锚索框格梁施工在高边坡路基防护中的应用

吴富毅

(广西壮族自治区航务工程处，广西 南宁 530002)

0 引言

现代高速公路施工中，高填深挖路基愈加常见，锚索框格梁作为一种主动式加固方法得到了广泛应用，其可通过锚索的预应力将滑动的坡体与稳定的基岩连为一体，并通过框格梁将各锚索连为一体，构成一个由表及里的被覆式加固体系，切实保证边坡稳定性。

1 锚索框格梁组成与型式

自20世纪90年代以来，锚索框格梁作为一种新型主动支挡结构，在边坡工程加固、斜坡类地质灾害治理等领域得到了广泛应用，安全效果显著。

1.1 锚索框格梁组成

锚索框格梁主要由两大结构组成：(1)主体结构，包括预应力锚索、钢筋混凝土框格梁、边坡岩土体等，其承担着边坡变形所产生的外力；(2)附属结构，包括各种植被防护结构(如：六棱砖填土植草、喷射厚层基材植生、三维网植草等)和为保证坡顶平台稳定而设的顶梁等，此类构件不直接受力，但是关系到主体结构功能的发挥，有利于保持边坡长久稳定。如图1所示即为典型锚索框格梁结构示意图。

图1 典型锚索框格梁结构示意图

1.2 锚索框格梁型式

(1)根据施工方法的不同，可将锚索框格梁结构分为预制和现浇两种。日本较早地应用PC格构锚固法和Q&S框架法，其均事先在工厂完成部分构件的加工制造，但由于我国预制生产水平有限，边坡工程规模较大，此两种方法并不适用，未得到推广应用。根据我国工程实践情况来看，现浇式锚索框格梁结构凭借着造价低、可调整性好等诸多优势得到了广泛应用。

(2)根据平面布置型式的形式，可将锚索框格梁结构分为方形格构、菱形格构、拱形格构、人字形格构等等，需根据工程实际情况进行合理选用(如图2)。

2 高边坡路基防护中锚索框格梁的优越性

2.1 锚索框格梁的优越性

与传统的支挡结构相比，预应力锚索框架结构具有十分明显的技术、经济优势，推广应用价值显著，其优越性可归纳为：

(1)结构轻盈，占用坡脚以下面积小。锚索框格梁紧贴坡面，可较好地减少对水平场地的占用，将其用于人工开挖形成的高边坡，有利于减小工程量、降低造价。

(2)受力合理，可充分利用边坡岩土体自身强度。锚索框格梁体系下锚索、框架梁、边坡岩土体三者紧紧联系，边坡稳定性良好。

(3)设置灵活，不受地形和变形部位限制。锚索框格梁可设在坡脚、坡腰，不会被边坡地形条件等限制，可适应坡形、变形部位变化。

(4)造型美观，可与多种形式的柔性植被防护体系结合。锚索框格梁与柔性植被防护体系联合应用，有利于维持岩土体稳定，使坡面得到全面绿化，与周围环境相协调，美观性更佳。

(5)施工速度快，造价低。锚索框格梁采用的是高强度低松弛的钢绞线，施工灵活、方便、快速，工期较短，在其余条件同等的情况下，造价相对较低。

2.2 锚索框格梁的适用情况

根据我国相关工程实践总结可知，锚索框格梁可用于斜坡类地质灾害的治理，也可用于潜在不稳定边坡的加固防护；可用于土质边坡的加固防护，也可用于破碎岩石边坡的加固防护；可独立使用，也可与其他支档结构联合使用。

(a)方形格构

(b)菱形格构

(c)拱形格构

(d)人字形格构

由上述分析可知，锚索框格梁的使用范围十分广泛，同时根据其加固原理可知，此结构利用的是深层岩体自稳能力，由此对深部土体的密实稳定性存在一定要求，对长期受水边坡需慎重考虑。

综合相关实践经验，在以下4种边坡中，锚索框格梁不宜单独使用，必须辅以其他支挡措施，方可获得良好的防护效果：

(1)完全松散地层(地基承载力低，不足以产生足够的锚固力)、徐变明显的土层；

(2)施工不能成形开挖或无自稳能力的土层；

(3)长期受到地下水作用而导致抗剪强度下降的滑体；

(4)秋末春初受温差产生的水汽影响而导致抗剪强度下降的滑体。

3 高边坡路基防护中锚索框格梁施工工艺

3.1 锚索框格梁施工工艺流程

锚索框格梁施工工艺流程如图3所示：

图3 锚索框格梁施工工艺流程图

3.2 锚索框格梁施工关键工序

(1)整修边坡：清理坡面松散浮石、岩渣，拆除障碍物，针对边坡局部不稳处做好清刷、加固，切实保证坡面平缓过渡。

(2)钻孔：根据各工点工程立面图，准确测放锚孔位置，孔位误差≤±50 mm；根据工程实际合理操作钻孔设备，钻进达设计深度后，稳钻1～2 min，确保孔径满足设计要求。

(3)锚索体制作安装：锚索可工厂预制、也可现场制作。高压风清孔后方可安装锚索，锚索、注浆管均匀速、缓慢下入孔内，若是遭遇阻力，可适当活动锚索，严禁扭转。

(4)框格梁施工：开挖框格梁坑槽，清除松土，以2～5 cm厚水泥砂浆调平；安装钢筋骨架，做好锚索钢管的埋设、锚锭板与锚具的定位；安装模板，可采用拼装式钢模板或竹胶模板，以短锚杆固定在坡面上；混凝土浇筑应加强振捣、竖梁尺寸控制。

(5)预应力锚索张拉：锚具安装→单根预紧→分级整体张拉→锁定，采用“双控法”，确保张拉效果符合要求。

(6)封锚处理：注浆完成7 d后，如无异常情况，可进行封锚处理。多余外露的锚索以手提砂轮机切除，留5～10 cm外露锚索，以防拽滑，以混凝土将锚头封闭，以防风化浸蚀。

4 实例探析

4.1 工程概况

广西阳朔至鹿寨高速公路№5、№6合同段起终点桩号从K61+970～K94+167.382，路线长31.975 km(不含互通线路长度)，前半段山体陡峭，沟谷切割深，且受高压线塔干扰较多；后半段地势由山岭区转为丘陵地带，地势相对较缓。线路穿越的地形地貌复杂，边坡种类众多。深挖路堑边坡主要有顺层边坡、断裂带断层角砾岩岩质边坡、存在泥化夹层外倾结构面的岩质边坡、风化层较厚的岩质边坡和挖方高度>30 m且无条件放坡处治的岩质边坡等类型。深挖路堑边坡防护形式有锚索桩、锚索框架梁、锚杆格子梁等，具体路基防护工程量见表1。

表1 路基防护工程量明细表

4.2 施工方案

本路段深挖路堑边坡防护采用了锚索桩、锚索框架梁、锚杆格子梁等，具体参数如下页表2所示。

表2 深挖路堑边坡防护技术参数表

施工顺序为：

(1)开挖前，施作上坡口地表截、排水工程，边坡由上至下分层开挖，每一分层高2～3 m；

(2)完成分层开挖后，施作坡面锚杆(索)；

(3)一级坡面开挖完毕后，绑扎钢筋笼，现浇框架梁、格子梁；

(4)框架梁混凝土达设计强度80%，张拉锚索；

(5)一级全部施工完成，进入下一分级循环，遵循“开挖一级，锚固一级”施工原则。

4.3 锚索框格梁施工工艺

4.3.1 锚杆锚索钻孔

本工程采用TYSQ100F型号潜孔钻机，根据坡面测放孔位，准确安装固定钻机，采取干钻方法，根据钻机性能、锚固地层控制钻孔速度，钻孔孔径、孔深均要满足设计要求，3φ25 mm锚杆、1φ32 mm锚杆、锚索终孔孔径要求分别为90 mm、70 mm、130 mm，实际钻孔深度需超过设计深度0.5 m以上。

钻进达设计深度后稳钻1～2 min，钻孔完成后，使用高压空气(风压0.2～0.4 MPa)清理孔内，经现场监理检验合格后，方可进行下道工序。

4.3.2 锚杆施工

4.3.2.1 材料

预应力锚杆采用φ32 mm、φ25 mm HRB335钢筋，采用专用锚杆连接接头，锚杆体材料检验合格后方可投入使用；水泥采用42.5普通硅酸盐水泥；采用符合要求的水。

4.3.2.2 设置钢筋

成孔后清孔，做好锚杆体钢筋防腐处理，及时送入孔中。

4.3.2.3 砂浆搅拌和灌注

锚固灌浆采用M35水泥浆，注浆压力≥1 MPa，水泥浆配合比为1460∶540∶14.60(水泥∶水∶外加剂)，外加剂采用徐州超力CNF-1(B)缓凝减水剂，孔底注浆、孔口返浆，浆体未凝固时严禁移动锚杆。

4.3.3 预应力(压力分散型)锚索施工

4.3.3.1 材料

预应力锚索采用φ15.24 mm、1 860 MPa高强低松驰预应力钢铰线；水泥采用42.5普通硅酸盐水泥，采用符合要求的水质；塑料管材料具备足够的强度、抗水性、化学稳定性。

4.3.3.2 预应力锚索制作与安装

按设计要求切割钢绞线，用弯曲机将其制作为“U”型，固定在承载体上，根据设计承载体间距组装获得完整的锚索体。

(1)锚固体安装：锚固段内架线环按1.0 m间距设置，在锚固体前端设锥形导向帽，焊于钢绞线上。

(2)自由段安装：做好除锈工作，自由段套φ22 mm聚乙烯管，套管两端10～20 cm以黄油填充，外绕工程胶布固定。

4.3.3.3 砂浆搅拌和灌注

预应力(压力分散型)锚索灌浆砂浆搅拌、灌注工艺与锚杆一致，孔径要求为130 mm。灌浆作业应一次性完成，中途不得停止，当孔口出现溢浆且持续时间≥2 min后，方可停止注浆。

4.3.3.4 锚索张拉

压力分散型锚索预应力补足差异荷载后，分5级(预张拉不计)张拉，分别为设计荷载的25%、50%、75%、100%、110%。完成荷载张拉后，均需稳定观测10 min以上，确保双控校核合格方可继续张拉。锚索锁定48 h内，如果产生明显预应力损失，及时补充张拉。

4.3.3.5 封锚

锚索锁定后，做好记号，观察3 d无异常，即可留长10 cm后将多余的钢绞线切除，并以水泥浆注满锚垫板、锚头空隙，按设计要求支模，用C30混凝土封锚处理。

4.3.4 C30混凝土现浇框架梁、格子梁施工

框架梁、格子梁浇筑采用C30混凝土，由混凝土罐车直接从拌合站运输至现场，锚索框架梁垫蹬现浇时预埋OVM15锚垫板(预埋锚垫板前应在锚垫板和工作锚间安装观测传感器，用于锚索预应力的长期监测。传感器每一边坡安装3个，安装位置由监理单位现场确认)、螺旋筋、孔口波纹钢管，节点均需振捣密实。框架梁、格子梁每隔18 m设一道伸缩缝，缝宽20 mm，内填浸沥青丝木板。现浇混凝土框架梁垫蹬达设计强度90%，方可张拉锚索。

4.3.5 锚索桩

本合同段共有两处边坡设置锚索桩加固防护，分别位于K61+970～K61+992.8(24 m长的175 cm×250 cm锚索桩)和K66+580～K66+840路堑边坡(22 m长的200 cm×300 cm锚索桩)。

4.3.6 截排水沟

在各级平台上设排水沟，在刷坡坡口线外5 m左右设截水沟。截排水沟采用M7.5浆砌片石，其施工方法与路基防护中的浆砌挡土墙和浆砌排水沟方法相同。

5 结语

与传统的路基边坡防护方法相比，锚索框格梁具有结构轻便、受力合理、设置灵活、造型美观、造价低等诸多优势，可及时、有效、因地制宜地加固边坡。在实际工程施工中，需根据地质条件、施工条件等，合理选择施工设备、材料，规范落实各道工序，做好施工检查与质量控制工作，切实保证锚索框格梁结构安全可靠，从根本上解决边坡稳定性问题，保证整个公路工程作业的顺利落实。