預應力錨索在邊坡加固中的應用技術

【摘 要】依托筆者多年來在邊坡失穩防治方面的現場施工經驗，系統分析了目前預應力錨固技術的優點、使用條件及存在的主要問題，闡述了預應力錨索框架梁支護體系的作用機理和優點。最后系統分析總結出目前預應力錨索框架梁存在11類病害，詳細說明了各種病害的破壞類型以及產生原因，旨在為從事邊坡失穩防治工作的同行提供參考價值。

【關鍵詞】邊坡；預應力錨索；病害

對于山區高速公路，路基工程挖方數量大，路塹邊坡高，地質比較差的地段一般采用預應力錨索地梁，以確保路基高邊坡穩定[1]。錨索錨固技術的先進性、可靠性、經濟性已得到公認[2]。

1 預應力錨索技術

1.1 預應力錨固技術的優點

①能充分發揮高強鋼材、鋼絲、鋼絞線等材料的良好性能；

②最大限度地利用巖土介質的內在強度和潛力，加強自承和自穩能力；

③主動加載用以改善工程結構的應力狀態，提高受加固體的強度；

④確保工程施工的安全及巖土體的長期持續穩定，約束其變形。

1.2 預應力錨索的適用條件及主要問題

（1）預應力錨索的適用條件

技術上，預應力錨索可用于加固一般巖土質的邊坡、滑坡和危巖，包括土質滑坡。

但在以下條件時，其應用和功效受到限制：

①當滑動面較陡時，尤其對陡傾的危巖。

②當滑體很厚、錨索自由段過長時。

③當下滑力過大、滑體十分松軟時。

④當滑床為松軟土體時。

（2）預應力錨索的主要問題

①預應力衰減問題。加固松散體的錨索的預應力衰減是有限的、可控的和可彌補的，在規范施工的條件下，對預應力錨索的長期有效性的耽心是不必的。

②鋼絞線腐蝕問題。對化學腐蝕，由于采用了鋼絞線防腐除銹、塑料套裹護、水泥砂漿裹護三道措施，問題基本解決。現最關注的是應力腐蝕，即鋼絞線長期處于高拉應力狀態下產生缺損進而組成鋼絞線的鋼絲產生破斷的問題。由于預應力錨索面世僅數十年，作為百年大計的抗滑工程，尚未全程經受檢驗，因此目前應以加大錨索鋼絞線的安全儲備、規范張拉工藝來應對。

③錨固段設計問題。錨索設計中以剪應力沿錨固段全長均勻分布，采用平均粘結強度來計算錨固段的長度。但事實上，剪應力在錨固段并非均勻分布，而是呈單峰曲線狀分布，按剪應力均布計算錨固段長度趨于不安全。

④錨索施工問題。包括松散體中跟管鉆進問題，深長錨孔鉆進的糾偏問題，擴孔與二次注漿問題，張拉與鎖定工藝問題。

2 預應力錨索框架梁

2.1 預應力錨索框架梁作用機理

預應力錨索框架梁結構，人為地向錨索施加預應力，把可能滑落的巖土與內部深處穩定的巖體聯接起來，增加松散巖土的滑落阻力。并且各錨索之間并不是孤立的，而是通過坡面框架梁的聯接作用形成一個整體，穿透松散巖土體內部，從而阻止整個邊坡的失穩。

預應力錨索框架梁結構，是將緊固頭錨固到外部框架上，錨固力先作用在外部框架梁上，再經過外部框架梁傳遞給被包裹的松散巖土體，致使被包裹的松散巖土體內部產生附加應力，改變了松散巖土體的原始應力狀態，從而起到加固邊坡的作用。

2.2 預應力錨索框架梁結構的優點

（1）預應力錨索框架梁結構能有效防治邊坡失穩

預應力錨索框架梁結構，把噸位級別的錨索打入深部穩固的巖體之中，并通過坡面框架梁施加預應力，防治松散巖土內部變形破壞。另外，坡面外側的鋼筋砼框架梁，牢牢托緊表層松散巖土，有效防止表層松散巖土滑落。

（2）方便綠化，有利環境

處于邊坡外側的框架梁根據外觀形態，可以分為方格形形式、人字形形式、拱形形式等，

這些框架梁不但本身形態美觀，而且可以在框架的空隙間種植植被，不但綠化了坡面、掩蓋了施工痕跡，而且十分有效地阻止了坡面的水土流失，從而阻止了坡體內預應力的大幅下降。

（3）山區民居周圍的邊坡眾多，但受各種現實條件的限制，難于把各個邊坡的地質情況勘察清楚，地質情況的不完整會導致邊坡防治的相關設計不準確或失誤，在施工過程中，必須采用動態地設計，及時調整不合理的設計。在預應力錨索施工過程中，可以根據鉆孔情況，及時了解到邊坡內穩定巖體發育深度和規律。利用這些實時可靠的地質資料，隨時來修改先前不恰當的設計。另外，處于邊坡外側的錨索框架，可以改變錨索數量以及錨固深度，改變錨固力大小，使設計變得簡單而又易于實施。

3 預應力錨索框架梁的病害

3.1 病害類型

根據預應力錨索框架缺損病害發生部位的不同，可以分為預應力錨索缺損、框架缺損、邊坡地基缺損及坡面防護措施缺損四種。詳細分類如圖1所示。

②預應力錨索注漿體與巖土界面破壞可能是施工時注漿質量等缺損導致，也可能是設計不當造成，如實際的錨固力小于設計錨固力。對于錨固段巖土體剪切破壞，大多是設計不當造成。

（3）預應力錨索長度不夠

破壞方式：預應力錨索框架整體“坐船”下滑。

病害原因：

預應力錨索的錨固段沒有深入到穩定巖體中或者深入到穩定巖體的長度不足，起不到加固邊坡的作用，或者加固效果不好。這種病害除了施工時預應力錨索的長度達不到設計長度外，大多數情況是由于設計人員對邊坡病害體的范圍估計不足或不當。

（4）錨頭缺損

病害原因：

①錨頭承壓板破壞

錨頭下的鋼墊板受局部承壓變形，主要原因是墊板厚度不足、剛度不夠、套管孔徑大、墊板下砼表面凹凸不平等，大都是施工質量不合格造成。

②錨墩破壞

a、砼墊板受力面積過小、受力過于集中。

b、砼墊板沒有配置鋼筋或配置鋼筋數量不足。

c、墊墩砼養護期較短，砼強度不足，過早張拉預應力錨索而使墊墩砼被壓壞。

（5）框架梁抗彎能力不足

病害原因：截面最大彎矩處梁的彎矩超過了抗彎能力發生彎曲破壞。

（6）框架梁抗剪能力不足

框架梁的剪切破壞主要是由于截面砼的強度和箍筋數量不夠。

（7）框架梁裂縫超限

框架梁彎曲裂縫超過允許范圍。

（8）框架懸空

病害原因：框架梁底部土體發生變形破壞、框架梁懸空、框架發生下挫變形、下部錨頭失去預應力。

（9）框架凹陷

病害原因：土體強度較低或框架截面尺寸偏小，在錨索拉力作用下，框架下地基承載力不足導致土體變形較大，造成框架陷入土體。

（10）框架坡面防護措施被雨水沖刷

沒有采取封閉的坡面防護措施，如植草防護等。

（11）框架內發生局部坍塌

由于地下水、地表水的作用，或坡率較