预应力锚索在失稳高边坡防护中的应用
摘要：高边坡在高速公路中具有造价高、支挡难等特点，传统的支护方法无非是护面墙、护坡、挡土墙等硬性结构物，本身自重大，受力性能差，易失稳。预应力锚索通过特殊手段将钢绞线变成长期处于高温状态下的受拉结构体，从而增强被土体锚固强度，改善岩体应力状态，提高岩体稳定性。因该技术具有先进性、经济性、可靠性等优点，近年来在高速公路深挖路堑边坡支护中越来越多被采用。本文就预应力锚索在失稳高边坡防护中的应用谈一些体会。
关键词：预应力锚索,高边坡,防护,应用
高边坡在高速公路中具有造价高、支挡难等特点，传统的支护方法无非是护面墙、护坡、挡土墙等硬性结构物，本身自重大，受力性能差，易失稳。预应力锚索通过特殊手段将钢绞线变成长期处于高温状态下的受拉结构体，从而增强被土体锚固强度，改善岩体应力状态，提高岩体稳定性。因该技术具有先进性、经济性、可靠性等优点，近年来在高速公路深挖路堑边坡支护中越来越多被采用。本文就预应力锚索在失稳高边坡防护中的应用谈一些体会。
一、工程概况
贵州省遵赤公路白腊坎至茅台段高速公路第八合同段K30+385～K30+560路基段右侧边坡，原设计边坡高度约为32.8m，第一、二级边坡设计坡比为1：0.5，第三级边坡设计坡比为1：0.75，经开挖，该段挖方边坡的表层0～14米范围内覆盖黄褐色夹碎石亚粘土，下部为强风化薄层泥质粉砂岩。因地质原因，K30+385～K30+560路基段右侧边坡稳定性差，于2007年7月2日发生首次自然坍塌，此后，边坡裂缝不断发展。2008年7月，为对该边坡进行综合治理，将设计方案改为：设五级边坡，第一级边坡设置6.0米高M7.5浆砌片石挡墙，第二、三级边坡采用框架预应力锚索防护（第二级边坡共设框架梁18个，锚索108孔，第二级边坡共设框架梁15个，锚索90孔），并对第二、三级边坡未作锚索部位喷C20混凝土，封闭边坡，第二级边坡坡比1：1，第三级边坡坡比1：1.25，第四、五级坡比分别为1：1.5和1：1.75，作喷薄草种绿化。
二、预应力锚索的作用机理
预应力锚索的作用机理是将岩土层对锚索锚固段的摩阻力，通过自由段传递到边坡结构物（地梁），以维持其受力平衡；其组成分为三部分：内锚头、外锚头和锚索体。内锚头又称内锚固段，置于稳定岩体中，受力后通过水泥砂浆与岩体联接而提供锚固力，锚索体一般由钢绞线组成，而外锚头主要由锚具与夹具组成，通过外锚头以实现对岩体施加预应力。一方面，由于预应力的作用，使岩体结构面呈压紧状态，从而提高岩体本身的整体性；另一方面，锚索的加固预应力直接改变了滑动面的抗滑力，使边坡得以加固、稳定。
三、预应力锚索的施工要点
1、施工准备
边坡施工边挖边加固，即开挖一级，防护一级，不得一次开挖到底。根据各工点工程立面图，按设计要求，将锚孔位置准确测放在坡面上，孔位误差不得超过±50mm。如遇既有刷方坡面不平顺或特殊困难场地时，需经设计监理单位认可，在确保坡体稳定和结构安全的前提下，适当放宽定位精度或调整锚孔定位。
2、钻孔设备
钻孔机具的选择，根据锚固地层的类别、锚孔孔径、锚孔深度、以及施工场地条件等来选择钻孔设备。岩层中采用潜孔冲击成孔；在岩层破碎或松软饱水等易于塌缩孔和卡钻埋钻的地层中采用跟管钻进技术。
3、钻机就位
锚孔钻进施工，搭设满足相应承载能力和稳固条件的脚手架，根据坡面测放孔位，准确安装固定钻机，并严格认真进行机位调整，确保锚孔开钻就位纵横误差不得超过±50mm，高程误差不得超过±100mm，钻孔倾角和方向符合设计要求，倾角允许误差位±1.0°，方位允许误差±2.0°。
4、钻进方式
钻孔要求干钻，禁止采用水钻，以确保锚索施工不致于恶化边坡岩体的工程地质条件和保证孔壁的粘结性能。钻孔速度根据使用钻机性能和锚固地层严格控制，防止钻孔扭曲和变径，造成下锚困难或其它意外事故。
5、钻进过程
钻进过程中对每个孔的地层变化，钻进状态（钻压、钻速）、地下水及一些特殊情况作好现场施工记录。如遇塌孔缩孔等不良钻进现象时，须立即停钻，及时进行固壁灌浆处理（灌浆压力0.1～0.2MPa），待水泥砂浆初凝后，重新扫孔钻进。
6、孔径孔深
钻孔孔径、孔深要求不得小于设计值。为确保锚孔直径，要求实际使用钻头直径不得小于设计孔径。为确保锚孔深度，要求实际钻孔深度大于设计深度0.2m以上。
7、锚孔清理
钻进达到设计深度后，不能立即停钻，要求稳钻1～2分钟，防止孔底尖灭、达不到设计孔径。钻孔孔壁不得有沉碴及水体粘滞，必须清理干净，在钻孔完成后，使用高压空气（风压0.2～0.4MPa）将孔内岩粉及水体全部清除出孔外，以免降低水泥砂浆与孔壁岩土体的粘结强度。除相对坚硬完整之岩体锚固外，不得采用高压水冲洗。若遇锚孔中有承压水流出，待水压、水量变小后方可下安锚筋与注浆，必要时在周围适当部位设置排水孔处理。如果设计要求处理锚孔内部积聚水体，一般采用灌浆封堵二次钻进等方法处理。
8、锚孔检验
锚孔钻造结束后，须经现场监理检验合格后，方可进行下道工序。孔径、孔深检查一般采用设计孔径、钻头和标准钻杆在现场监理旁站的条件下验孔，要求验孔过程中钻头平顺推进，不产生冲击或抖动，钻具验送长度满足设计锚孔深度，退钻要求顺畅，用高压风吹验不存明显飞溅尘碴及水体现象。同时要求复查锚孔孔位、倾角和方位，全部锚孔施工分项工作合格后，即可认为锚孔钻造检验合格。
9、锚索体制作及安装
预应力锚索体由锚梁、自由段、锚固段和安全段四部分组成。采用压力分散型锚索，由三个单元锚索组成，每个单元锚索分别由两根无粘结钢绞线内锚于钢质承载体组成，钢绞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，要求单根的连接强度大于200KN。钢质承载体要求采用45号钢材加工制作，其厚度不小于2cm。
钢绞线采用φj15.24mm和φj12.7mm高强度低松弛无粘结预应力钢绞线。安装前，要确保每根钢绞线顺直，不扭不叉，排列均匀，除锈、除油污，对有死弯、机械损伤及锈坑处剔出。钢绞线沿锚索体轴线方向每1.0～1.5m设置一架线环，保证锚索体保护层厚度不小于20mm。
安装锚索体前再次认真核对锚孔编号，确认无误后再用高压风吹孔，人工缓缓将锚索体放入孔内，用钢尺量出孔外露出的钢绞线长度，计算孔内锚索长度（误差控制在50mm范围内），确保锚固长度。
10、锚固注浆
注浆采用水泥砂浆，经试验比选后确定施工配合比。实际注浆量一般要大于理论的注浆量，或以锚具排气孔不再排气且孔口浆液溢出浓浆作为注浆结束的标准。如一次注不满或注浆后产生沉降，要补充注浆，直至注满为止。注浆结束后，将注浆管、注浆枪和注浆套管清洗干净，同时做好注浆记录。
11、框架梁制作
地梁采用C25混凝土整体浇注。基础先铺垫2cm砂浆调平层，再进行钢筋制作安装，钢筋接头需错开，同一截面钢筋接头数不得超过钢筋总根数的1/2，且有焊接接头的截面之间的距离不得小于1m。如锚索与框架梁箍筋相干扰，可局部调整箍筋的间距。砼浇注，尤其在锚孔周围，钢筋较密集，一定要仔细振捣，保证质量。
12、锚索张拉及锁定、封锚
通过现场张拉试验，确定张拉锁定工艺。锚索的张拉及锁定分级进行，严格按照操作规程执行。在设计张拉完成6～10d后再进行一次补偿张拉，然后加以锁定。补偿张拉后，从锚具量起，留出长5～10cm钢绞线，其余部分截去，须用机械切割，严禁电弧烧割。最后用水泥净浆注满锚垫板及锚头各部分空隙，然后对锚头采用不低于20MPa的混凝土进行封锚，防止锈蚀和兼顾美观。
四、施工中应注意事项
1、边坡锚索工程施工须开挖一级、加固一级，避免边坡长时间裸露，使边坡在施工过程中保持稳定，在降雨前后和下一级坡面开挖中，应对已建好锚索进行位移监测，以判别锚索工作及后续施工提供依据。
2、钻孔过程中，若发生卡钻、堵孔或塌孔现象，应立即停止检查，在孔中局部注浆后在同一位置二次造孔。
3、每一孔必须按设计要求与坡面成150的俯角，以确保每根锚索空间平行。
4、每一锚索必须对空间位置准确放样，同一排锚索横梁位置必须在同一横梁中部，纵向位置必须在同一纵梁中部。
5、地梁施工必须平顺，且与坡面保持一致。对于局部出现坍塌地段，地梁的设置不得随坡面起伏，地梁正常位置与坍空部位必须以片石混凝土或地梁的同级混凝土回填，不得用片石回填。
6、为保证锚索张拉时锚具与钢铰线正交，每一地梁必须按设计要求设置调坡楔块。
7、锚具下设的锚垫板，施工时必须固定、以确保混凝土浇注时移位，同时为防止钢铰线张拉时扭曲，钢铰线束必须在锚垫板的中央。
8、施工记录必须详细、真实反映施工现场情况，及时总结、积累经验。
9、锚索锁定48h后，若发现有明显的预应力损失时，应进行补偿张拉。
五、结束语
由于预应力锚索加固技术大大减轻结构物的自重、节约工程材料并确保工程的安全和稳定，具有显著的经济效益和社会效益，近年来随着高速公路的迅猛发展，在公路边坡、大型滑坡治理中更多采用预应力锚索加固技术。
