预应力锚索在某高速公路高边坡加固工程中的应用

摘 要 本文介绍龙长高速公路高边坡采用框架加预应力锚索加固的施工，通过监测表明，预应力锚索在高边坡加固工程中的应用具有良好的效果。 关键词 高边坡 加固工程 预应力锚索 施工技术 应用 1 概述

预应力锚索施工在桥梁工程、水利工程等领域已得到普遍使用。福建是多山的省份，俗有“八山一水一分田”之说，地质灾害较为严重。上世纪90年代后期，我省积极开展山区高速公路建设，由于我省一般地层风化深度较大，岩体结构破碎，覆盖层较厚，且江河沟谷发育，不良地质堆积广为分布，岩石风化崩塌严重，尤其以深路堑施工时造成临空面较高，使路堑边坡呈不稳定势态。针对这些情况，设计部门采用加强边坡防护，提高稳定性的措施。如正在建设的龙长高速公路高边坡施工中，除了采用土层锚杆喷射混凝土支护外，还采用了预应力锚索组成的框架梁防护形式，使预应力锚索施工进一步在高边坡工程中得到应用。 预应力锚索防护是利用一定强度的水泥砂浆在有效深度的锚孔底端与周边岩石形成具一定强度的锚固体，而后在锚索的预应力作用下，将不稳定的山体部分稳固地与稳定山体组成整体，确保边坡的稳定，不使构造裂隙进一步发展，从而达到防护目的。其框架梁防护形式如见图1所示。下面就预应力锚索在龙长高速公路A9标段K45+620~679左侧边坡中的应用情况作一介绍，同时对施工技术进行阐述。 2 地质概况

龙长高速公路A9标K45+620~679左侧边坡，位于连城县庙前镇芷溪村牛角岗。其左侧边坡最高约60m，自然坡较缓，属于土质边坡。上部残坡积土层，厚度约4m；砂状土强风化粉砂岩，厚度约14m；其下为碎块状强风化粉砂眼，厚度约22m；下伏弱风化粉砂岩，层面产状330°∠35°，岩体风化剧烈，节理裂隙发育，层理及不利结构面倾向临空；边坡高陡，且主体为类土质，稳定性较差。

图1 框架垂直坡面正视图（单位：CM）

2005年5月，边坡开挖至第二阶时，由于该边坡岩体风化剧烈，节理裂隙发育，边坡第二阶局部渗水，且第四阶坡体有松动现象，表明坡体稳定性较差。由于开挖原因导致岩土体应力失衡。在降雨集中和雨量较大的季节，岩土体易受水侵蚀软化，形成不利界面。 因此，设计作出了对K45+620~679左侧边坡第二、四级的部位采取预应力锚索框架加固。

3 预应力锚索框架加固方案

预应力锚索框架加固分别布置于K45+620~679左侧边坡第二级和第四级边坡。每片框架宽8m，间距8m，框架横梁与竖肋截面均为0.5m×0.5m；每一级各设上、下二排采用压力分散型的锚索。单孔锚索设计拉力为700kN，由6根中15.24高强低松驰无粘结钢绞线配以承压板和挤压套等制作；其锚索长度：第二级的锚固长度为22m和24m，第四级锚固长度为24m和26m，锚固段第二阶为8m，第四阶为10m，向下俯斜35°，锚索锁定预应力为500kN。 4 预应力锚索框架加固施工 包括框架施工和锚索施工。 4.1 框架施工

预应力锚索框架是边坡锚固工程的抑制构件。由于它的形成将整个被加固范围内的临空面表面受到框架平面的覆盖，从而使加固的整体性得到加强。同时，它又是预应力钢绞线锚固结构的锚垫着落点。因此，它的施工质量的优劣，直接影响着预应力锚索的加固。 预应力锚索框架的施工工艺程序见图2。

图2 框架、格子梁施工工艺流程框图

其中钢筋混凝土工程与一般混凝土结构一样，必须符合相关的施工及验收规范。所不同的即在混凝土灌注前，必须将锚具中的螺旋钢筋、波纹管和锚垫板按设计要求固定在横梁与竖肋交点处的钢筋上，方向与锚孔方向一致，摆放要平整。浇捣时必须仔细，确保混凝土密实，并不能使锚具移动。在锚索下孔注浆后，即进行结构框架的施工，施工采用分片进行，每片由2~3根竖肋及其横梁、顶梁、底梁组成，两相邻框架接触处(横梁、顶梁、底梁)留2cm宽伸缩缝，用浸沥青木板填塞。

由于框架底面受坡面凹凸情况影响，凸出部位采用局 部打凿，凹入部位，可先用Cl0混凝土衬垫，再进行钢筋安装；凹入量不大的可一次性与C25混凝土一起浇筑。 混凝土浇筑后，安排专人养护。在混凝土达到设计强度后，方可进行锚索张拉。 4.2 锚索施工

预应力锚索的施工工艺流程图如图3所示。

图3 预应力锚索施工工艺流程框图 （1） 施工准备。

预应力锚索施工前应做好施工组织设计，明确施工方法、施工工艺、工序流程、人员组织和施工设备、材料、试验、监测安排及安全、质量管理。接着，申请单项工程开工，开

工条件包括开工报告、锚筋材料试验、浆体材料试验、配合比试验、相关机械设备等，并应注意张拉设备及有关机具是否经过标定。为了验证设计采用的工作锚索的性质和性能、施工工艺、设计质量、设计合理性以及所提供的安全储备，同时考虑有关搬运、储存、安装和施工过程中抗物理破坏的能力，在单项工程开工申请批复后，按设计要求先进行锚索基本试验，即抗拔拉破坏试验。在基本试验锚孔施工完成后，待锚固浆体达到28d龄期且锚墩砼强度达到80%后进行试验。

试验孔试验：具体位置应由监理和设计代表现场确定，试验孔位置的选择应体现工程孔锚固地层实际情况。试验孔自由段不注浆，锚固段与自由段之间设置止浆袋，锚固段外侧应设引排气管，排气管伸入锚固段内5～10cm，其注浆方法、充满标准与工程孔相同。试验时应记录各级荷载及锚头位移等详细数据，并在工程锚索施工前及时向设计单位提交试验报告，以验证和调整设计。 （2） 锚孔钻造。

按照设计桩号采用拉线尺量，结合水准测量进行放线，并用铁钎和油漆标记锚孔位置。按照锚孔下倾与水平夹角为35°的要求，配合测放后的孔位安装钻机，并进行机位调整。采用测角量具控制角度，确保夹角的偏差控制在±1°，方位偏差控制在±2°，钻机严格按照设计孔位、倾角和方位准确就位。钻进采用无水干钻，同时应严格控制钻进速度，防止钻孔偏斜、扭曲或变径。钻进过程中要认真作好施工记录，如钻压、钻速、地层和地下水情况等。钻孔孔径、孔深要求不得小于设计值，并超钻50cm；钻进达到设计深度后，不能立即停钻，要求稳钻3～5min，防止孔底尖灭，同时，及时进行锚孔清理。钻进过程中若遇到塌孔，应立即停钻，并报告监理工程师后采用注浆固壁处理，24h后重新钻进，或采用跟管钻进工艺。 锚孔钻造结束后，使用高压空气（0.2~0.4MPa）将孔中岩（土）粉及水全部清除出孔外，经现场监理检验合格后，方可进行下一步工序。 （3） 锚索制安。

下料应整齐准确，误差不大于±50mm，预留张拉段钢绞线长度1.5m，钢筋锚杆长度0.5m；对钢绞线不同单元和钢筋锚接头作出醒目可靠的标记。钢绞线一律采用机械切割下料，严禁采用电弧。

① 承载体安装：根据下料好的钢绞线，下端头分别按设计锚固段中心每4m和5m处安装承载体，其尺寸必须准确。钢铰线通过特制的挤压簧和挤压套对称地锚固于钢质承载体上，其连接强度须满足设计张拉的要求，即大于200kN。

② 注浆管安装：注浆管应满足设计要求，具有足够强度，保证注浆施工过程中注浆顺利，不堵塞、爆管或破损拉断。注浆管捆扎在锚筋体中轴部位，管的头部距锚筋体末端50～100mm。捆扎时避免采用镀锌材料。

③ 隔离架安放；将预先加工好的隔离支架分别在锚固段范围内每隔1.0m安装一个，在自由段范围内每隔1.5m安放一个，梆扎时避免采用镀锌材料。

为使下锚顺利，锚索体完成隔离支架和紧箍环的组装之后，在锚索体底端接装导向帽，宜采用绑扎不宜焊接。 （4） 锚索运输及进孔。 ① 锚索运输。

主要依靠人工在边坡上搬运。搬运前仔细核对该搬运的索长度与即将进入所对应设计孔位的锚孔深度是否相符，确认无误后，才能组织人员抬至孔口。避免错运，造成费工费时，甚至酿成质量事故。搬运时，不得损坏各部位，凡有损伤的必须修复。扛抬各支点间距不得大于2m，其弯转半径不宜太小。 ② 进孔。

在成孔高压清孔后，立即将锚索进孔。入孔安放时，应防止锚索挤压，弯曲或扭转。锚索入孔的倾角和方位应与锚孔的倾角和方位一致，要求平顺推送，在锚索安装承载体的一端先入孔。先慢慢入孔，摆正方向，然后加快速度推送，依靠锚索重力及惯性下滑。尽量不要停顿，严禁抖动、扭转和串动，防止中途散索和卡阻。如中间卡住，可稍拨出一点再下推，直至下到设计深度。若遇锚索进孔困难，先用高压风吹洗孔一次，若还不行，再用钻进冲孔、扣孔，直到锚索入孔安装就位为止。 （5） 锚孔注浆。

压浆前应检查压浆设备压浆管、注浆管等是否完好、畅通。待管路连接后可用清水压注检查，确保设备和管路运转正常，无漏浆、爆管等问题发生。

一旦锚索入孔安装后，应及时压浆。本工程注浆采用孔底返浆法，全段一次性注浆，防止中途停止较长时间。高压注浆压力宜大于2.5MPa，注浆至锚孔孔口溢出浆液时，方可停止。注浆作业过程按规定的“锚孔注浆施工记录表”做好注浆记录，并进行整理。每批一次注浆都进行浆体强度试验，且不得小于两组，保证满足设计强度要求。

注浆材料采用P.032.5级普通硅酸水泥（425#）配制的水泥浆，不得使用PH值小于4.0的酸性水，水灰比以0.45为宜，浆体强度不小于40MPa。注浆浆液应搅拌均匀，随搅随用。浆液应在初凝前用完，并严防石块，杂物混入浆液。

注浆结束后，应将设备注浆管、枪和注浆套管等清洗干净，以便重复使用。 （6） 锚筋张拉锁定。

锚孔内的锚固段浆体和结构框架砼7d后或强度大于15.0MPa时，即可进行张拉。 张拉前应对张拉设备进行率定，要对孔口的钢垫板，钢铰线清理好，承压面应平整，依次套入锚垫块、工作锚夹片、限位板，确认编号的钢铰线，而后吊装张拉机具就位，等待张拉。

正式张拉前，按张拉设计要求先分别对单元锚索进行张拉，对各单元锚索在同等荷载条件下因自由段长度不等而引起的弹性伸长差，要给予补偿，待补偿后，才可同时张拉各单元钢铰线。

正式张拉前，按10%～20%设计张拉值进行预张拉1～2次，使其各部位接触紧密、钢铰线完全平直，而后进行整体张拉。正式张拉分两次进行，第一次张拉作业值为设计值之一半，第二次张拉作业值至超张拉值。每次张拉宜分5～6级进行，除第二次张拉需稳定30min外，其余每级稳定5min，并分别测量记录伸长量，对同一结构单元上锚筋张拉，原则上要求同步进行，确保结构受力均匀。第一次张拉作业宜先左右后中间，先上下后中间，先对角线后中间，第二次作业顺序同第一次。预应力张拉采用“双控法”控制。张拉过程中，对油泵操作要严格把关，加压速率不能过快，一般取0.1MPa/s，注意观察千斤顶活塞的运行状态，确保张拉安全进行。同时将实际伸长值与理论计算值进行比较，实际伸长值与理论长值相差在范围规定。