压力分散型锚索在边坡加固工程中的应用

吕 涛 王治然

（重庆交通大学工程设计研究院有限公司， 重庆 400074）

0 前言

我国的城市与经济现今正处在快速发展的过程中，并且工程建设工作的范围在不断的扩大，在越来越多的工程建设中不断出现了需要进行有效支护的高切坡。高切坡开挖过程中坡体内部原有的力学平衡状态会在人为施工的情况下受到破坏，进而需要对高切坡进行支护，通过支护促使坡体内部各个点之间的应力可以发生一定的调整，从而达到新的力学平衡状态。在众多边坡防护技术的使用中，锚索加固是最为常见的一种外部加固方式。

1 压力分散型锚索概述

1.1 压力分散型锚索受力机制

用压力分散型锚索主要是借助钢绞线受力的方式，锚索的拉力通过压力分散装置转换到注浆体上，进而实现注浆体受压；与传统的拉力型相比，压力分散型锚索一般采用无粘结钢绞线，不考虑钢绞线与砂浆之间的粘结。在使用该方法加固边坡时，借助锚头的张拉施力将其传递到各个锚索的内锚头上，然后通过锚头将其分散到各个承载体上，继而在承载体的使用中将其通过压力分散装置，有效的将钢绞线上的拉力转变成为一种压力，继而将其传递到承压板上，之后承压板将所有的压力都传递到其附近的水泥砂浆中，促使水泥砂浆可以在压力的作用下，出现一些压缩膨胀、变形等问题，这样一来将一些应力有效的传递到孔壁附近的岩土中，继而促使岩土体不断的提升最终的承受剪力[1]。

1.2 压力分散型锚索在边坡防固工程中的优点

在施工中使用该技术与传统的锚索不同，将其应用在边坡加固时，具有一定的优势所在，主要表现在下述方面中。首先，锚索的根部能够承载的荷载比较大，在靠近孔口的方向上荷载就会逐渐变小，所以在加固施工开展中，针对于不稳定的锚固体地层深部有着更多的优势，但是在实际的施工中，使用压力分散型锚索不会出现粘结效应弱化的现象，将粘结应力非常均匀的分布在整个长度中。其次，当浆体自身受到压力之后，就会导致其灌浆体自身的不断的向外扩张，继而提升了摩阻的强度，可以提供出更多的锚固力，强化了边坡加固中的实际工程质量。再者，在使用压力型锚索的过程中，主要使用的是无粘结钢线，其外表有着一层油脂层、热挤PE护套等，可以在其表面形成一种有效的保护层，并且最大程度上提升锚索在使用中的防护与寿命。该技术与普通的锚索技术不同，当压力分散型锚索的锁体就位之后，就可以开始注浆，整个工艺的开展比较简单。最后，在使用锚固段长度相同的情况下，使用分散型锚索产生的塑形滑移前所产生的抗拔力，要高于普通的锚索，增加了压力分散型锚索的适用范围[2]。

1.3 压力分散型锚索的作用原理

使用压力分散型锚索与传统的拉力型锚索之间是相似的，都是在依靠锚索体钢绞线受力的作用下，但是使用压力分散型的锚索，其在钢绞线的外层中包裹了高密度的聚乙烯保护套，并且钢绞线与防护套之间有着油脂保护，这样就可以很好的减少钢绞线与浆体之间产生的摩擦力，促使其无粘结现象出现，同时对钢筋起到了一定的保护作用，同时加强钢绞线的使用耐久性。只要中支架放置在锚索体中，且在一定的长度范围内，都可以保障力得到充分、均匀的分布。使用压力分散型锚索，则是将锚索的钢绞线末端安装了挤压套与承载板，对锚索注浆体的固结起到了积极的促进作用。当结束固结工作之后，就需要对钢绞线进行张拉，在这个环节中会出现一定的荷载，此时注浆体与围岩之间的粘结应力，也会通过锚索的使用将其作用力传递到岩土体中，实现了锚固范围和被加固体之间锚固力的传递。在使用传统的锚固过程中，主要使用的通过砂浆与钢绞线的粘结，将钢绞线的拉力传递到砂浆，再通过砂浆与稳定岩土体的粘结将上述拉力传递至稳定性岩土体中，而压力分散型锚索是通过设置在不同位置的压力分散装置将钢绞线的拉力转换成对注浆体的压力，再通过注浆体和稳定岩土体之间的粘结实现力的传递。压力分散型锚索的这种受力方式能够将注浆体中的抗压强度充分的发挥出来，同时使用该方法促使锚索的锚固力分布的更加均匀，降低了锚索在使用中存在的负荷，同时减少各种不利因素造成的影响，继而提高了锚固能力[3]。

在压力分散性锚索的使用中，锚固段分布了较多的承载体，并且每个承载体的安装都有无粘结的钢绞线，采取的都是一次性全孔注浆施工，这样一来很好的缩短的施工的周期。同时每个锚固段单元是独立存在的，相互之间的影响很小，可以减轻后期因为锚索失效带来的不利影响。在施加张拉荷载时，其使用的是无粘结的钢绞线，所以在一定间距中的承载体，能够将总张拉力有效的转换成为几个承载体，继而减少各种压应力的存在，这样一来可以很好的削弱注浆体中存在的内粘结应力，促使锚固体育围岩体之间的接触面产生的应力可以更加均匀的分布，同时也降低了其自身的峰值。所以，在施工中使用压力分散型的锚索，可以更好的发挥出锚索周边岩体所具有的抗剪强度，在同样的情况下，比传统的锚索有着更大的锚固力与防腐性能。

2 压力分散型锚索在边坡工程的施工工艺流程

2.1 压力分散型锚索施工工艺流程

使用压力分散型的锚索开展施工，必须要遵循施工开展的工艺流程，主要为毛孔钻凿、锚索制作以及锚索安装等多种工序的开展与施工。在使用压力分散型锚索施工之前，需要开展相应的锚索基本试验，同时将试验得到的相关数据反馈到设计单位中，设计单位根据现场实测数据校核原设计的可行性，必要时须对原设计进行调整，以便保证压力分散型锚索的有效性[4]。

2.2 压力分散型锚索施工要点

锚索孔的测量放样——在开展压力分散型锚索施工之前，要严格的按照设计给出的相关的数据信息以及边坡支护设计图开展放样工作，当施工结束之后，不仅要保障施工开展的效果，同时还需要考虑到锚墩使用的美观性等多种因素。通常情况下，在结束了放样工作之后，就需要使用钢筋头直接的钉到坡面的锚孔预留位置，继而开展挂线检查工作，这样一来才可以保障最终的孔位之间的误差不得以超过±50mm的距离。

钻进方式与过程——在施工开展中锚孔钻凿是整个锚索施工中的关键环节，在实际的施工开展中，为了能够提升施工开展的效率，同时保障施工最终的质量，通常都会选择使用潜孔冲击式钻机开展钻孔工作。在实际的工作中，需要结合设计者提供出的相关数据资料，同时根据钻进过程中的速度、钻机吹出的粉尘等多种情况，对各种问题加以及时的记录，同时对钻孔中的地层情况加以严格的观察，观看其是否符合最终的设计需求。并且在实际钻进的过程中，一旦施工出现塌孔、缩孔等现象，就需要停止后续的施工，对存在的问题加以及时的处理与固壁灌浆处理，等到所有的水泥砂浆已经初步凝固之后，才可以继续开展扫空钻进工作[5]。

锚索的检验、制作与安装——当锚索钻孔工作结束之后，需要对锚索孔展开一定的检验，当所有的检验合格之后就可以开展后续的制作与安装工作。在进行检验的过程中，需要在设计孔径、钻头、标准钻杆等条件下开展，并且要始终保持整个工作开展的平顺性，切勿出现冲击或抖动现象。当最终的检验结果合格之后，就需要开展制作并安装锚索。通常情况下，锚索的制作需要按照以下工艺流程开展，编束通知单、下料、安装承载体……等。在开展锚索安装工作之前，需要使用高压风的清洗方式，保障其找寻到的与锚孔号之间相对应的锚筋，继而在后期下索的过程中需要按照之前设计的倾角与方位开展施工，要时刻保障工作的平顺开展，禁止在施工开展中出现抖动、扭转等现象[6]。

锚索注浆、封孔灌浆和封锚——当完成了锚索安装工作之后，需要对锚孔进行注浆施工，根据需要选择合适的注浆器具，同时在整个注浆过程中须保证设计要求的注浆压力，常采取的是孔底反浆的方式展开锚索的水泥浆、水泥砂浆等注浆活动的开展。在实际的注浆施工中，一旦出现了孔口溢浆的现象，并且保持有2min的时间，就可以停止施工。当注浆施工结束之后，就要针对框架桥梁展开施工，当其自身的预应力达到设计的峰值之后，要做好相应的记号，一旦在三天时间中都没有出现异常，就可以开展后续的封孔灌浆施工。当结束了封孔灌浆施工之后，需要使用手提砂轮机将多余的钢绞线切除，继而开展支模施工，最终时候混凝土完成封锚作业。

3 压力分散型锚索在边坡工程中的运用

3.1 边坡概况

重庆市某建筑边坡位于场地北侧，其中BC段边坡长32m，最大高度34.11m（含坡顶已建重力式挡墙和桩板墙），本次支护高度最高约25m，坡向180°，为岩土混合边坡，坡顶存在既有挡墙和道路，不具备放坡条件，边坡安全等级为一级。土质部分：由人工填土、粉质粘土组成，最大厚度15.36m，根据钻孔揭露及现场调查综合分析判断，边坡岩土界面相对平缓，直立切坡后有可能发生土体内部的圆弧形滑动破坏。岩质部分：按设计高程开挖后最高18.62m，该边坡为切向坡，层面对边坡稳定性影响小；岩体中发育的两组均与边坡坡向呈大角度相交，对边坡稳定性影响小。综上：该段边坡主要受岩土体自身强度控制，岩体类别为Ⅲ类，等效内摩擦角取55°。

由于边坡较高，不具备放坡条件，同时为了保证坡顶挡墙和道路的稳定性，拟采用锚拉桩进行支挡。鉴于坡顶有重要建筑物，按现行边坡规范对桩后岩土压力进行修正后的水平分力3501.164kN/m。

3.2 边坡支护方案

拟采用“桩板墙+压力分散型预应力锚索+排水”的综合支护措施，具体布置如下：桩板墙采用b×h=1.5m×2.0m的桩，嵌固长度为7.0m，嵌固起算点为桩前排水沟沟底，相邻两桩的中心距不得大于3.0m。桩顶设计标高为215.35m，具体标高可结合现场实际情况确定，原则上不得低于现状地面标高；锚索从桩顶以下2.0m开始布置，竖向间距3.0m，共布置7道锚索，倾角20°，锚孔250mm，压注M35水泥砂浆。施加1500kN的水平预应力，通过就算每道锚索的轴向拉力标准值分别为1800kN-2389.5kN之间，每孔布置27束—36束1×7φs15.2的无粘结钢绞线，极限粘结强度标准值为450kPa，因此锚固长度需要13-18m，已远远超过普通拉力型锚索要求的一般不大于8m的规定，因此不能采用普通拉力型锚索，拟采用压力分散型锚索进行支挡。采用分段锚固，共分成9-12个锚固单元，每段钢绞线的根数均为3根，每段锚固长度均为2.0m，总的锚固长度为18-24m。

4 结语

随着工程建设的发展，在寸土寸金的城市开发过程中，受地形和周边建筑物的影响，复杂的高切坡越来越多，常用的支挡方案很可能已不再适用，在这种前提下研究新型支挡结构尤为重要，压力分散型锚索打破了常规拉力型锚索对锚固段长度有限制的要求，相比于传统拉力型锚索其能实现分段锚固以便增加总的锚固长度，进而其单孔锚索能够提供更大的锚固力，在复杂的高切坡的支护应用中具有重要的意义。