压力分散型锚索技术在复杂岩土体工程中的应用

李海民，牙举鹏，张日亮，吴莲锋

（柳州欧维姆机械股份有限公司，广西 柳州 545006）

0 引言

压力分散型预应锚索是近些年发展起来的一项新型、结构优、防腐效果好、能充分发挥岩土体抗剪强度，用于治理边坡工程的一种支护结构。其具有安全性能高、经济合理的优势，在我国边坡基础工程得到较广泛的使用，产生较好效果。该索体结构主要是通过分散合理设置承力单元体以充分发挥岩土体最有效抗剪力，特别是在软弱性岩土体中也能发挥较强锚固反力，为特殊地质条件下的滑坡治理、边坡防护工程提供了一种非常有效的解决方案。

1 压力分散型锚索作用的机理

压力分散型预应锚索在锚固段依次设置不同承载单元体，锚固于岩土体内起提供锚固反力的作用。自由段连接锚固段，起传递锚固力的作用。锚头是把应力施加在承力锚墩上，对其进行锁定［1］（见图 1）。

图1 压力分散型锚索结构示意图（单位：mm）

2 压力分散型锚索在施工过程遇到的一些问题

1）岩土性质差且含水量高，钻孔过程容易塌孔，成孔难。一般采用来回多次扫孔的方法解决；对于塌孔较为严重的孔道采用固壁灌浆方法解决。

2）部分断面岩层深部为一个局部含水层，钻孔出现严重塌孔现象，孔内的水一直往孔口外面流，直至注浆之后才停止。考虑到锚索孔孔内含水对注浆的影响，经设计同意后，该断面锚索全部不绑止浆袋处理。

3）施工区岩土大部分为全风化泥岩，黏性大，跟管钻进容易粘在套管内壁，使套管内空间变小，这样每拔一根套管就得重新穿一次索，浪费很多人力与时间，甚至有时候拔完套管后孔内塌孔，锚索就无法索穿进（见图 2）。

图2 全风化泥岩区拔出来的套管内壁沾满泥土图

3 工程实例

南宁市五象新区核心区商务街项目位于南宁市五象新区核心区平乐大道与宋厢路交汇处西北侧（广西规划馆附近），总用地面积 173 316.54 m2。

基坑（边坡）支护按永久性支护及临时性支护两种支护形式，永久支护段总长约 693 m，边坡高度 24.2～37.9 m，采用桩锚支护方式。本次锚索施工是参照设计院 2015 年 11 月基坑（边坡）支护施工图（C 版）及其 2015 年 12 月 C 版修改通知单提供的施工图进行，锚索总体工程量约 43 000 m，锚索长度（14+1.5）～（40+1.5）m（见图 3）。

3.1 钻机的精确定位

对于岩土条件较差的边坡，锚索一般设计分布较密，两排锚索及同排相邻锚索间的间距小。钻孔时，对钻机的定位要求极高。如果钻机定位方位与设计角度有偏差，钻孔过程就很有可能导致上下或左右相邻间的锚索相互打架，造成严重质量事故。

图3 部分基坑支护及底层剖面示意图（单位：mm）

南宁五象新区核心区商业街基坑边坡支护项目锚索的排布为上下、左右间距只有 2 m，锚索孔深 40 几米，该边坡锚索较长，而且锚索的间距很小，这就对钻机定位有极高的要求。传统锚索施工利用地质罗盘来定位钻机钻孔方位，但该种定位方法误差较大，不适用于南宁五象项目钻孔定位。南宁五象锚索利用红外线电子数显水平尺来定位，红外线电子数显水平尺底部含有磁性，将其放在钻杆上，然后根据设计方位调整钻机角度，红外线电子数显水平尺读数会跟着钻机的转动动而变化，根据红外线电子数显水平尺的读数很快调到设计钻孔角度及方位。该种定位方法精确度极高，南宁五象项目 1 500 多根锚索采用此种方法定位，无一根锚索出现交叉现象（见图 4）。

图4 红外线电子数显水平尺测量

3.2 全风化泥岩土层钻孔

对于含水量较高的全风化泥岩土层，钻机钻进过程会将泥岩搅成泥浆，若采用普通跟灌钻进方式进行钻孔，一般钻到十几米就钻不动，因为孔内的泥浆会越积越多，根本排不出来。

针对这种情况，项目利用 KR 805-2 型钻机进行钻近，该钻机功率较大，而且在跟管钻进过程，套管可以跟着钻杆在转动，这样就不会使得套管在钻进过程被卡死，而且由于该钻机功率大，排碴效果好，很好解决了全风化泥岩土层钻孔困难的问题（见图 5）。

图5 KR 805-2 型钻机钻孔过程图

3.3 索体加装特制止浆器

南宁五象新区核心区商业街基坑边坡支护项目边坡基坑地层岩性较为复杂，主要为含角砾黏性土、含黏性土角砾、全风化泥岩、局部表层分布少量素填土，下伏基岩为砾状泥质灰岩、石灰岩、硅质岩等，岩土性质均较弱，锚固性能差，若采用常压方式进行灌浆，则很多锚索均达不到设计锚固力［2］。因此南宁五象新区项目采用压力灌浆的方式进行灌浆，在锚索自由段距孔口 3 m 处设置止浆器，止浆器的作用就是通过往止浆袋灌浆使其膨胀，将锚索孔口堵住，达到压力注浆的效果。南宁五象项目采用此种方式灌浆，很好地解决了岩层性质弱，锚固力力差的问题。该项目随机抽查 200 多根锚索做拉拔试验，均达到设计张拉力要求（见图 6）。

图6 锚索止浆器安装图

3.4 拉锚固以及补偿张拉

压力分散型锚索为使各单元体应力分布均匀，根据其结构特点，需要采取补偿张拉+整体张拉的特殊方式。先补偿各单元体的应力，再整体张拉，以保持单元体上不同长度的钢绞线应力的均衡。

利用补偿张拉的方式进行张拉，能够较好解决压力分散型锚索整体张拉不均匀性的问题。补偿张拉时利用 240 Q 千斤顶对压力分散型锚索除了最后面一层外的其他层钢绞线先进行初张拉，让其与最后一层钢绞线达到同一起点时再进行整体张拉，这样就使得压力分散型锚索能够均匀张拉，达到设计锚固效果［3］。

表1 内力监测成果表 kN

4 应力监测成果

南宁市五象新区核心区商务街项目利用压力分散型锚索的锚固性能好的特点以及结合项目的特殊施工技术创新及控制方法，使得边坡得到很好的支护效果。

在锚索监测期间中该项目基坑锚索内力各监测点的累计变化在 0～-118 kN 之间，累计变化最大点为 6-1-FH35# 点，其变化值为 -118 kN。该基坑各锚索内力各监测点变化值未超出报警值（各锚索内力报警值 134 kN），所有检测锚索均达到设计要求（见表 1）。

从表 1 可看出所有随机检测锚索在施工后的一年的时间里，锚索的内力变化均在设计允许范围内，这是基坑边坡能够稳定安全的关键。通过分析，之所以能够有如此好的锚固效果，主要原因首先是压力分散型锚索自身的锚固力分布均匀、锚固性能好；其次是专业的锚索施工技术以及针对一些不同地层条件的施工工艺创新和不同问题的解决措施。

5 结语

根据本工程的实践经验，对于含角砾黏性土、含黏性土角砾、全风化泥岩、局部表层分布少量素填土，下伏基岩为砾状泥质灰岩、石灰岩、硅质岩等地质复杂的坡面，采用压力分散型锚索可大大提高边坡的稳定性与可靠性。

当然，压力分散型锚索因不同单元体上的钢绞线长度不等，带来预应力施作的专业化要求高。张拉的时候，需要采取补偿张拉的方式进行，因外结构位移造成同束锚索中不同单元体受力不均，使得靠近孔口方向的单元体受力过大而遭到首先破坏，从而失去锚固性能。故张拉施工时，需严格按照专业技术操作规程进行，确保压力分散型锚索的施工质量。Q