山岭重丘地区高速公路建设中的预应力锚索加固高边坡施工技术

徐学西 孟红利

1.中交一公局集团有限公司；2.石家庄市轨道交通集团有限责任公司

1 引言

受地形条件的影响，西部山区高速公路建设难度偏大，路堑施工中则时常遇到高边坡防护工作。在常规的防护工作中常采用的是片石混凝土挡墙、浆砌片石挡墙等方式。这些传统方式都存在两个典型问题，分别是结构安全性低、工期较长。预应力锚索框架梁技术的引进为路基高边坡的防护带来了新方法，它的广泛使用不仅解决了传统方式存在的问题，而且带来了良好的经济效益。

2 预应力锚索框架梁的原理及特点

以高强度钢丝和钢绞线为主要原材料，构建预应力锚索框架梁结构。滑动体存在危险时，将该类材料与岩层和边坡的混凝土框架稳定结合，对该整体施加预应力，从而达到加固坡体的效果[1-2]。经预应力施工后滑动体处于受压的状态，此受力条件下有利于提高边坡的稳定性，进而给公路路堑施工以及后续施工创设了良好的条件。

预应力锚索框架梁边坡防护技术的应用优势突出，主要体现在如下四方面。

（1）在施加预应力的过程中锚索属于受力构件，不仅具有较高的强度，而且具有较大的柔性，当其与坡体结合后可以有效改善坡体的状态，使其具有足够的强度，在后续公路施工以及使用过程中可以维持稳定。

（2）加固深度最低为几米，最高可达几十米，适用范围较广。

（3）当施工过程中出现强度与要求不符的情况时，施工人员可以通过增强预应力以及补充注浆等方法进行弥补，体现了施工的灵活性。

（4）框架梁自身的体积较小，而且结构较轻，因此在坡度较小的地方较为适用，具有占地面积小、整体性高、抗震能力强的优势。

（5）能够保证施工进度，节省施工时间，确保工程在规定时间内完成，由于该结构的体积不大，因此花费的材料较少，从而节省施工成本。

综上所述，与其他防护形式相比，预应力锚索框架梁边坡防护技术具有明显优势，既能取得良好的经济效益，又能达到防护的效果。但也需意识到，该项施工技术在实际应用中仍存在诸多局限性。例如锚索和水泥浆的握裹力小于张拉应力时，则有较明显的预应力损失现象，甚至完全失效[3]。

3 预应力锚索框架梁施工的关键材料

关键材料类型及基本特性如下。

（1）高强钢绞线。纵观现阶段的预应力锚索框架梁边坡防护施工，应用较为广泛的当属无黏结PC钢绞线，其通常由7根钢丝共同组成。在正式使用前先组织锚索试验，通过此途径对锚索的质量情况做出判断，进而为后续施工提供参考。

（2）锚具。最常见的锚具类型为OVM13-7型。以设计图纸的相关要求为准，由相关人员规范化操作。

（3）水泥浆。水泥浆通常为M35水泥砂浆。注浆时需保证压≥0.35MPa。压浆施工以孔底注浆法较为合适，浆液浓度控制具有动态变化的特点，即先稀、后浓。

（4）混凝土。提前组织配合比试验，确定混凝土在满足工程质量要求时所对应的配合比，据此正式拌制混凝土。

4 预应力锚索框架梁的施工工艺

4.1 工艺流程

预应力锚索框架梁的施工工艺流程，如图1所示。

图1 施工流程图

4.2 施工准备

施工准备主要分为两个部分。首先是对锚孔进行测设，并将钻机放置在合适的位置。要求各锚索孔位均满足设计位置要求，以测放的孔位为准打入标桩、依次编号。需要注意的是，施工人员应控制孔位之间的偏差，保证偏差在1mm以内。选择合适的位置搭建钻孔工作平台，随后将钻机固定，并明确钻孔的方向。锚孔下倾角与水平角的夹角以15°较为合适，尽可能减小钻孔倾角的偏差，即该差值需在10°以内；其次是进行锚索拉拔试验。此外，为充分保证锚索参数的可行性，在试验阶段应当合理选择岩层，保证该部分的地质条件与设计锚固段一致。试验期间采集试验数据并展开分析，从而对锚索参数的可行性做出准确的判断，针对不足之处做灵活的调整。

4.3 钻孔

造孔以干钻法为主，不宜采用湿钻法，否则将加剧边坡岩体的失稳程度。钻孔速度的控制具有灵活性，具体根据钻机运行性能以及锚固地层的地质条件而定，精细化施工，确保成型的钻孔在孔位、孔径、深度等方面均可满足要求[4]。完整记录钻孔期间产生的各项数据，以作为质量分析的依据。常见的不良钻进现象有塌孔、偏孔等，对于此类问题，应当在第一时间暂停钻孔作业，利用固壁灌浆或是其他方法处理，直到水泥砂浆初凝后方可继续施工。

钻孔过程中，施工人员及时测量倾角，保证钻孔圆直，一旦发现测量结果与要求不符立即纠正。与设计要求相比，钻孔的实际长度应大于设计长度，超出的这部分长度作为沉渣段。经前述钻孔作业后，孔内易堆积岩粉等不利于后续施工的杂物，因此用高压空气深度清理孔内的杂物，全程风压稳定在0.2MPa~0.4MPa，直至孔内恢复至洁净状态为止。清孔后及时对孔口采取封堵措施，以免外部杂物落入其中。

4.4 清孔

钻孔后及时清孔，将孔内杂物堆积量控制在许可范围内，以免影响水泥浆与孔壁岩体的正常黏结[5]。待清孔工作落实到位后详细检查各锚索孔，要求其在孔径、孔深等方面均可满足要求。清孔存在一套特定的流程，应当有条不紊地开展各项工作，具体如图2所示。

图2 清孔流程图

4.5 锚索制作、下锚

以钢绞线或高强钢丝为主要原材料，制作预应力锚索。制作过程中，施工人员应对每根钢绞线进行检查，确保钢绞线既没有受到污染，也没有发生交叉。隔离支架应设置在锚索轴线方向，且每个隔离支架的间隔约为1.75m。考虑到下锚的顺畅性要求，有必要在锚索底端设导向帽。

锚索自由段的隔离处理所用材料为防护油和塑料管，要求锚座钢垫板和锚索保持垂直的位置关系，同时需深度清理锚固段锚索上附着的杂物（铁锈、油污等）。在后续使用中，锚索自由段在与外部潮湿空气等环境因子接触后易锈蚀，为避免此问题，需对该部分采取防腐处理措施。

4.6 注浆

顺利下锚后在24h内组织锚孔注浆作业，较适宜的是水泥砂浆材料，要求其强度至少达到35MPa。注浆遵循的是一次到位的原则，并从孔底处开始，依托于浆液的流动性有效填充空隙。待出孔口冒出水泥浆液后方可结束注浆。

4.7 混凝土框架梁

纵观边坡锚固结构体系，钢筋混凝土框架梁为关键组成部分，在该装置的施工中，首先根据设计要求将钢筋安装到位，随后再紧密拼接模板，构成完整、严密的模板系统。混凝土灌注施工前，将波纹管和锚垫板稳定安装在框架梁钢筋处，并使其与锚孔的方向相同。

4.8 张拉

张拉前，施工人员需首先标定和检验张拉设备及相关机具。正式张拉前先试张拉，通过此途径检验施工情况，验证张拉工艺参数的可行性，要求各部位密切接触，若无误则整索张拉。张拉作业遵循的是分级的原则，每级间隔时间以5min为宜。张拉采取的是双控的方法，以张拉应力为主要的判断依据，利用伸长量辅助检验，要求两项指标均可满足要求，否则需随即暂停张拉，分析成因并采取处理措施，恢复正常状态后方可继续张拉。

对框架锚索进行张拉时，施工人员必须保证千斤顶的数量为4个，且这4个千斤顶的张拉是同时同步的。若实际张拉力超过设计值的10%则锁定锚索，此后对预应力的损失情况作出判断，若损失量超出许可范围则补张拉。经前述施工后，确定多余的钢绞线并将其切除，随后封锚。

4.9 锚索验收

全面检验锚索，为保证验收结果的可靠性，验收单位必须具有相关资质。此外，验收数量至少达到3根，同时需达到锚索数量的5%或更多，否则在验收数量过少时易由于偶然误差而影响验收结果的准确性。

5 施工中应注意的问题

为了维护边坡的稳定性，施工人员应自上而下地对边坡进行开挖，同时注意开挖和防护同时进行，避免开挖过快或坡面暴露面积过大、时间过长。

边坡开挖应选择天气晴朗的时段进行，并在开挖前做好相应的排水措施，此举有利于保证坡体及填料的抗剪强度。

6 结束语

综上所述，文章从施工工艺和施工注意事项两个角度切入，系统性地对预应力锚索框架梁施工技术展开探讨，希望本文阐述的内容可为类似工程提供参考。在实际应用的过程中，由于地域不同等原因，施工的具体要求及相关指标可能存在不同，应根据实际情况灵活变通。