预应力锚索施工技术在公路边坡防护中的应用

罗栩　欧小祥　付慧建

摘要 预应力锚索防护具有施工工艺简单、支护效果好、施工成本低等优势，常作为高速公路边坡防护与滑坡治理中的有效防护方式。通过工程实例，分析预应力锚索施工工艺流程及要点，对边坡锚索进行了拉拔性能试验和稳定性监测。结果表明：预应力锚索施工后锚索的抗拔力满足设计要求和施工规范要求，锚索张拉效果良好，边坡无位移形变，取得了良好的防护效果。

关键词 预应力锚索；高速公路；边坡防护；施工技术

中图分类号 TU753文献标识码 A文章编号 2096-8949（2024）10-0102-03

0 引言

在高速公路边坡防护中，由于受降水、地层等因素影响，经常出现边坡滑塌现象，主要原因为边坡防护方案不合理、未严格按照规范进行支护施工等。预应力锚索能有效避免地层的滑移，增大预应力，可以提高边坡的稳定性[1]，广泛应用于公路高边坡施工和滑坡病害处置。某工程项目合同段内存在多处高边坡路段，主要采用加固措施为预应力锚索框架梁。该文通过对预应力锚索施工技术进行分析，以期为高速公路边坡防护工程提供相关技术参考。

1 工程概况

某项目所属区域为亚热带季风湿润气候，雨量充沛，多年平均降水量为1 412.2 mm。经综合勘探和测试工程地质条件表明，该区域的边坡地层主要为粉质黏土、泥质粉砂岩、砂岩、炭质页岩和砾岩等。该项目K983+170处为边坡段，坡形较为完整，左线坡度为430，右线坡度为510；该边坡坡顶高程为44 m，拟设计为五级边坡，边坡分级高度为8.5 m；一级及二级边坡的坡率设计为1∶1，三级至五级边坡的坡率设计为1∶1.25；边坡防护施工总土方开挖量约为5 745 m3，边坡防护形式拟采用锚索框架梁和锚杆框架梁。

2 施工工艺流程

锚索主要施工工序为：测放孔位—钻孔—锚索制作与安装—注浆—张拉—封锚。锚索框架梁的具体施工工艺流程如图1所示。

2.1 测放孔位

边坡施工应遵循边开挖边支护的原则，不得一次开挖到底。采用全站仪在坡面上测放锚孔位置，设置固定桩；按设计间距进行加密，测定的孔位点埋设标志；采用钢卷尺在施工放样时复核，孔位误差不得超过50 mm。

2.2 钻孔

钻孔设备应根据锚固地层的类别、孔深、孔径及现场施工条件合理选择，钻孔深度应符合设计要求。钻孔作业时，应边钻孔边用高压风吹尽孔内岩粉，做好钻进情况及吹出岩粉施工记录。锚孔达到设计深度后，应稳钻1～2 min，防止孔底坍塌、未达到设计孔径的情况。为确保锚孔深度满足要求，实际钻孔深度应大于设计深度20～30 cm[2]，成孔应采用棉絮堵塞以防止落物，并做好显著标记。应控制钻孔角度，方位误差不应超过±2 °，倾角误差不应超过±1 °。钻进时应采用干钻，不可开水冲钻，以保证孔壁的黏结性能。根据边坡地层条件和钻机性能控制钻孔速度，防止钻孔扭曲、变径及倾斜。为防止孔内水体黏滞，完成钻孔后应及时清孔，一般采用风压为0.2～0.4 MPa的高压空气清除孔中积水及岩粉。如出现塌孔，清理孔渣后方可继续钻孔。

2.3 锚索制作与安装

（1）锚杆为12 m，锚杆主筋为32 mm，杆身设Φ8 mm定位钢筋。杆体入孔前，应检查是否平直并除锈、除油；放入时防止杆体扭压、弯曲，注浆管随锚杆一同放入钻孔；锚杆外露30 cm，以便与锚具连接，锚杆钢筋的长度应增加20 cm，注浆管头部距孔底为20 cm[3]。

（2）锚索采用6束高强度、低松弛的预应力钢铰线，公称直径Φ15.24 mm，设计标准抗拉强度1 860 MPa，采用OVM15-6型锚具成套。锚索及锚固长度根据设计确定，长度误差应控制在±50 mm；应使用砂轮机切割钢绞线，并确认不存在严重锈蚀、死弯、损伤及电烧伤等问题；编束前应做好污渍清洁、表面除锈、涂刷防腐、涂料防锈等工作。

（3）锚固段布设隔离架应保持1.5～2 m间距，防止钢绞线相互缠绕，同时设置孔径为6 mm的梅花形注浆孔，孔间距应设置为20 cm。锚索入孔前，应使用高压风清除孔底沉渣；在锚索头部施加开孔导向头，人工缓慢地将锚索放入孔内，放置过程应均匀用力，防止锚索出现扭曲；锚索安放后应预埋排气孔，预留注浆塞。为保证锚索安装质量，固定锚索时可通过缓慢扭转的方式校正偏差。

2.4 注浆

锚杆孔内注浆压力为0.2～0.4 MPa，采用孔底注浆法，注浆深度不小于潜在滑动面以下0.5 m[4]，一次注浆应与锚杆注浆相同。压注M30水泥砂浆，使用P.042.5级普通硅酸盐水泥，其水灰比為0.40～0.45。注浆应使用活塞式压浆泵，水泥浆即拌即用，不得超过水泥的初凝时间；压浆所用注浆管应与锚筋体绑扎牢固，保持通畅，注浆管头距锚筋体末端为5～10 cm。当锚孔口有浆液溢出，且水泥浆面稳定时间不小于5 min时，则可停止注浆。注浆结束后，孔口若出现浆液回落，则应在30 min内补浆，直至注满。注浆应做好记录，补浆次数不宜超过3次。锚索安装与注浆的时间间隔不得超过24 h。

2.5 张拉

（1）张拉前必须重新标定、调校机具及仪器，锚墩混凝土及砂浆达到设计强度后方可进行锚索张拉。锚索与钢质承载板采用夹片连接，其单根连结强度不得低于200 kN。应确保锚具与锚垫板及千斤顶位置对中、紧密贴合，千斤顶轴线应与锚索处于同一轴线水平，以提高承载力的均匀性，出现偏差可采用2.0 cm厚度的钢垫片进行调节。

（2）为使钢铰线受力均匀，成束张拉前，应确保锚索体顺布平直。正式张拉前，应采用小千斤顶按设计张拉值的10%～20%，对钢铰线开展1～2次张拉，确保钢铰线平顺及均匀受力，使锚索各个部位接触紧密，按设计张拉值进行张拉锁定。

（3）各单元锚索预应力值因锚索长度不同而有所差异，故应对各单元采用差异分布的方式施加差异荷载，待各单元锚索弹性伸长差得到补偿后，再进行张拉施工。每次张拉应分级进行，缓慢施加速率逐级加载张拉力，油压泵加压速率宜控制为0.1 MPa/s，预应力速率应控制为0.1 m/min。完成第一级张拉后，应稳定20～30 min，确保预应力、张拉力稳定，其余的每级张拉力稳定时间应为2～5 min，卸载速率应控制为0.2 m/min。张拉时钢绞线受力应均匀，锚索锁定拉力为0.75倍的设计拉力。

2.6 封锚

将锚索锁定48 h，在封锚期间根据锚索测力计观察预应力损失情况。若预应力损失不超过设计张拉力10%时，则应重新张拉锁定；预应力损失超过设计张拉力10%时，应分析原因采取相应的工程处理措施。封锚时不可切除有预应力监测要求的钢绞线，采用手提砂轮机切割距离锚具10 cm外的多余钢铰线，严禁使用电弧烧割。对锚头及锚垫板间的部分空隙，采用水泥浆灌注填满，使用强度等级为C30的混凝土对外露钢筋锚杆进行封锚，封锚混凝土厚度不得小于100 mm。

3 预应力锚索加固边坡施工效果分析

3.1 锚索拉拔性能试验

依据《公路工程质量检验评定标准》《锚杆锚固质量无损检测技术规程》相关规定，选取路基左右侧各两个点进行边坡锚索预应力检测。检测方法：边坡钻锚固孔，放入束体，固定束体下端，制作外锚头并适当加长待测锚索，安装待测锚索。锚索口部应采用砂浆抹平，锚索尾部支放承压垫板，测量位移仪器及千斤顶安装在待测锚索上，使千斤顶内缸与锚索外端固定。采用手动油压泵分级加荷，加载时应匀速、逐级加荷至预应力设计值的0.50倍、0.75倍、1.00倍[5]。荷载每增加一级，均应稳定5～10 min，并读取抗拔力值，记录位移；若位移量超过1 mm，则该等级荷载应继续稳定50 min，并分别于15 min、20 min、25 min、30 min、45 min、60 min时记录其位移量，最后卸荷至起始荷载，记录其残余位移量；加荷至最大试验荷载，位移稳定后卸荷至0.1倍抗拔力设计值，然后加荷至锁定荷载进行锁定，得到荷载-位移（P-S）曲线。

对锚索进行拉拔试验，按检测方法逐级、匀速加荷观测，观察锚索工作状态并记录锚索位移值，得到抗拔力的检测结果如图2所示，荷载-位移（P-S）曲线结果如图3所示。

图2表明，边坡锚索位移量均不大于1.02 mm，可视为锚索伸长量，说明锚索未发生明显位移；锚索抗拔力检测值均大于320 kN，说明锚索稳固效果良好，抗拔力满足设计及规范要求。

图3表明，拉拔力达到250 kN前锚索P-S曲线斜率较为稳定；位移量缓慢均匀增加至0.5 mm，继续加大拉拔力值，位移量明显增加，迅速由0.5 mm增加至1 mm；拉拔力卸载后，位移量恢复至0.5 mm，说明张拉后锚索工作状态良好，锚索在拉拔力作用下的伸长率符合规定标准，抗拔力满足设计及规范要求。

3.2 边坡稳定情况

锚索完成后，在边坡马道、坡面及坡頂的左右两侧共设置10个位移观测点，实施边坡稳定性监测。水平监测采用全站仪坐标法，垂直监测采用精密水准测量法。施工期间监测频率分别为3 d/次、7 d/次，施工结束后监测频率分别为7 d/次、14 d/次。经52次监测，统计结果如表1所示：

表1表明，边坡最大单次水平位移量为3 mm，最大垂直单次位移量为3.5 mm，最大累计水平位移量为18 mm，最大累计垂直位移量为16 mm，水平位移及垂直位移量均较小。同时，监测过程中边坡未出现坡面裂缝，说明锚索已发挥锚固及支护作用，边坡稳定性良好。

4 结束语

通过工程实例对锚索实施拉拔性能试验及边坡位移观测，监测数据结果表明，对存在安全隐患的边坡采用预应力锚索进行加固后，锚索抗拔力达到稳固要求，边坡不会发生明显位移，具有较好的稳定性能。施工单位应熟悉了解预应力锚索施工相关技术规范，熟练掌握施工工艺流程及各环节施工技术要点，严格按照设计要求及施工规范操作，从而提高预应力锚索框架梁施工质量，保障边坡的稳定。

参考文献

[1]杨朝震. 预应力锚索加固岩质边坡及锚索参数优化数值分析[J]. 武汉理工大学学报， 2021（12）： 64-68.

[2]谢文洁. 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研究[J]. 交通世界， 2021（34）： 72-73.

[3]刘淼青. 公路边坡稳定性分析及预应力锚索支护技术应用研究[J]. 交通世界， 2022（30）： 129-131.

[4]武博强， 刘青， 杨德宏， 等. 公路土质边坡注浆加固稳定性研究[J]. 公路交通科技， 2021（11）： 45-51+87.

[5]江冠， 冯忠居， 赵瑞欣， 等. 高边坡预应力锚索特征荷载现场试验研究[J]. 长江科学院院报， 2022（1）： 100-106.