錨桿格構梁在高邊坡防護中的應用

拓偉民

（蘭州市政建設集團有限責任公司，甘肅蘭州 730030）

1 工程概況

蘭州市南山路中西段道路工程輔道 K3+040～K3+120 段左側三級邊坡采用噴錨網狀格構梁防護。錨桿孔徑 130 mm，單孔錨桿分別采用 3 根15.24 mm 鋼絞線，長度 12 m 至 28 m 不等，間距2.5 m，錨孔采用 42.5 級普通硅酸鹽水泥漿灌注，框架格內采用 C30 噴射混凝土防護。要求每束錨索的設計張拉力不少于 70 kN,預應力錨索采用錨具固定在網格梁上。

2 地形地貌條件

該段位于黃河南岸二級階地后緣，地勢東高西低，略起伏，相對高差 20 m～35 m，植被發(fā)育差，易沖刷，有嚴重滑坡危險，上有陳坪公路，下有南山公路輔道，邊坡防護至關重要。

3 設計原理

3.1 極限平衡法

極限平衡理論是經典的確定性分析方法，許多派生的邊坡穩(wěn)定分析方法都是建立在極限平衡理論之上，而且大都采用剛體極限平衡法。

極限平衡法的最基本原理是：

（1）假設邊坡由均勻介質構成，抗剪強度服從庫侖準則：

其中：c 為介質的粘結力；φ為介質的內摩擦角；σ為剪切面的法向應力。

（2）假設可能發(fā)生的滑動破壞面為圓弧形，對每個圓弧所對應的安全系數進行計算，其中最小的為最危險滑動面。

（3）將滑動體分為 N 個垂直條塊，假設每條塊間不存在相互作用力。

（4）各圓弧面上的安全系數 F 值的計算方法為：

其中，L 為剪切面弧長；Wi 為每條塊重量；ai 為第 i 條塊的剪切面與水平夾角。

然后在地質調查、踏勘及資料收集的基礎上，對所治理坡體進行相應的工程勘察，分析計算其自然狀態(tài)和工程開挖后的坡體穩(wěn)定性，確定可能的破壞型式，以最危險破裂面為設計依據，利用極限平衡理論，得出坡體的剩余下滑力（k＝1.25），以其作為坡體穩(wěn)定的最小錨固荷載。

坡體在自然狀態(tài)下自身具有一定的強度和剛度，由于降雨及工程原因，破壞了其自身的穩(wěn)定性而產生變形破壞。錨桿支護是通過將錨桿設置在巖土體內部，來提供維持坡體穩(wěn)定的所需要的錨固力，其作用主要表現在以下幾個方面。

3.1.1 注漿錨桿改變巖土體的性質

設置了注漿錨桿的巖土體，一方面，注漿體將鉆孔部分的巖土體置換出來，從而提高了坡體的強度；另一方面，鉆孔中注漿時一般采用不小于0.3 MPa 的壓力注漿，漿液沿著巖土體裂縫擴滲，在周圍形成膠結網，大大提高了其 C、φ值，使巖土體的強度和剛度提高，保證坡體的整體穩(wěn)定性進一步提高。

3.1.2 注漿錨桿與巖土體的相互作用

錨桿作為一種傳力桿件，是依靠錨固段桿體與穩(wěn)定地層間的錨固力來提供足夠的抗滑力，同時錨固體與巖土體之間的粘結能大大提高潛在滑移面上的抗剪強度，有效地阻止坡體變形位移。錨桿框架梁是利用現澆鋼筋混凝土框架進行邊坡的坡面防護，并通過錨桿錨固坡體的一種邊坡防護技術。其與鐵路環(huán)境美化相結合，利用框架梁護坡，在鋼筋混凝土框架之內噴漿，達到環(huán)保美觀的效果。錨桿框架梁主要是通過框架梁節(jié)點處的錨桿將邊坡坡體的剩余下滑力或土壓力傳遞給穩(wěn)定地層，使邊坡在錨桿提供的錨固力作用下達到穩(wěn)定狀態(tài)。

3.2 錨桿框架梁特點

錨桿框架梁具有防護效果好，適用范圍廣，型式多樣，布置靈活，截面易于調整，框架梁可緊貼坡面，隨坡就勢，造價不高，施工方便等特點。

4 施工設計方案

護坡采用現澆鋼筋混凝土和錨桿框架梁格構加固技術，設計邊坡為 3 級。K3+040～K3+120 段左側塹坡高 H≥6 m 時，每高 6m 處設 M7.5 漿砌片石邊坡平臺，平臺寬 3.0 m，平臺內側設截水溝。一級邊坡坡率為 1:1.75，二級邊坡坡率為 1:1.75；三級邊坡坡率為 1:0.5，采用邊坡噴錨網格梁支護。圖1、圖2分別為網格梁正立面圖與剖面圖。

圖1 網格梁正立面圖

圖2 網格梁剖面圖

5 錨桿施工技術

施工時先清刷邊坡，搭設鋼管支架作為施工平臺，然后按設計要求的直徑、深度進行鉆孔，放入錨索，最后進行注漿封閉。

5.1 鉆孔

（1）錨索鉆孔必須采用風動鉆進，鉆孔完成后使用高壓風清孔，清除孔內碎巖和積水。嚴禁水沖鉆進，嚴禁用高壓水清孔。鉆孔與水平面向下夾角15 °～20 °。

（2）錨孔孔位應按設計要求準確放置于坡面上,孔位誤差不得超過± 0.2 m；錨孔的孔斜度（傾角）誤差不超過± 2°；實際鉆孔深度應比設計孔深大 0.2 m。

（3）鉆孔過程中嚴禁水沖，若地層松散破碎易坍孔時，應采用跟管鉆進技術，坍孔嚴重時應立即停鉆，進行灌漿固壁處理，待水泥砂漿初凝后重新掃孔鉆進，確保成孔質量和鉆進進度。

5.2 成孔及裂隙水處理

（1）按設計位置將孔位布置在修整好的邊坡上，把鉆機就位并調試好鉆桿沿水平方向向下傾斜的角度（15°），鉆孔即可開始。

（2）成孔后用空氣壓縮機風管清理孔穴，將孔內壁及根部殘留廢土清除干凈。

（3）成孔后，在未灌注水泥砂漿前，孔內如有零星裂隙水，可采用在竹竿上包裹與孔徑一樣大的吸水材料（棉紗或海綿），將裂隙水吸出。

5.3 錨索的制作

（1）錨索設計長度根據坡體高度為 12～28 m,下層最短為 12 m，每 2.5 m 高度增加 2 m，錨孔直130 mm。錨索的設計長度不含埋置于錨頭內的長度。錨索鋼絞線表面采用環(huán)氧樹脂涂層進行防腐防銹。錨索體與水平面的夾角為 15 °～20 °，錨索鋼絞線外露面配合框架梁使用。

（2）錨索采用 3 根Φ15.24 mm 高強鋼絞線，索身每隔 1.5 m 設一個封閉型對中支架（φ12 mm 鋼筋），張拉完成后，錨具外鋼絞線外露不少于 3 cm，并采用 C30 混凝土封閉。

5.4 錨索的入孔對中支架

（1）對進入工地的鋼絞線、鋼筋必須按要求進行抽檢，檢驗合格后方可使用。

（2）錨索入孔時，將支架朝上，緩慢沿孔壁向內滑動，到位后用管鉗將錨索提起轉動至正確位置，做到孔壁不受擾動，并保證方向及位置準確，即定位支架在錨索下方支撐孔壁，并使其上下左右錨索分別在一條直線上。

5.5 灌注水泥沙漿

（1）設計錨固水泥砂漿強度為 M30，水泥使用Po42.5 級普通硅酸鹽水泥，錨孔內注漿采用孔底返漿法一次注漿。

（2）制漿前砂子必須清洗并篩除砂子中的大顆粒，以免堵塞輸漿管路。

（3）水泥、砂、水按配合比在攪拌機中拌合均勻，將拌好的水泥砂漿通過 2.5 mm×2.5 mm 的濾網后，存放于儲漿桶內供壓漿使用。儲漿桶內的水泥砂漿在使用前仍低速攪拌，防止流動度的損失。

（4）灌漿方法：采用重力灌漿與壓力灌漿相結合。灌注錨桿砂漿時，將灌漿膠管（內徑 5 cm）沿錨桿插入（亦可與錨桿同時插入）距錨孔底 10 cm處，用壓漿泵（灌漿壓力為 0.3 MPa 左右）將水泥砂漿從儲漿桶經灌漿膠管壓入錨桿孔內，然后隨漿液的灌進，把灌漿管從孔底開始朝孔口緩慢勻速拔出，但膠管口始終保持埋入砂漿內 1.5～2 m,使砂漿均勻、飽滿的由孔底向孔口逐漸灌入。當砂漿灌至孔口略有溢出時為止，將壓漿泵壓力降為零，以免在孔口形成噴漿。為避免孔內產生氣墊，儲漿桶內始終有一定量的砂漿。灌漿管拔出孔口后立即將制作好的封口板塞好孔口，灌漿即告完成。

6 框架梁施工

6.1 框架梁基礎開挖

框架梁應先放線開挖溝槽，位置、間距、尺寸應嚴格按設計要求測量、放線。施工時根據錨桿縱、橫邊坡率的不同選用相應的結構尺寸。框架梁采用全斷面嵌入式，頂面與邊坡坡面齊平；梁背面與槽底面密貼，凹凸不平處用水泥砂漿或混凝土填平，確保梁均勻受力。

6.2 鋼筋骨架綁扎

（1）框架梁：框架梁的截面形式為：0.4 m 寬0.4 m 高的矩形。鋼筋骨架主筋 N1 為Φ16 螺紋鋼，箍筋 N2 為φ16 圓鋼。梁背面與槽底面密貼，對凸出及不平處用水泥砂漿或混凝土填平，確保梁均勻受力。

（2）骨架下料：鋼筋骨架在地面上配料和分片綁扎成型，在打入錨桿和注漿后，分片將鋼筋骨架掛在錨桿上，并采用綁扎與錨桿固定。鋼筋骨架安裝應與坡面密貼，并設固定錨樁錨固于坡面。注意焊接鋼筋時保護鋼絞線，火花不能傷著鋼絞線。

6.3 框架梁及錨頭施工

錨桿注漿完成后待水泥砂漿強度達到設計強度的 70%立即進行框架梁和錨頭的施工，錨頭與框架梁同時澆筑。縱向每隔 20 m 設伸縮縫一條，縫寬 2 cm，采用瀝青麻筋填塞。伸縮縫置于兩排節(jié)點中間。

6.4 立模及澆筑混凝土

采用竹膠板作為混凝土澆筑模板，用鋼管及圓木加固。采用 C30 混凝土澆筑，由拌和站集中生產，攪拌運輸車運輸，人工倒運入模，插入式振搗器振搗密實。

7 結語

該段邊坡通過錨桿框架梁的施工，坡體未發(fā)現開裂、蠕動變形等斜坡滑移跡象，穩(wěn)定性有了明顯的提高。表明采用現澆鋼筋混凝土格構的錨桿框架梁加固技術，達到了預期的設計效果。噴錨網格梁適用于黃土地區(qū)、巖質路塹邊坡結構面發(fā)育不良、巖體破碎，不良地質體如淺層順層地段，軟硬質巖互層地段等路塹高邊坡的坡面防護工程。是一種經濟，快速，高效的防護方式，這種防護形式在高邊坡防護的領域中可以推廣應用。

[1] 李海光.新型支擋結構設計與工程實例[M].北京：人民交通出版社，2004.

[2] 程良奎，劉啟琛.巖土錨固工程技術的應用與發(fā)展[M].萬國學術出版社，1996.