预应力锚索技术在高边坡滑坡防治中的应用研究

摘要 为提高高边坡的稳定性，避免发生滑坡和崩塌等情况，在实际工程背景下，研究预应力锚索技术在高边坡滑坡防治中的应用。依据工程设计情况和预应力锚索技术原理，确定该技术的相关参数，按照施工标准完成预应力锚索施工。对施工后的高边坡进行监测后可知：该技术应用后，各个监测点的位移结果均小于允许的20 mm，高边坡滑坡稳定系数结果在1.4以上，满足技术工程标准。

关键词 预应力锚索技术；高边坡；滑坡防治

中图分类号 U418 文献标识码 A 文章编号 2096-8949（2024）23-0046-03

0 引言

高边坡稳定性问题是工程建设中的关键环节，其稳定性直接关系到工程安全和经济效益；在复杂的地形和地质条件下，高边坡的滑坡、崩塌等地质灾害频发，给人们的生命财产安全带来严重威胁[1]。因此，探索有效的滑坡防治技术，提高高边坡的稳定性，具有重要的现实意义和工程价值。

预应力锚索技术作为一种先进的岩土锚固方法，因其施工简便、快速有效、经济合理等优点，在高边坡支护中得到了广泛应用。该技术通过张拉锚索体，使锚固段与岩土体紧密结合，形成有效的锚固力，从而提高边坡的整体稳定性[2]。在高边坡滑坡防治中，预应力锚索技术不仅能够限制边坡的变形，减小滑坡、崩塌等灾害的发生概率，还能与框架梁、挡土墙等支护结构联合使用，形成综合防护体系，进一步提高边坡的防护能力[3]。

为深入研究预应力锚索技术在高边坡滑坡防治中的应用，文中结合实际工程展开相关分析，依据该技术的原理设定边坡防治方案，提高边坡的稳定性，保障工程的安全和效益。

1 预应力锚索技术在高边坡滑坡防治中的应用

1.1 工程概况

文章以福建地区的某高速公路工程为例，研究预应力锚索技术的应用效果，该工程全线长度为10.35 km，设计最大开挖高度接近80 m，平台宽度为2 m，坡比为1∶0.75～1∶1之间。

对工程施工范围内的地质情况进行勘察后确定，其主要土层分布以粉质黏土和风化泥岩为主，在土层勘测过程中发现，整个线路中边坡岩体呈现破碎状，局部坍塌并且呈现斜向裂缝。基于此，为保证工程高边坡的施工效果，采用预应力锚索进行边坡加固处理，锚索直径为15.24 mm，强度为1 860 MPa，按照工程的设计情况，将锚索划分为2种规格，分别为6束和4束，两者的设计荷载分别为720 kN和450 kN，锚索长度在20～35 m之间；除锚索加固后，在表层进行植草灌浆处理，实现更好的表层防护。

1.2 预应力锚索施工

1.2.1 确定锚索荷载

用预应力锚索技术加固高边坡，能有效利用锚索将易损边坡锚定于稳固岩层之中，增强对坡体变形的限制能力，确保整体结构的稳定性。施工预应力锚索时，关键在于让锚索穿透高边坡的脆弱岩层，直至连接至深层的坚硬岩层，随后执行预应力张拉操作，紧接着进行注浆固定。此过程中，注浆不仅稳固锚索，还能让浆液渗透进周围岩土的微小裂缝中，通过增加摩擦力与提升软弱岩层的黏聚力，促使整个边坡与锚固的岩层形成一个协调受力的整体，从而大幅度提升高边坡的综合稳定性[4]。

在实际应用时，确定锚索荷载大小尤为重要，对预应力锚索应用性能进行检测，确保其满足工程的设计和应用需求。在锚索准备过程中，验证锚索的抗拉强度至关重要，要求依据测试结果精细调整锚索的各项参数，确保其全面满足公路建设的严格要求[5]。为充分发挥这一环节的作用，必须明确初始荷载与特征荷载的具体数值；实施测试的方法为：假定岩土体具备刚体特性，在锚固力尚未达到峰值前，内锚段的各个接触界面保持稳定不动，且自由段不存在任何黏结应力。在此条件下，荷载与位移的变化关系如图1所示。

在该状态下，施加反作用力的计算公式为：

（1）

式中：——施加的反作用力（N）；——自由段对应的工作应力（Pa）；——锚索横截面积（m2）。

通过循环荷载施加，结合上述公式对荷载进行计算分析，确定锚索的荷载能力满足设计标准。

1.2.2 锚索伸长量计算

预应力锚索在实际应用时，其伸长量易受到多种因素的影响，例如灌浆质量、土层结构等，受到影响后，理论伸长量与实际值之间则会发生明显差异。为保证锚索的作用力，需控制该偏差控制在既定的范围内。文中研究的预应力锚索技术，其主要通过施加预应力来强化结构的稳定性[6]，确保岩土体的完整性，从而使整体结构质量达到设计要求；一旦伸长量的偏差超出允许范围，将不可避免地影响预应力效果，进而威胁到结构的整体稳定性[7]。

全面考虑预应力锚索伸长量的影响因素，对不同孔道类型的锚索伸长量进行计算，包含弯曲孔道和直线孔道，两种孔道下的预应力锚索伸长量计算详情如下所述：

（1）弯曲孔道的预应力锚索伸长量计算

弯曲孔道的预应力锚索伸长量计算公式为：

（2）

式中：——孔道的伸长量（m）；——平均张拉力（N）；——锚索的弹性模量（Pa）；——锚索的横截面积（m²）；——张拉端孔道和截面之间的实际长度（m）。

在该孔道下，预应力锚索施工时，孔壁和钢绞线之间会发生摩擦，此时会形成应力损失，该损失的计算公式为：

（3）

式中：——应力损失（Pa）；、——摩擦系数，后者与孔壁和钢绞线相对应；——张拉端孔道和截面之间的实际长度（m）；——截面和张拉端之间孔道切线对应夹角的总和（rad）；——期望张拉控制应力（Pa）。

（2）直线孔道的预应力锚索伸长量计算

为减小张拉作业的复杂性，采取从最长自由长度单元至最短自由长度单元的顺序进行张拉策略。完成初步张拉后，随即转入对所有单元的同时张拉阶段，通过精细调控张拉的时间安排，旨在平衡各锚索所产生的形变，确保钢绞线各部分承受的力量维持相近水平。

锚杆承受的荷载值计算公式为：

（4）

式中：——锚杆承受的荷载值（kN）；——荷载最大值（kN）；——锚索数量（个）。

在该孔道下，如果锚索的实际变形量用表示，其计算公式为：

（5）

式中：——锚索的实际变形量（mm）；——锚索实际长度（mm）；——钢绞线弹性模量（GPa）；——钢绞线的横截面积（mm²）。

预计施加的荷载计算公式为：

（6）

式中：——预计施加的荷载（kN）。

依据上述步骤和公式计算锚索伸长量，使施工人员可以了解锚索在施加预应力后的长度变化，从而更准确地控制张拉过程，确保锚索的施工质量和稳定性。这有助于避免在施工过程中出现因伸长量不当而导致的锚索松弛、断裂等问题，为后续预应力施工提供可靠依据。

1.3 预应力锚索关键施工工艺

依据上述小节完成伸长量计算后，则进行预应力锚索施工，关键施工步骤如下：

（1）锚索安装

在锚索安装过程中，首先穿插硬质塑料管以彻底清除孔内残留的岩屑杂质；其次精确控制锚索入孔后的外露长度，确保其符合设计要求；最后鉴于吹孔作业可能引发碎石掉落等情况，否则应避免吹孔与锚索放置同时进行，特殊情况则酌情处理。为减少此类问题，先完成钻孔作业，随后安装锚索，最后执行吹孔操作。除此之外，需特别留意地下水对锚索放置效果的影响。为此，操作人员应确保钻杆在作业过程中保持匀速旋转，直至孔内水质清澈，方可停止旋转，以确保锚索安装的顺利进行。

（2）灌浆

文中研究工程使用喷浆机进行灌浆施工，灌浆时注浆管的外径为12 mm，灌浆时，水泥砂浆因其良好的流动性而常被采用，但其内部常含有较多杂质；进入灌浆阶段时，必须密切监控注浆管的状态，预防堵塞引起的砂浆离析现象。为此使用纯水泥浆进行灌注，能够保证更佳的灌浆效果。

在灌浆准备工作阶段，需确保注浆管被稳固地安置在中轴位置，与锚杆之间保持60～90 mm的间距。灌浆操作应遵循由下至上的顺序进行，锚索一旦入孔，应立即着手进行灌浆作业。而对于张拉段，则应在锚索完成张拉锁定并经过验收合格后，再进行灌浆，同时要保证两次灌浆之间的时间间隔不超过7 d。

在施工过程中，有两个关键点需特别注意：一是控制相邻灌浆作业的间隔时间，理想状态为大约1 d；二是根据注浆时的压力变化，及时调整注浆量，确保在合理的浇筑时间内，有效实现锚固段的密封与加固。

锚固段的灌浆作业需一次性连续完成，其间施加的压力应限制在0.7 MPa以内。当观察到回浆的比重达到或超过进浆的比重时，应继续以0.2 MPa的恒定压力进行保压，此过程需持续30 min方可结束。随后，在管套外部固定注浆管进行二次注浆，注浆完成后，务必妥善绑扎管口，防止内部浆液凝固导致堵塞。至于张拉段的灌浆，初始注浆压力应设定在0.2～0.7 MPa的范围内，并将回浆管适当提升，确保其高度超过孔口至少1 m。在确保进浆量与回浆量保持一致后，调整注浆压力至0.4 MPa，使浆液顺畅流出，此过程大约持续25 min。

（3）张拉验收

采用多循环张拉验收方式，对锚索总数的5%（每批次至少3根）进行检测；同时，对剩余的95%锚索实施单循环张拉验收。只有当所有工程锚索均通过抽样验收并满足规定标准后，方可推进至下一道工序，即进行张拉锁定作业，并立即采取封锚措施。

在验收测试阶段，需确保锚固段处于无结构应力的状态，并对其自由段进行全长范围内的评估。在施加最终一级荷载时，需保持锚头位置稳定，若在10 min内观测到的位移不超过1 mm，或者2 h内的总位移量不超过2 mm，则可认为锚固性能满足要求。

2 结果分析

为分析预应力锚索技术施工后对于高边坡滑坡的防治效果，对高边坡的稳定性进行监测，将位移传感器部署在下边坡支护坡顶的各个监测点，依据获取各个监测点在不同时期下的位移变化结果，如表1所示。

分析表1的测试结果可知：对施工后高边坡坡顶X、Y两个方向的位移进行监测后，各个监测点的位移结果均小于允许的20 mm，其中X方向的最大位移为10.2 mm，Y方向的最大位移为15.5 mm。因此，预应力锚索技术能够提成高边坡的稳定性。

为进一步分析文中研究的预应力锚索技术施工后的高边坡的滑坡治理效果，文中选择高边坡滑坡稳定系数作为评价指标，其能够衡量抗滑坡稳定性，其计算公式为：

（7）

式中：——滑坡稳定系数；——滑动面土层摩擦系数；——第层土层的滑动法向力（N）、和——锚索加固产生的法向分力和切向分力（N）、——第层土层的滑动面黏聚力（Pa）；——第层土层滑动面的长度（m）；——第层土层滑动面的切向力（N）；表示土层数量。

依据上述公式计算预应力锚索技术施工后，在不同时期下的高边坡防滑施工效果，将测试结果与标准结果与施工前的结果进行对比，如表2所示。

分析表2的测试结果可知：高边坡在没有进行防治时，高边坡滑坡稳定系数结果在0.994～1.14之间，低于标准的1.4，通过预应力锚索技术进行高边坡防治后，高边坡滑坡稳定系数结果在1.4以上。因此，预应力锚索技术能够较好地实现高边坡防治，提升边坡的抗滑效果，保证其稳定性。

3 结论

该文以实际工程为依托，研究预应力锚索技术在高边坡滑坡防治中的应用效果，通过预应力锚索的原理设计防治方案，施加预应力能够改变岩土体的受力状态，增强其整体稳定性；并且预应力锚索通过深入岩土体内部的锚固体，将受拉杆件（如钢绞线）与岩土体紧密结合，形成强大的抗滑力，从而有效防止滑坡事故的发生，确保边坡的安全稳定，也通过测试分析验证该技术满足高边坡防治需求。

参考文献

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[3]黄晓明.预应力锚索施工技术在路桥高边坡工程中的应用研究[J].运输经理世界， 2024（10）：117-119.

[4]卓海金.不良地质条件下高边坡预应力锚索跟管施工技术应用研究[J].西部交通科技， 2023（12）：20-21+24.

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