預應力錨索在邊坡加固中的應用

張宏偉

0 引言

在邊坡加固措施當中，預應力錨索是一種使用較為廣泛的施工方法。這種方法適用于加固坡度較陡，在施工過程中易產生滑塌的深路塹邊坡，與其他方法相比，預應力錨索具有施工方便靈活、強度高、穩定性好等特點。目前，預應力錨索已廣泛應用于鐵路、公路工程的邊坡加固當中。

1 工程概況

武九客車聯絡線站前工程DK12+727.5～DK12+810段右側邊坡地處剝蝕低丘，地形較陡，巖體為強風化粉砂巖，節理裂隙發育。一二級邊坡設計坡度為1∶1.25，坡頂最大高差34 m，框架梁預應力錨索加固，總計93孔，一級邊坡錨索長 20 m，二級邊坡錨索長15 m，錨孔直徑110 mm，每孔3根鋼絞線，錨固段長9 m。錨索體與水平面的夾角為20°，錨索豎向間距 3 m，沿線路縱向間距4 m，設計噸位300 kN。錨梁為C30鋼筋混凝土梁，縱梁為8 m與10 m兩種。

2 作用機理

預應力錨索主要由錨固段、自由段和外錨段(張拉段)三部分構成，外錨段由錨具和鋼筋混凝土框架梁組成。

錨索采用高強度低松弛的預應力鋼絞線制作，自由段鋼絞線涂抹黃油，外套波紋管，錨固段每1 m間隔設置擴張環，每兩個擴張環間用鐵絲綁扎以增大鋼絞線與漿體的摩阻力。錨固段作為錨索拉力的固定端應嵌入穩定的巖體中，通過灌注水泥砂漿使鋼絞線與穩定巖體連為一體。外錨段通過錨具鎖定鋼絞線，并由錨梁將拉力分散至邊坡上，從而達到加固邊坡的效果。

3 施工工藝

3.1 施工器械

QZJ-100B型潛孔鉆、壓風機、注漿泵、砂漿攪拌機、LC-3/300型千斤頂，千斤頂經九江市計量所校驗合格。

3.2 施工工藝及流程

預應力錨索施工工序見圖1。

3.2.1 測量定位

由挖掘機分級開挖邊坡，人工配合修整坡面。根據預應力錨索坡面布置圖，將錨孔位置準確測設出來，錨孔位置誤差不超過±10 cm。

3.2.2 鉆孔

1)鉆孔前先搭設鉆機作業平臺，平臺要滿足承載要求，同時能保證在鉆機工作時有較好的穩定性。根據測量點位固定并調整鉆機位置，傾角允許誤差在±2°以內。2)鉆孔采用干鉆方式勻速鉆進，在鉆進過程中，根據高壓風吹出來的巖粉記錄不同深度的地層狀況。在二級邊坡鉆孔過程中，當第7號～第9號孔鉆進到8 m左右處時，作業人員發現吹出的巖粉為淡黃色，并伴有顆粒較大的原狀石塊混雜其中，判定前方進入巖層破碎帶，發生了塌孔。此時立即停止作業，撤出鉆頭并插入導管，注入水泥和水玻璃混合漿，注漿壓力0.2 MPa，待24 h后重新鉆進。3)孔深:為確保錨索錨固長度，鉆孔深度要超出錨索設計長度0.2 m。

3.2.3 清孔

鉆孔結束，逐根拔出鉆桿和鉆具。用一根聚乙烯管復核孔深，并以高壓風吹孔，待孔內粉塵吹干凈，拔出聚乙烯管，塞好孔口，防止雜物落入孔內。

3.2.4 錨索制作安裝

錨索在鉆孔的同時于現場進行編制，錨索采用3根杭州浙錨預應力有限公司生產的高強度低松弛的預應力鋼絞線(φ=15.24 mm)制作，經江西鐵建工程檢測有限公司檢測，鋼絞線強度均大于1 860 MPa，符合設計要求。內錨固段采用波紋形狀，張拉段采用直線形狀。鋼絞線截取長度為錨固段+自由段+外露張拉段(1.5 m)。截好的鋼絞線平順地放在作業臺架上，量出內錨固段和自由段長度，分別作出標記;在內錨固段的范圍內安裝擴張環，間距1 m，兩擴張環之間綁扎鐵絲一道;自由段涂強力防腐涂料，用波紋管穿套，內涂黃油;最后，在波紋管兩端纏繞工程膠布封閉。

在向錨索孔裝索前，核對錨索編號是否與孔號一致，以免將15 m長錨索放入20 m深的錨孔內。確認無誤后，再以高壓風清孔一次，人工緩緩將錨索放入孔內，用鋼尺量出孔外露出的鋼絞線長度，計算孔內錨索長度，誤差控制在5 cm范圍以內，確保錨固長度。

3.2.5 注漿

注漿采用M40水泥砂漿，選用P.O52.5普通硅酸鹽水泥和中粗砂，水泥砂漿的水灰比通過試驗確定為0.48∶1。漿液要攪拌均勻，隨攪隨用。錨索安裝時應先將注漿管出口用膠布封住，以免阻塞。注漿采用孔底返漿法，注漿壓力保持在0.5 MPa左右。注漿結束前穩定5 min～10 min，必要時可適當加入添加劑。實際注漿量一般要大于理論注漿量，以錨具排氣孔不再排氣且孔口漿液溢出濃漿作為注漿結束的標準。如一次注不滿或注漿后產生沉降，要補充注漿，直至注滿為止。注漿完畢后，將自由端錨索用膠帶纏繞防止銹蝕。

3.2.6 施工錨梁

先采用跳槽方式開挖同一高度的錨梁基礎，清除浮土之后綁扎鋼筋，在插入鋼筋骨架的錨索自由段插入φ=110 mm的孔口PVC管，如遇錨梁鋼筋干擾，適當調整鋼筋間距，預埋錨墊板，安裝模板，澆筑C30混凝土。在澆筑過程中，錨孔處橫縱1 m范圍內的錨梁混凝土要振搗均勻。錨梁施工完成后進行養護。

3.2.7 錨索張拉

當水泥砂漿達到設計強度(不少于10 d)，并且錨梁混凝土強度達到設計強度的70%時，錨索才能進行張拉。錨索張拉分五級進行，各級張拉力分別為設計張力的25%，50%，75%，100%及110%，張拉前先計算出錨索各級張拉力對應的千斤頂油壓表讀數，千斤頂壓力表與油泵的線性回歸方程如下:

其中，F為施加荷載值，kN;P為壓力表讀數，MPa。

對應各級拉力為:75 kN，150 kN，225 kN，300 kN，330 kN;

計算出油壓表讀數:6.9 MPa，13.3 MPa，19.8 M Pa，26.3 MPa，28.9 MPa。

張拉前，錨具安裝應與錨墊板和千斤頂密貼對中，千斤頂軸線與錨孔及錨索體軸線在一條直線上，確保同軸承載均勻，必要時用鋼質墊片調整。

張拉時，每級間隔2 min～5 min，最后一級間隔30 min，并分別記錄每級張拉時鋼絞線的伸長量。錨具采用杭州浙錨預應力有限公司生產的OVM15-3型錨具。

3.2.8 補張拉、鎖定及封錨

第一次張拉鎖定后30 d左右，進行一次補償張拉以彌補錨索的預應力損失。

通過補償張拉能減小預應力損失。補償張拉后鎖定，從錨具量起，留出長10 cm的鋼絞線，其余部分用機械切割。最后用水泥凈漿注滿錨墊板及錨頭各部分空隙，并用C30混凝土封錨。

4 結語

本工程高邊坡DK12+727.5～DK12+810段預應力錨索施工，錨孔總計93孔，于2009年11月份完工。從現場情況來看，邊坡穩定，未出現滑移現象，錨索結構可靠，錨梁平順美觀，兩者結合的施工工藝符合要求，達到了預期目標。

[1] GB 50330-2002，建筑邊坡工程技術規范[S].

[2] TB 10414-2003，鐵路路基工程施工質量驗收標準[S].

[3] 常瑞杰.預應力錨索加固高邊坡施工技術[J].鐵道標準設計，2004(7):18-19.