高速公路高边坡预应力锚索加固施工技术

曾懿生

(核工业华南建设工程集团公司,广东 广州 510000)

随着时代的进步和社会的发展，我国交通运输事业发展迅速，公路工程数量越来越多。在高速公路边坡工程中，在多种因素作用下，山体可能出现沿着剪切面的滑移和破坏。因此为了确保公路边坡的稳定性，多采用预应力锚索加固坡体[1]。采用预应力锚索对边坡进行加固，可以有效地将结构与地层连接在一起，形成统一的复合体，这样可以有效提高潜在滑移面的抗剪强度，确保其稳定性[2]。

1　工程概况

某高速公路，标段左侧边坡的最高等级为四级，其级垂直高度为8 m，其中一级边坡坡率为1∶0.5～1∶1.25，二级边坡坡率为1∶1.0—1∶1.25，三级边坡坡率为1∶1.25，四级边坡坡率为1:1.25，边坡最大值为32.3 m，属于类土质，边坡表层是全风化的云母石(英片岩)，达2～3 m厚，下层为强风化砂土状的云母石(英片岩)，达8～10 m厚；下伏为强风化碎块状云母石(英片岩)，层面产伏达270°，边坡的稳定性差，且高、陡，应采取加固处理方式。

2　工程边坡加固项目方案

为保障工程边坡的稳定性，施工团队拟在工程第一级位置设计非预应力的锚杆框架(ZK101+390到ZK101+470段)，于第二级、第三级位置设计预应力的锚索框架加固坡体，锚索框架结构为：高为8 m、宽为8 m，比例为1∶1.25，框架均设置6索、4孔预应力锚索。第二级的边坡坡面上排、下排锚索长度共18 m，单孔拉力为700 kN，锚固段长为10 m；第三级的边坡坡面锚索上排长度为20 m、下排长度为18 m，单孔拉力为700 kN，锚固段长为10 m，如图1所示。

图1　左侧边坡加固工程平面布置图(ZK101+370～ZK101+525段)

2.1　设计边坡框架梁

该工程的锚索地梁框架使用浇筑施工方式[3]，用C25混凝土，基底调平使用铺垫施工方式，在竖肋基础上铺垫5 cm后的砂浆，调平基底后，制作、安装钢筋，框架需嵌入50 cm深，坡面需露出10 cm左右，具体如图2所示：

图2　预应力锚索的框架图

2.2　设计锚索

本工程的锚索选择分散压力型锚索，共有3个单元锚，单元锚索由Φ15.24(2根)、钢绞线组成，钢绞线具备低松弛、高强度(强度达1 860 MPa)、无粘结等多种特征[4]，同时，钢绞线利用挤压套、挤压簧等设备，固定在钢质承载体上，单根的连接强度应超过200 k·Nm。

3　锚索施工工艺

3.1　锚索施工原理

逐级开挖高边坡、修整坡面后，按照设计的间距，借助潜孔钻将假想滑动土体钻穿，直到稳定土体后，且到相应深度后设置锚索孔，孔道在稳定土体中最里面的一段是锚固段，其余孔道均为自由段，利用钢绞线(无粘结)已经加工好的锚筋体安装在孔道中，经由孔底到孔口，利用微膨胀水泥进行注浆直到饱满，使其充满孔道水泥浆体，凝固之后使其与孔壁土体融合成整体，形成坚固的锚固体[5]。

3.2　施工程序

锚索的施工工艺为：测量放样毛孔、钻机就位——钻造锚孔——清理锚孔——检验锚孔——编排锚孔——下锚——浇筑、注浆锚索框架——第一次、第二次张拉——封锚。

3.3　机械设备

锚索施工机械设备：注浆机(2SNS)、空压机(9 m3/min)、钻孔孔径150 mm的潜孔钻机、千斤顶(YCW150型)、电动油泵(ZB4500型)。

3.4　锚索试验

锚索试验的目的主要在于：科学验证锚固地层的设计参数、工作锚索不同部分综合性能，同时，试验也应考虑锚索体在施工过程中、搬运过程、存储过程、安装过程的抗物理破坏能力，明确边坡地层锚索安全系数、最大极限承载力[6]，分析地层条件中锚索锚固力的影响因素、程度；仔细检查锚索施工工艺，重新校验设计参数，如果发现相应问题，应采取针对性变更、完善对策[7]。

3.5　锚索施工方案

3.5.1钻造锚孔

3.5.1.1测量、放样锚孔

按照工程施工设计图，在坡面上准确测放锚孔位置，孔位放置在坡面上的纵横误差应不可超过±50 mm。

3.5.1.2要求钻机就位

钻进施工过程中，应根据施工设计图[8]，搭设好承载能力强、稳定性高的脚手架，结合坡面测放锚孔孔位安装、固定好钻机，以实际情况为基础调整机位，锚孔开钻就位的高程误差不可超过±100 mm、纵横误差不可超过±50 mm、方位误差不可超过±2°、倾角误差不可超过±1°。

3.5.1.3钻进施工方式

钻进锚孔时使用无水干钻方式，不可使用通水钻进施工方式，从而保障锚固施工工程不会破坏边坡岩土本身的地质条件，提升孔壁整体粘结性能。同时，钻孔速度应结合锚固底层实际情况、钻机性能，预防钻孔变径、扭曲问题，避免其他安全事故，降低下锚的难度。

3.5.1.4孔径深度

钻孔的孔深、孔径应满足设计值，钻头直径须超过设计孔径，同时，钻孔深度应超过设计深度约0.5 m以上，钻进深度达到设计要求后，不可马上停钻，稳钻约1～2 min，避免孔底尖灭，并对锚孔进行清理[9]。

3.5.1.5清理锚孔

要求钻孔孔壁不可带有水体粘滞、沉渣，完成钻孔后，应利用风压为0.2～0.4 MPa的高压空气清除水体、孔内岩粉，避免降低孔壁岩土体、水泥砂浆粘结强度，如果锚孔中流出承压水，直到水量、水压变小之后，可安装锚筋、进行注浆，必要的情况下应在周围位置设计排水孔。

3.5.2检验锚孔

钻造施工完成后，应仔细检查孔深、孔径，验孔使用标准钻杆与设计好的孔径钻头，正式验孔时，必须平稳推进钻头，防止出现抖动、冲击问题[10]。钻具实际验送长度符合设计要求，退钻也应保持顺畅。通过高压风进行吹验可有效避免水体情况以及飞溅沉渣问题。

3.5.3编束锚索

3.5.3.1下料、安装过程

编束锚索之前，施工人员应检查好钢绞线，要求钢绞线不存在扭曲、交叉等问题，排列应保持顺直、均匀，根据设计尺寸进行下料，长度误差应小于±50 mm，同时，预留好的张拉段钢绞线长度约1.5 m，要求用机械切割钢绞线，不可使用电弧进行切割，及时剔除机械损伤、死弯等材料，保障除锈、除油处理过程合格。

3.5.3.2接装导向帽

锚索体完成组装隔离支架的施工后，必须在锚索体的底端位置将导向帽接装好，确保下锚的顺利进行[11]。施工人员应按照相关设计要求，严格制作好导向帽，制作的误差小于±5 mm，同时，接装定位的误差小于±20 mm。

3.5.3.3架设线环

线环的原材料有塑料、钢质、不会损害锚筋体材料，禁止使用木质型隔离支架。

3.5.3.4选择合适的塑料套管

其型号、材质以及规格均与设计要求相符，强度较高，确保套管在安装、加工时不会被损坏。如果有接头的情况，需将接头位置捆绑牢固，做好密封处理工作，避免破损、拉脱等现象。

3.5.3.5注浆管

按照设计要求准备注浆管，保障其强度，确保注浆工序的顺利进行，避免出现破损、堵塞、拉断、爆管的问题，注浆管的头部位置距离锚筋体末端位置约50～100 mm。

3.5.4下锚

将锚筋体放入锚孔之前，应仔细复查锚筋体的整体制作质量，保障其符合相关设计要求，仔细清除锚孔内部、外部四周的杂物，锚筋体的长度保持与设计锚孔深度一致，锚筋体必须没有明显的弯曲问题，确定锚筋的防护介质不存在损伤问题，有损伤时应及时修复[12]。

3.5.5注浆施工

3.5.5.1注浆的施工原材料

纯水泥浆的水灰比控制在0.4～0.45，如果锚固段位置遇到地下水丰富、砂土状强风化层时，可借助二次高压劈裂注浆法提升地层整体锚固力。

3.5.5.2注浆浆液

严格按照相关配合比制作注浆浆液，将其搅拌均匀，在浆液初凝前完成注浆工作，避免杂物、石块等物质进入浆液[13]。注浆浆体的强度超过设计要求的40 MPa，按照批次制作预制件，使用孔底返浆施工方法进行锚孔注浆，注浆的压力约2.0 MPa，到孔口有新鲜浆液溢出后停止施工，禁止孔口注浆、抽拔注浆管的现象。

3.5.6封锚施工过程

锁定锚筋后，使用机械切割方式，将余露的锚筋切割好，预留5～8 cm的外露锚筋，避免拽滑问题，使用水泥浆将锚头各个位置空隙、锚垫板注满，通过砼进行封头，避免锈蚀问题。

4　检测锚索施工质量、边坡稳定情况

4.1　检测锚固工程施工质量

检测边坡预应力锚索施工质量的过程中，分为以下3个子项目：

4.1.1检测抗拔力

如果试验检测的荷载已经到达1.5倍的设计荷载，对应的伸长量可满足相关要求，且没有被破坏；

4.1.2检测长度

超过设计长度的90.0%以上，不足长度小于0.5 m；

4.1.3检测张拉质量

张拉锁定的荷载超过设计荷载的90.0%，小于设计荷载的110.0%，对应的伸长量可满足相关要求，且没有被破坏。锚索张拉质量检测结果如表1所示。

表1　锚索张拉质量检测结果

图3　深部位移、地下水位监测示意图

4.2　监测边坡、预应力、锚索应力

完成锚索加固施工后，边坡上设置观测点,深部位移、地下水位监测示意图如图3所示，以长期稳定监测边坡情况，布设ZK1～ZK4，即地下水位监测孔以及深部位移(4孔)；JC1～JC4，即锚索预应力监测孔(4孔)；巡查地表宏观变形情况[14]。经过1年的监测、观察，边坡岩体、锚墩位置未出现变形问题，边坡稳固，以ZK4#为例，工程深部位移监测如图3所示，图像未发现滑动变形等问题，受到施工以及坡体蠕动变形等因素的影响，观察孔数据曲线呈现出摆动特征，地下水位监测具体情况如图4所示，曲线未发现异常问题，且呈现出正常的季节性变化特征[15]。以MS2-1-1为例，锚索应力监测结果如图5所示，虽然应力值有一定程度的降低，但数值依旧超过650 kN，为大于预警值，后来施工人员经过分析查找，除了损失应力外，框架嵌入的坡面深度较小，且刻槽后的砂浆基底未达到相应标准，C25砼嵌补的局部架空并不充实，使得锚索应力张拉之后坡面出现沉降，降低了锚索应力值。

图4　左侧边坡(ZK101+370～ZK101+525)监测孔地下水位监测曲线

图5　左侧边坡(ZK101+370～ZK101+525)MS2-1-1应力监测结果

5　结束语

总之，工程施工过程中应用预应力锚索施工工艺，具有操作简单、造价较低、施工效率高、安全性高等多种优点，是当前运用得较为广泛的高边坡加固技术。因此，在实际施工过程中，施工人员应以工程情况为基础，科学引入预应力锚索施工工艺，优化其施工方案。本工程通过采用预应力锚索锚固技术后，很好地解决了因地质基脆弱，坡体结构复杂而产生的路堑边坡变形和破坏的问题，确保高速公路边坡的稳定和结构安全。

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