高速公路工程高边坡治理预应力锚索施工技术

冀 佳

(山西路桥建设集团有限公司公路工程总承包分公司，山西 太原 030006)

1 项目背景

高速公路工程项目的全线长度是28.53 km，起讫桩号是K33+198～K61+728，采用的是双向四车道，设计的行车速度是100 km/h，其中整体式路基宽度是24.5 m，分离式路基宽度是12.25 m。此项目中边坡失稳表现是顺层边坡与开挖施工后不稳定边坡，同时路线走向和岩层较为接近，路堑边坡是顺向，若是岩层倾角<边坡坡角，就会引发边坡失稳。通过综合分析项目现场地质条件及施工情况等，然后确定采用预应力锚索施工技术进行高边坡治理。

2 预应力锚索施工设计

此高速公路工程项目中路基采用横断面布设，其中整体式路基的宽度是24.5 m，中央分隔带的宽度是2.0 m，两侧的路缘带宽度均是0.5 m，各侧行车道的宽度是2×3.75 m，两侧的硬路肩宽度均是3.0 m(包括路缘带0.5 m)，两侧土路肩的宽度均值是0.5 m；分离式路基的宽度是12.25 m，左侧硬路肩的宽度是0.75 m(包括路缘带0.5 m)，行车道的宽度是2×3.75 m，右侧硬路肩的宽度均是3.0 m(包括路缘带0.5 m)，两侧土路肩的宽度均是0.5 m。通过实地调查研究发现，此项目中K39+228～K51+510段沿线边坡结构稳定性表现良好，但是局部路段岩层的倾角是15°～45°，岩体之间包含了泥质夹层，同时节理裂隙较为发育、强风化层比较厚的挖方边坡可能会出现失稳，所以必须采用合理、有效的措施进行治理，即选择“抗滑桩”+“挡墙”+“锚索框架”+“锚杆框架”防护方式。此项目中预应力锚索施工应把锚索十字梁建立在边坡第一阶的上半部，其中锚索的长度是20 m，锚固段的长度是12 m，确定的设计拉力是700 kN。从边坡第二阶安装6孔预应力锚索框架(长度是7 m，数量是6片)，上排锚索长度是25 m，中排锚索长度是23 m，下排锚索长度是20 m，锚固段的长度是12 m，拉力是700 kN。

3 施工技术

3.1 施工准备

在预应力锚索施工前必须组织设计人员、施工技术人员等确定工艺流程、施工设备以及施工材料等，同时完成施工技术交底工作。提前实施锚筋材料试验、注浆灌注试验以及浆液配合比试验等，以保证预应力锚索施工的有序进行。认真、仔细检查各项施工设备参数及性能，同时高度重视设备维修与保养，以保证设备处于最佳运行状态。根据设计编制的锚索施工图纸进行现场测放，精准标记锚索钻孔施工位置。

3.2 构建锚索施工平台

从高速公路工程项目中高边坡位置以脚手架方式构建锚索施工平台。若是施工平台采用的是木板，则应保证铺设的木板宽度>3 m，同时承受的水平推力应≥3 t。此锚索施工平台中的临空面必须建立安全栏杆，其高度≥1.8 m。选择从脚手架中的合理位置安装钻机，根据锚索施工设计基本要求，适当调整钻机方位角、倾角以及钻孔位置，待安装到指定部位后实施固定处理。

3.3 钻孔施工

根据设计钻孔方位角、倾角以及钻孔位置实施钻孔作业，同时通过测量对钻孔角度进行控制，保证倾角误差≤±1，方位误差≤±2。结合边坡土层条件科学配置钻机，严格控制钻机施工速度，以免发生钻孔倾斜、变径以及扭曲等现象。在钻孔施工阶段不可开水冲钻或者是冲洗孔壁，并且认真、仔细全面记录钻压、钻速等各项参数。待达到设计要求钻孔深度后，不可立即停止钻进施工，需要保证稳钻3～5 min。在钻孔施工完成之后，必须立即将孔内的杂物清理干净，然后选择清水实施清孔作业，同时通过高压空气将孔中积水吹干，孔内不可存留积水。

3.4 锚索制作

从项目现场平整区域搭建编索平台(高度是0.5 m，宽度是1.5 m)，设置防晒防雨棚。结合孔深与外锚段长度，通过砂轮机把钢绞线进行截短处理，然后组装挤压头，精准安装挤压套与挤压簧。选择鲜明标记实施钢绞线各单元编号，主根进行严格检查，不可采用损伤钢绞线，同时把钢绞线表面中的泥土、锈渍等杂物清理干净，平顺地安放于工作平台之上。精准定位注浆管与实施牢固绑扎，向导向帽深入5～10 cm。此外，内锚固段按照间隔距离1 m设置对中支架；张拉段按照间隔距离1.5 m设置对中支架。

3.5 下锚施工

待锚索质量检查符合规定要求之后，把锚索运输到项目现场指定孔位实施安装，而运输阶段各锚索的间隔距离需要保证≥2 m，转弯半径不可过小。锚索垂直运输阶段，所有吊点(除主吊点)均将锚索快速安全脱钩。以锚索安装作业为例，应结合设计要求的倾角与方位进行平顺推进，以防止发生串动、抖动与扭转现象，有效控制推进过程中卡组与散束问题。待锚索安装结束之后，不可从锚索中悬挂重物，所以敲打锚筋，施工所有环节必须保证监理在场。

3.6 锚孔注浆

提前实施浆液配比试验，根据注浆浆液设计要求实施配比与均匀、充分搅拌，其中浆液水灰比是1∶2，采用现场配比搅拌，以保证一边搅拌一边使用，同时浆液强度应保证≥40 MPa，采用孔底返浆方式实施锚孔注浆，其中注浆压力控制是2.0 MPa，一直至浆孔位置溢出新鲜浆液才能够停止注浆，禁止孔口注浆或者是抽拔注浆管。在实施注浆作业阶段，若是孔口浆面出现了回落，则应在30 min之内实施孔底压注补浆，通常补浆次数控制为2～3次，以确保孔口灌满浆液。此外，锚孔钻孔施工完成之后必须立即实施注浆与锚筋体安装，要求的间隔时间≤24 h。

3.7 锚索框架施工

锚索框架是高边坡核心受力构件，也是预应力钢绞线锚固锚点交接点，所以锚固框架安装效果直接决定着高边坡锚固质量。实施混凝土灌注的过程中应保证锚具内螺旋钢筋、锚垫板与波纹管等符合设计规定基本要求，同时从横梁与数肋的交点位置以钢筋方式实施固定处理，保证位置的平整度，同时方向和锚孔保持一致。此外，混凝土浇筑必须确保密实度，不可随意移动锚具。

3.8 锚孔封锚验收

待预应力锚索施工结束之后，必须立即按照要求验收锚孔锚索，以保证施工效果符合设计要求。此项目试验阶段选择的设备主要包含了张拉千斤顶、油压表以及油泵等，检测阶段采用的设备主要包括压力传感器、游标卡尺等，实现锚索应力与变形条件测定。在实施锚孔封锚验收的过程中，必须确保验收锚索数量≥锚索总数量的5%，同时数量≥3根。除此之外，验收阶段选择分级施加荷载方式，其中初始荷载是设计荷载30%，然后是设计荷载50%、75%、100%、120%、133%以及150%。

3.9 锚筋张拉锁定

预应力锚索框架是边坡锚固工程项目在规划和建设过程中非常重要的受力构件之一，在应用时，其自身的形成有利于将整个被加固边坡范围内的临空表面进行有效控制，其在受到框架平面覆盖影响之后，其自身的整个加固整体性能可以得到不断提升。在注浆浆体以及台座混凝土强度可以标准设计强度要求80%以上的时候，就可以结合实际要求，对其展开张拉锁定作业处理。比如可以根据实际要求，对验收试验阶段锚孔进行合理的选择和利用，促使其可以达到目前基本设计强度要求，一直到所有的验收试验结束为止，在接受检验后达到合格标准要求，才能够进行后续一系列的操作。通常锚斜托台座的整个承压面应当尽量保证良好的平整度，同时还要保证与锚索轴线方向的垂直状态。在锚具安装过程中，必须要保证与锚垫板、千斤顶等建立密切的贴合联系，尤其是在千斤顶轴线、锚孔筋体相同的轴线位置处，需要保证其承载的均匀性、可靠性。

通常在锚索正式张拉开始之前，需要结合实际要求，将其10%～20%左右的设计张拉荷载作为各衡量的主要依据，对其预张拉1～2次，这样做的根本目的是为了促使其各部位之间可以建立良好的连接关系，保证钢绞线处于完全平直的状态。针对目前压力分散型的锚索来说，由于各单元的锚索长度具有非常明显的差异性，所以在张拉方面，应当对其进行有效的设计，严格按照不同的次和要求，对各单元进行合理设计，以差异分步的方式进行张拉处理。结合水分荷载以及固筋长度计算要求，对差异荷载进确定，同时还要结合计算之后的差异荷载，对其不同的单元张拉情况进行分析。

锚索预应力在补足差异荷载方面，要对其进行合理的分析，严格按照不同的级别、相关规定和要求进行分析，也就是设计荷载的25%、50%、75%、100%以及110%。在张拉最后一级荷载过程中，要将其进行有效控制，通常控制在10～15 min的范围内即可，后续要对卸荷进行锁定处理。在锚索锁定处理之后的48 h之内，一旦发现其中存在相对比较明显的预应力损失，那么必须要结合实际要求，对其进行是的补偿张拉处理。

3.10 预应力锚索结构设计分析

预应力锚索不仅可以对边坡浅表进行加固压缩处理，而且能够针对潜在的滑动边坡进行有效控制。在高速公路或者水利工程项目建设中，路基边坡支护设计时可以实现对预应力描述的广泛应用，外锚头结构形式在实践中得到大范围的开发和利用，一旦遇到相对松散的层边坡时，格梁可以对边坡表层预应力起到良好的保护效果，以此来实现均匀传递的根本目的。同时能够尽可能减少岩土应力集中带来的压缩变形等一系列问题，格梁可以促使各锚索相互之间的联系得到强化，保证抗滑锚索整体性以及连续性得到提升。同时在格梁相互之间还可以实现景观的绿化设计，以此来达到良好的应用效果。

格构一般是直接由垂直坡面位置中的横纵梁相互组合而成，在整个横纵梁相交的预应力位置处，会对锚索结构进行合理的设置和利用。更为重要的一点就是针对锚索结构的梁模型进行科学合理的设计和利用时，必须要结合实际要求，针对格构下部的岩土体以及格构的相互作用力展开深入分析，通过这种方式在其中的合理利用，有利于直接将线弹性体的计算为基础，对岩土体的格梁进行设计和计算。所以，在该形势背景下必须要保证预应力的锚索结构在力学分析中可以得到合理利用，同时还要对边坡土体地基影响作用等展开深入分析。在整个模型计算和分析过程中，必须要对周边的岩石土体、格构梁体作用力展开深入分析，以弹性地基模型法进行计算。同时还要对弹性地基梁模型进行计算和分析，通常是直接将格梁作为地基中的上梁进行计算。从整体角度着手对其进行分析，要结合不同类型的地基模型对其进行合理的构建和利用，不同的运算方法以及计算结果之间存在非常明显的差异性。

预应力锚索格构在应用过程中，尤其是在复合中涉及到的边坡地质具有一定的复杂性，在目前常见的格构梁边坡加固施工过程中，由于受到认知水平等诸多因素条件的影响，很难对其中的内在联系有所认识和了解。尤其是在边坡护理以及修复工程中，无论是在广度或者是深度等各方面，都必须要进行改革和创新，对加固治理方法进行不断的拓展，以此来实现对现有工程治理措施的完善和优化，促使预应力锚索工作效率、质量得到有效提升。在预应力锚索压力设计以及分析过程中，锚筋材料多数情况下都是以无黏结的高强度、低松驰钢绞线为基础组成部分，同时还要对其中涉及到的各单元钢制绞线进行标记，为施工人员的操作提供便利条件。在整个编索中，要将已经截取的钢绞线直接放置在对应的架子中，为其进行仔细的检查，对表面存在的泥土污垢等进行彻底的清除，对其中存在绞线进行彻底的清除，同时还要对锚段进行编号处理，以此来达到良好的效果。

4 总 结

本文结合高速公路工程项目实际情况，重点研究了高边坡治理预应力锚索施工技术，主要包含了施工准备、构建锚索平台、钻孔施工、锚索制作、下锚施工、锚孔注浆以及封锚验收等。实践表明，此高速公路中高边坡治理采用的预应力锚索技术合理、可行，显著提升了高边坡结构稳定性，实现了高速公路安全通车，也为类似项目施工提供了借鉴。