

锚固的注浆是锚杆施工过程的重要环节，注浆质量将直接影响锚杆的承载能力。锚孔一般采用水泥浆或水泥沙浆灌注，浆液的拌合成分、质量和灌注方式在很大程度上决定了锚杆的粘结强度和防腐效果。

（4）锚杆（索）的张拉与锁定

当注浆体强度和传力系统（框格梁、墩座）混凝土强度均达到设计强度80%以上时，并经验收试验合格后，进行张拉作业。锚索正式张拉前，取30%的设计张拉荷载，对其预张拉1～2次，使其各部位接触紧密，钢铰线完全平直。

4.2.3 施工过程注意事项

（1） 首先应布设被动防护网，再布设主动防护网，严防冲沟及边坡防护处治施工过程中，落石威胁施工安全。

（2） 开挖挖方边坡之前，要求对边坡分层开挖，并在开挖后及时处治，避免让开挖后未经处治的脆弱边坡在雨水冲刷下造成不良后果。

（3）位移观测必须贯穿整个综合处治过程，一有突发事件，应立即采取紧急预案处理。

（4） 项目部应动态跟踪现场，如遇边坡施工不安全或方案不合理处，应及时通知业主、设计和监理单位，以便进一步优化设计，以免耽误进度。

4.3锚杆（索）的试验与观测

4.3.1锚杆（索）验收试验

锚杆（索）工程必须进行验收试验。验收试验严格按照国家标准《锚杆喷射混凝土支护技术规范》（GB50086-2001）和设计图纸有关规定进行，通常验收试验检验的锚杆的数量应不少于锚杆总数的5%，且一个边坡不得少于3根。验收试验最大试验荷载：对于永久性锚索应为设计轴向拉力值的1.5倍；对于临时性锚索应为设计轴向拉力值的1.2倍。荷载分级施加并测读各级荷载下的伸长值。

4.3.2锚杆（索）的蠕变试验

在软粘土中设置的锚杆，在较大荷载作用下会产生很大的蠕变变形，为了掌握软粘土中的锚杆的工作特性，我国有关锚杆标准规定，凡塑性指数大于20的土层中的锚杆，均应进行蠕变试验，且试验的根数不应少于3根。

4.3.3验收试验的数据整理与结果判定

验收试验的锚索符合下列二个标准，判定为合格，否则，即为不合格：

① 起始荷载到最大试验荷载之间所测得的总弹性位移量（即为最大试验荷载条件下的总位移量-卸荷到起始荷载时的残余位移量），应当超过该荷载范围内（最大试验荷载-起始荷载）锚筋自由段长度的理论弹性伸长量的80%，且小于自由段1/2与锚固段长度之和的锚筋的理论弹性伸长值。对于压力分散型锚索，且按上述（E2）试验方法进行验收试验，锚固段应视为零，自由段以各单元锚索全长的平均值计算。

② 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10min内位移不超过1mm，或者2h蠕变量不大于2mm。

4.3.4 锚杆（索）的长期观测

锚杆施工完成后，为了确认锚杆的工作能力，需对锚杆进行长期观测。在观测结果过程，若锚杆的工作能力不符合要求，应采用二次张拉锚杆或增加锚杆数量等方法保证边坡锚固工程的可靠性。锚杆张拉锁定后按规定进行观测，观测成果及时整理，第一年内的观测成果将作为工程验收的资料。

5.结束语

揭普高速公路在高边坡防护工程中大量使用预应力錨杆（索），较好的防止了高边坡不稳定岩层、土层的滑移，对边坡的长期稳定提供了很好的保证。防护工程在质量、进度、安全方面得到了业主、设计、监理等单位的好评。现将以上文字整理，使大家能够更好的了解预应力锚杆（索）工程。

参考文献：

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