壓力分散型預應力錨索在邊坡治理工程中的應用

王宏貴 赫曉光

（中國水電顧問集團中南勘測設計研究院有限公司，湖南 長沙 410014）

0 引言

錨索網格梁由框架、擋土板、錨索和墻后土體組成，屬于輕型支擋結構。其立面圖如圖1 所示。擋土板所受的土壓力通過錨頭傳至錨索，再通過錨索周邊砂漿的握裹力傳遞至水泥砂漿中，然后通過錨固段周邊底層的摩擦力傳遞到錨固區的穩定地層中，以承受土體或水體對結構施加的壓力，從而利用底層深處的錨固力。該類支護體系將傳統的被動支護變為充分利用土體本身自穩能力的主動支護，有效地控制了土體位移。

圖1 預應力錨索網格梁支護結構立面圖

1 工程背景

某公路工程K0+620～K0+700 段路基開挖后，受連續強降雨影響，邊坡變形顯著，坡面局部滑塌，邊坡后緣出現貫通拉裂縫，坡面出現剪出口，嚴重危及路基施工和運營安全，需采取工程防護措施。根據勘察資料，該段為覆蓋層邊坡，組成物質主要為粉質粘土夾崩、碎塊石，邊坡區域地震動峰值加速度為0.10g，相應的地震基本烈度為Ⅶ度。該邊坡各巖土層物理力學參數如表1 所示。

表1 各巖（土）層物理力學計算參數

2 邊坡治理方案

根據該邊坡地質條件及穩定分析成果，擬采用預應力錨索網格梁結構對其進行加固處理。錨索按3m×3m 間距矩形布置，設計拉力為920kN。綜合考慮施工方便等各種因素，實際設計錨索傾角為35°。邊坡穩定分析方法依據JTGD30-2004《公路路基設計規范》進行，典型斷面滑動面搜索結果如圖2 所示。

3 壓力分散型錨索設計

根據錨索受力及構造要求，擬定單根錨索設計軸向拉力為920kN，錨索材料采用預應力鋼絞線（fptk為1860MPa），錨桿與水平面夾角為35°。

圖2 典型斷面邊坡穩定性分析結果

根據初步試算結果，因本邊坡錨索設計張拉力較大，邊坡地質條件一般，若采用常規錨索，所需錨固段長度將超過15m，已經遠大于規范容許值。為確保錨索結構安全，本次設計采用壓力分散型預應力錨索，每根錨索錨固區由5 個錨固體組成。單個錨固體設計錨固力為920/5=184kN。

3.1 錨索索體面積確定

根據JTG D30-2004《公路路基設計規范》5.5.4 條：

錨索材料選用?S15.2 1×7 標準型預應力鋼絞線（fptk為1860MPa），每組錨索共需2 根鋼絞線，實際錨索面積為140×2×5=1400mm2，采用10?S15.2 鋼絞線。

根據錨索鋼筋保護層構造等要求，擬定錨索鉆孔直徑為160mm。

3.2 錨索錨固長度確定

巖土層與注漿體間粘接長度根據JTG D30-2004 《公路路基設計規范》5.5.4 條計算確定。因錨固區穿越了強風層及中風化層，單個錨固體所需的錨固長度應按強風化層及中風化層的地層與錨固體的粘結強度frb分別計算。

強風化層frb取為150kPa

中風化層frb取為250 kPa

注漿體與錨桿體間粘接長度應滿足：

M30 水泥砂漿與鋼絞線之間的粘結強度設計值fb為2.95MPa

根據以上計算結果，取單個錨固體段長度在強風化層中為5.1m，中風化層中為3.1m。

3.3 錨索總長度確定

根據JTG D30-2004《公路路基設計規范》5.5.4 條，錨桿自由段長度受穩定地層界面控制，其長度不得小于5m。根據該公路K0+610～K0+700 處地質情況，穩定地層埋深較大。設計出于安全考慮并結合錨索布置情況，自由段長度取為6～12m。根據實際情況并考慮施工方便，錨索總長度分為三種：30m、34m、38m。

4 結論

下伏基巖較軟弱的區域，錨索通常因沒有較好的錨固條件而難以實施。本文將壓力分散型錨索與錨索網格梁結構相結合，應于基巖軟弱地區的公路邊坡治理工程中，取得了較好的工程效果。

［1］朱彥鵬，羅曉輝，周勇，編.支擋結構設計[M].高等教育出版社，2008.

［2］朱彥鵬，王秀麗，周勇，編.支擋結構設計計算手冊[M].中國建筑工業出版社，2008.

［3］中華人民共和國行業標準.JTGD30-2004 公路路基設計規范[S].北京：人民交通出版社，2004.

［4］中華人名共和國國家標準.GB 50010-2010 混凝土設計規范[S].北京：中國建筑工業出版社，2011.

［5］許英姿，唐輝明.格構梁與預應力錨索復合結構的設計方法研究[J].中南公路工程，2004，29(2)：1-4,27.