低预应力锚杆框架梁边坡防护施工技术研究

摘要：为了探究低预应力锚杆框架梁在边坡防护施工中的技术要点与效果，以青岛西海岸新区开城路二期工程边坡防护工程为实例，详细分析了低预应力锚杆框架梁的结构设计原理，对框架梁低预应力锚杆整体稳定性进行了计算分析。在此基础上，阐述了低预应力锚杆框架梁的施工流程和技术要点，包括施工准备、钻孔、注浆、锚杆安装、框架梁浇筑等关键环节。研究结果表明，采用低预应力锚杆框架梁进行边坡防护，能够有效提高边坡的整体稳定性和安全性，同时有助于降低施工成本、缩短工期。

关键词：低预应力；锚杆；框架梁；边坡防护；钻孔；注浆

0" "引言

边坡防护工程是土木工程中不可或缺的一环，对于保障工程安全、维护生态环境具有极其重要的意义。在众多的边坡防护技术中，低预应力锚杆框架梁以其独特的优势，如施工简便、成本低廉、适应性强等，在近年来的工程实践中得到了广泛的应用[1]。随着工程规模的不断扩大和施工环境的日益复杂，人们对低预应力锚索框架梁边坡的保护措施提出了更高的要求。因此，有必要进一步研究其构造工艺，这不仅有助于提升工程质量，还能为相关工程实践提供有力的技术支持。

1" "工程概况

1.1" "工程基本情况

青岛西海岸新区开城路二期工程项目，施工起点为K0+000，终点为K7+753.827，主线总长度达到7.754km。采用四车道设计，路基的宽度为24.5m，设计速度为80km/h。该条公路的建设将完善青岛路网结构，强化青岛西海岸区域与潍坊南部各县市的联系，促进青岛经济技术开发区与诸城市规划山东头临港高端产业示范区经济交流与发展，有效缓解青岛市西南部地区的交通压力，加强青岛中心城市的辐射带动作用，加快城市化进程，改善出行条件，适应远景交通量增长具有重要的作用。

1.2" "工程量状况

本工程主线段路基全长达7754m，主线挖方406.305×103m3，填方265.726×103m3，路面145.422×103m2，大桥1座，中桥1座，涵洞33道；隧道573m，双车道双洞573m；分离立交1座，天桥1座，平面交叉19处。

1.3" "地形地貌状况

根据山东省地貌类型的区域分异特征，本工程路线所经区域为胶南低山丘陵区（Ⅲ2）。胶南低山丘陵区（Ⅲ2）位于鲁东丘陵的南部，其地貌基本特征是山地丘陵的分布受北东向构造明显控制，山脊线作北东-南西走向，成为鲁东南河流的分水岭。

1.4" "气候气象状况

本工程路线经过区为海洋性季风气候，气温较低，年降雨量适中，夏季凉爽而潮湿，冬季寒冷而湿润，四季分明，无霜期202d，年日照2447.1h，年降雨量750～900mm，年降水日数83～97d。夏季受台风影响，平均每年在2次左右，常年主导风向为东北风。

场地最大冻土深度0.50m。主要灾害性天气有热带气旋、海雾、霜冻、冰雹、雷暴、干旱洪涝、酸雨。其中热带气旋和寒潮等主要灾害性天气中对本工程施工速度和施工安全有较大的影响。

2" "低预应力锚杆框架梁结构设计

低预应力锚杆框架梁结构由框架、挡土板、锚杆和墙后土体构成。根据设计荷载和跨度，初步确定框架梁的截面尺寸。同时，根据边坡的稳定性和位移控制要求，确定锚杆的布置位置和数量。考虑梁的受力特点和稳定性要求，计算并确定所需的预应力大小。低预应力锚杆框架梁结构示意图如图1所示。

这一设计体系中，框架部分由立柱、横梁和挡土板协同工作，共同构建一个类似于井字梁的结构体系。但与传统的井字梁楼盖结构不同，该设计在立柱与横梁的交叉点处设置锚杆锚头，实现结构的有效连接[2]。锚杆的内端深埋于土体中，形成牢固的锚固点。

在受力状态下，挡土板所承受的土压力能够均匀分散至整个框架结构上，随后通过锚头传递至钢拉杆。这一传递过程确保了土压力的有效分散和稳定传递，从而增强了结构的整体稳定性。最后，由锚固段附近土壤产生的摩擦抵消了这些传给钢拉杆的作用力。该摩擦力既可以有效地分担锚头的土压力，又可以抵抗可能出现的水压，从而保证低预应力锚索框架梁的稳定性和安全性。

3" "低预应力锚杆整体稳定性计算

预应力锚杆通常嵌入在混凝土构件内部，如梁体或柱子中，通过提供预加的拉力来增强结构的整体稳定性[3]。在计算整体稳定性时，土体的应力状态界限可以用弹性、塑性和弹塑性等理论加以确定。通常通过有限元法来求解复杂边界问题，从而得到结构在受到外部荷载时的应力分布和变形情况。

假设土在某一滑裂面上，对其作极限平衡分析。在计算过程中，还需要考虑预应力锚杆对结构稳定性的影响[4]。预应力锚杆通过提供额外的拉力，可以减少结构在受到外部荷载时的变形和应力集中现象，从而提高结构的整体稳定性。在给定一个滑移面的情况下，稳定性系数计算公式为：

Fs=MR/MT" " " " " " " " （1）

式中：Fs代表框架梁低预应力锚杆整体稳定性安全系数，MR代表滑动面上的抗滑力矩，MT代表滑动面上总下滑力矩之和。

MR可通过式（2）计算求解：

MR=Ms+Ma+F∆y" " " " " " " （2）

式中：Ms代表土体与上部分荷载之间形成的抗滑力矩，Ma代表锚杆抗拉力等效抗滑力矩，F代表水平推力，∆y代表坡底距离。

框架梁低预应力锚杆整体稳定性计算是一个综合性的过程，需要综合考虑多个因素[5]。在实际工程中，建议采用专业的结构分析软件和经验丰富的工程师来完成计算和设计，以确保结构的稳定性和安全性。

4" "低预应力锚杆框架梁施工要点

4.1" 高边坡开挖要求

施工过程中，高边坡开挖是不可或缺的一环。本项目采用由上至下的开挖方式，逐层挖掘，每层的开挖高度控制在2～3m之间。每层挖掘完成后，应立即在斜坡上安装锚索，为下一层施工做好准备[6]。

每层边坡开挖结束后，需迅速进行钢筋笼的绑扎、模板的安装以及结构梁混凝土的浇筑工作，确保施工流程的连贯性与高效性。在框架梁的补强施工中，锚索的张拉操作需严格按照相关规范执行，以确保施工质量的可靠性。每完成一道工序，下一道工序便紧随其后展开，实现施工过程的紧密衔接。

4.2" 预应力锚索施工流程

预应力锚索施工流程主要包括钻孔、编索、注浆、预应力张拉和封锚等5个核心步骤。按照既定的施工流程，从准备工作开始，依次进行锚孔钻孔、锚索加工、锚固、锚孔灌浆、框架梁建设、张拉锁紧，最后进行质量检验。图2为低预应力锚索施工流程图。

4.3" 预应力锚索施工关键点

4.3.1" 放样

施工人员需严格依据设计图进行锚孔定位，并做好标记。如遇复杂地形或测量困难，应及时向监理单位汇报，并根据边坡稳定性对锚孔位置进行微调。

4.3.2" 钻孔

采用潜孔钻机进行作业。钻探过程中，现场管理人员需全程监督，并详细记录钻探情况。若遇到坍方或软弱地层，需及时调整施工方法，确保孔壁完整。在钻孔完成后，需进行孔位、孔深及孔径的检查，确保满足设计要求。同时，严格控制钻孔直径，确保其略大于设计值，孔位误差控制在+100mm以内，孔深误差在0～10mm之间。

4.3.3" "锚孔清理

完成钻孔后，进行锚孔清理。钻头需在孔底稳定1～2min，以防止塌孔或未达到设计高程。清理时，利用高压风排出孔底的泥浆和水，但需注意避免对岩体造成破坏。

4.3.4" "锚索体系制作与安装

张拉段长度需适当加长1.5m，锚索位置、钻孔深度及孔径等均需符合图纸要求。在安装前，需检查钢丝绳的直线度和平直度，清除表面油污和破损。

4.3.5" "预应力张拉

锚索安装完成后，进行张拉工作，并进行防腐处理。

对锚索进行预应力张拉时，务必确保张拉速度缓慢而稳定，通常应控制在0.1m/min以内。每次张拉完成后，需保持张拉力稳定，待油压计读数平稳后方可进行锁紧操作。卸荷率应严格控制在0.2，以确保张拉过程的精确与安全。

卸荷率计算公式为：

ƒ=VL/L" " " " " " " " "（3）

式中：ƒ代表卸荷率，VL代表卸荷长度，L代表锚索总长度。

4.3.6" "注浆

锚碇完成后，施工人员应立即开始注浆工作。注浆压力应维持在0.6～0.8MPa的范围内。注浆工作结束的判据，通常基于钻孔的灌注量大小来确定。

4.3.7nbsp; "封锚

经过各道工序的质量检验合格后，可对垫座混凝土进行凿毛处理，截去露出的钢绞线，并使用C30商品混凝土进行封锚。

4.4" "框架锚杆防护施工要点

4.4.1" 坡面清理

框架锚杆防护施工的基本流程图如图3所示，坡面清理是施工前的关键步骤，目的是清除边坡的杂物和土壤，为后续施工创造良好条件。

4.4.2" "钻孔

需要搭建钻机平台并进行钻孔作业。在钻孔过程中，选用大口径钻头，如直径70mm的C25或直径90mm的C32型钻头，锚孔倾角应保持在25°左右。钻孔施工应采用干式作业方法，并且在锚固前，利用高压空气进行彻底清扫，确保孔内清洁。钻机支架的设置应遵循2m的间距标准，并确保加固层厚度不低于25mm，以保证施工安全和稳定性。

4.4.3" "锚杆施工

在锚杆施工过程中，选用水泥砂浆作为注浆材料，并一次性完成施工。所使用的水泥砂浆强度应不低于30MPa，浆体的水灰比控制在0.4～0.6之间，注浆压力应保持在1.0MPa以上，以确保锚杆与孔壁紧密结合，提高整体结构的稳定性。

4.4.4" "钢筋绑扎

在框架钢筋绑扎环节，首先进行刻槽工作，以确定梁肋的外形。随后，按照施工顺序先浇筑竖梁，并在梁体连接处设置横向梁筋。待纵向结构初步成形后，再进行横梁的浇筑工作。这一过程中，注重钢筋的精确绑扎和固定，确保框架结构的稳定性和承载能力。

5" "结束语

本文以青岛西海岸新区开城路二期工程边坡防护工程为实例，详细分析了低预应力锚杆框架梁的结构设计原理，对框架梁低预应力锚杆整体稳定性进行了计算分析。在此基础上，阐述了低预应力锚杆框架梁的施工流程和技术要点，包括施工准备、钻孔、注浆、锚杆安装、框架梁浇筑等关键环节。通过对低预应力锚杆框架梁边坡防护施工技术的深入研究，不仅揭示了其技术特点和施工要点，还结合工程实例进行了实证分析，为相关工程实践提供了有益的参考。然而，由于边坡防护工程涉及的因素众多，施工环境复杂多变，因此对于低预应力锚杆框架梁边坡防护施工技术的研究仍需持续深入。

参考文献

[1] 郭鹏辉.变形协调条件下锚索框架梁-抗滑桩边坡支护体系设计方法研究[J].城市道桥与防洪，2024（1）：194-198+21-22.

[2] 陈建峰，杜长城，祁昊，等.锚拉桩-锚索框架梁组合结构加固边坡可视化模型试验[J].同济大学学报（自然科学版），2023，51（2）：206-212.

[3] 罗光亮.路堑高边坡预应力锚索框架梁施工技术及质量控制研究[J].运输经理世界，2023（29）：76-78.

[4] 谭名燕，刘丽强，李根杨，等.山城道路路基高边坡防护中锚杆框架梁技术应用研究[J].建筑技术开发，2023，50（9）：108-110.

[5] 张军辉，周勤伟，黎峰，等.框架梁锚固边坡支护结构研究进展综述[J].中外公路，2023，43（03）：17-23.

[6] 赵常青，樊占东，冉黎明，等.破碎岩土高边坡锚索锚杆框架梁支护施工工艺[J].公路，2023，68（5）：50-53.