预应力锚索格构在国省道边坡治理中的应用

吴沙锷

(平塘县交通运输局，贵州 平塘 558300)



预应力锚索格构在国省道边坡治理中的应用

吴沙锷

(平塘县交通运输局，贵州 平塘 558300)

首先介绍了国省道升级改造中防护工程设计和施工要点，包括挡土墙结构、边坡防护结构以及安全保障防护，然后根据S312平塘至董架公路改造工程K28+900～K28+950路段实例探究了预应力锚索格构在国省道边坡治理中的应用，以期增加国省道干线公路的改造力度。

预应力锚索格构；国省道边坡治理；应用

1 工程地质概况

S312平塘至董架公路改造工程K28+900～K28+950路段网侧边坡呈阶梯状，开挖深度26m，设计坡度约45°。坡体未发现外倾软弱结构面。边坡原地形边坡较缓，呈阶梯状，场地不存在深层滑坡，整体稳定。根据边坡开挖后状态，取天然快剪计算时求得剖面稳定性系数Ks=1.06；取饱和快剪计算时求得剖面稳定性系数Ks=0.93。根据地质分析，本工程边坡需采取必要的防护措施。

2 边坡防护形式的选定

2.1 工程升级改造中防护概述

2.1.1 挡土墙结构

(1)重力式挡土墙。重力式挡土墙可以依靠自身重力作用平衡土体，结构形式简单、施工便捷。根据墙背型式的不同，可以将其分为普通重力式挡墙、不带衡重台的折线墙背式重力挡墙和衡重式挡墙。(2)锚定式挡土墙。锚定式挡土墙是一种轻型的挡土墙，挡土墙墙面是由挡土板以及混凝土立柱所构成的，挡土墙墙面与钢锚杆相互结合，能够有效支挡土体，提高土体的整体性和稳定性。(3)加筋土挡土墙。加筋土挡土墙主要是由填土、填土中的拉筋条以及墙面板这三个部分组成的，能够通过填土与拉筋间的摩擦，有效削减土的侧压力，稳定土体。2.1.2 边坡防护结构

(1)植物防护。①种草防护，种草防护适用于边坡比较稳定，有利于草类生长的边坡。②铺草皮，在一些国省道边坡施工中，需要快速形成绿化带，此时可以使用铺设草皮的方式进行边坡防护治理。(2)工程防护。①预应力锚索框格防护适用于已经发生风化作用的边坡治理中。②常见的边坡防护封面，主要有捶面、喷射混凝土、抹面等形式。(3)护面墙。通常情况下，护面墙可以被分为很多类型，包括窗孔式、实体式等等，在实际应用中，护面墙适用于边坡面易受损的土质边坡以及软质岩层中，值得注意的是，必须确保其符合稳定边坡条件，才能体现出应用效果。(4)锚杆钢丝网喷浆护坡。锚杆钢丝网喷浆护坡主要适用于直面为碎裂结构的硬岩中。(5)土工织物防护。该防护形式可以被分为挂网式坡面防护以及土工织物复合植被防护两种。在边坡悬挂土工网，可以有效截留落石，并将其引导至其他地区；而坡面防护中三维土网植被防护一般适用于边坡高度低于3m的边坡防护中。

2.1.3 安全保障防护

(1)混凝土护栏。混凝土护栏按构造可分为F型号、单坡型、加强型三种，应根据路侧危险情况选用。(2)波形护栏。钢筋混凝土护栏主要是在路基下边坡特别危险路段进行安全防护，而波形梁钢护栏则主要是应用在一般危险路段。(3)钢索护栏。缆索护栏由立柱、托架、缆索、卡具、锚具等组成。缆索不影响绿化带的生长，可使护栏与植树防眩很好地融合在一起，即美化了公路，又有安全保障。

2.2 本工程边坡防护方式选定

在S312平塘至董架公路改造工程K28+900～K28+950路段护栏形式的选择上，综合考虑施工现场的实际情况以及相关规定，确定将本段设置为预应力锚索框架形式。预应力锚索框架形式的应用具有施工成本低、施工便捷、可以独立使用等优点，而且有利于节约施工材料，能够有效控制岩土体变形，调整岩土体的稳定性，生态保护性能较高。

3 国省道边坡防护预应力锚索框架的计算

3.1 锚索拉力计算

(1)对于滑坡推力的设计计算

E=KWisinαi+Ei-1[cos(αi-1-αi)-sin(αi-1-αi)tanφi]-Wicosαitanφi-CiL

①

在公式①中，K表示在设计过程中必须考虑到的安全系数；Wi表示第i条滑块的重量大小，kN/m；αi和αi-1分别表示第i条和第i-1条块滑块在边坡位置的倾角；φi表示第i-1条块在边坡滑面中的摩擦角；Ci表示第i-1条块所在边坡滑面的单位粘聚力，kPa；L表示第i条块所在边坡滑面长度大小。

(2)①式中只有Ci和φi是未知数。

(3)滑坡推力的安全系数K一般取1.05～1.25。

(4)锚索拉力

T=Ecosα/cosβ

②

式中：E为滑体的整体下滑力；α为滑体面倾角大小；β为锚索与水平位置的夹角大小。

3.2 格构内力计算

预应力锚索结构在国省道边坡治理中的实际应用过程中，通常可以将锚索格构简化成受均布荷载的刚性梁，其计算简图如图1(a)所示

图1 锚索格构计算简图

本工程设计中各点的锚索拉力均相等，选择对称机构进行设计计算，计算步骤如下所示。

(1)选择对称结构A，通过锚索拉力计算地基反力q的具体数值。

q=p/A

③

A=(L1+L2+b)×a+(L3+L4)×b

④

式中：A为单元体的占地面积；P为锚索拉力大小。

(2)格构内力的设计计算。

⑤

中心O点弯矩值计算：

⑥

横梁的最大弯矩同样位于锚索拉力的作用点位置：

⑦

中心点弯矩值计算：

⑧

通过上述公式，能够准确计算出弯矩，通过计算结果，综合考虑构造设计要求，科学合理的设计格构横梁和竖肋配筋大小。

4 国省道边坡工程防护治理措施

在边坡过程防护治理开始前，首先需要综合考虑国省道边坡工程的实际情况再进行设计计算，确定具体的加固方案，在国省道线路的一、二、三级边坡坡面上布置排预应力锚索，锚索的长度为15m，锚索的间距为3m，竖直间距为2.7m，锚固长度为8m，锚索倾斜角15°，钻孔直径为Φ130mm。在锚索端部设置格构提供反力，竖梁和衡梁的截面尺寸均为0.4m×0.4m，采用C25现浇混凝土。

(1)施工准备。在施工前准备好施工机具设备，包括注浆泵、内燃空压机、千斤顶、灰浆搅拌机等。

(2)钻孔。在锚索结构的钻孔过程中，一般使用干钻的方式，通过这一施工形式，能够确保边坡的地质环境不会恶化，有利于提高孔壁的粘结性。

(3)清孔。钻孔完成后，用清水冲洗，清理积水。

(4)锚索编制。对于锚固段架线环以及紧箍环的设置，应该确保间隔1m，在自由段需要间隔2m设置好架线环。

(5)下锚。在下锚过程中，应该缓缓送入锚索，确保锚索在孔内不会发生弯曲变形。

(6)内锚固段注浆。在施工过程中确保一次浇筑完成，并且使用注浆管泵送灌注。

(7)安装锚固板。根据工程的实际情况安装锚固板。

(8)张拉锁定。具体的施工工序为：锚具安装一次张拉二次张拉锁定。

(9)二次注浆、封闭锚头。当完成好锚索张拉定后，就可以进行灌浆施工工序。其中，灌浆压力应该大于0.6；回浆比重应该大于进浆比重。锚索在张拉锁定，以及完成封孔灌浆后，就应该及时清洗钢绞线以及锚索，为了保证锚头质量，应该使用混凝土材料对锚头进行封闭保护。

5 结 语

综上所述，预应力锚索格构作为新兴的施工结构具有施工成本较低、施工速度较快等有点，而且对于坡体本身不会产生较大干扰。另外，还可以使用土工网和局部喷射混凝土，加强岩面封闭，有利于边坡表层保护和美化环境。

[1] 葛新辉.预应力锚索格构梁复合结构在边坡治理中的应用[J].福建建筑，2013，(5)：74-75.

[2] 张永平.预应力锚索在岩土边坡工程治理中的应用[J].建筑工程技术与设计，2015，(4)：163-164.

[3] 王宏贵，赫晓光.压力分散型预应力锚索在边坡治理工程中的应用[J].科技视界，2014，(2)：110.

2016-04-01

吴沙锷(1977-)，工程师，从事公路建设方面研究。

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