壓力分散型錨索在永久性邊坡中的應用

（廣東省基礎工程集團有限公司，廣東 廣州 510620）

【摘 要】壓力分散型錨索是一種新型單孔復合錨固體系，其在同一錨索孔中設置多個單元錨索，各單元錨索具有各自不同的自由長度和錨固長度，并通過預先的補償張拉，使錨索的集中拉力分成為多個較小且荷載數值相等的分散壓力分別作用于各單元錨索的錨固段上。文章結合某邊坡工程實踐，論述了壓力分散型預應力錨索的施工工藝及在施工及工程運行管理中應注意的一些要點。

【關鍵詞】邊坡工程；壓力分散型錨索；單孔復合錨固體系

【中圖分類號】U416 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2016）06-0118-03

近年來，預應力錨索錨固工程作為一種新技術在邊坡加固上獲得了良好的應用和發展。壓力分散型錨索的錨索體采用無黏結鋼絞線，在不同長度的無黏結鋼絞線末端套以承載板和擠壓套。當錨索體被漿體固結后，以一定荷載張拉對應于承載體的鋼絞線時，設置在不同深度部位的數個承載體將壓應力通過漿體傳遞給被加固體，為錨固段范圍內的被加固體提供被分散的錨固力。本文以一邊坡為例，介紹壓力分散型錨索加固高邊坡的設計、施工，以及在施工中存在的問題及改進措施。

1 壓力分散型錨索的原理及特點

拉力型錨索存在顯而易見的缺點：一是錨固段的注漿體與鎖體應力集中現象嚴重，易出現張拉裂縫，導致遞進破壞；二是單根錨索極限承載力受到巖土強度的限制。而壓力分散型錨索與拉力型錨索的區別主要是錨索作用時，錨固段的注漿體是受壓而不受拉，其優點是錨固體不易開裂，應力分布均勻，如圖1所示。壓力分散型錨索采用全長無黏結預應力鋼絞線，錨索受到的載荷通過鋼絞線直接傳遞到錨固段底部的承載體上，而一個錨孔可按一定間距設計成多個承載體，構成壓力分散型的錨固體系。

根據大量的理論及試驗研究成果資料，壓力分散型的錨固力可大幅度增長，而不受巖土與錨固體的黏結強度的限制，從而可縮短錨索的總長度，降低成本，提高了單位長度錨索的使用效率。

2 工程概況

某醫院擬建一住院樓，需對山體切坡為此建筑創造空間，山體開挖后形成高約30 m、坡度約70°、長度約150 m的高大邊坡，因此該邊坡對安全等級、美觀要求比較高，且為永久性護坡工程。確定該邊坡屬I級邊坡。

開挖山體地層從上至下為含礫土、強風化灰巖、中分化灰巖，開挖深度范圍內無地下水。該工程采用錨網噴支護，設置5排壓力分散型錨索，鋼絞線套上承壓鋼管彎曲180°與承載板制成錨索承載體，邊坡中部設3 m左右的水平臺階。其中，西側坡面錨素間距為3 m，排距為5 m，頂部2排錨索用橫梁連接，其余為獨立錨座；南側坡面上部有上山馬路，可能有重車通過，故錨素間距為2 m，排距為5 m，頂部3排錨索用格構梁連接，其余為獨立錨座。

工程施工后，為檢驗施工質量，對已施工的部分錨索進行驗收試驗，發現西側邊坡有相當一部分錨索承載力不足。為此，施工方按設計要求進行補強施工，同時進行了施工質量問題分析。在施工前進行的拉力試驗均表明設計時采用的地層巖土參數、錨固體與地層界面的黏結強度參數是合理的，通過仔細檢查錨索制作、施工過程，發現2個問題：一是施工人員在制作錨索承載體時，將承壓板與端頭套管留有間隙，且套管太短、承載板直徑偏小；二是注漿質量不高。這2個原因造成承載體強度不足，致使整個錨索拉力達不到設計值。經過改進工藝和加強施工質量后，后續的拉拔力驗收試驗結果表明，錨索的抗拉力可滿足設計要求。

3 工程施工工藝

壓力分散型錨索的施工工序包括搭設鉆孔平臺、測量放樣、鉆機就位、錨索造孔、錨筋制作安裝、混凝土框架澆筑、錨孔注漿、錨索張拉、補充注漿及封錨等。其中，最為關鍵的工序包括錨索造孔、錨筋制作安裝、錨孔注漿、錨索張拉。

3.1 錨索造孔

錨索鉆孔是錨索工程中費用最高和控制施工進度的關鍵工序，也是影響錨索工程經濟效益的主要因素。本工程錨索鉆孔采用MD-5O氣動沖擊型錨桿鉆機配15 m3/min空氣壓縮機進行作業。鉆孔前，充分熟悉設計圖紙，做好施工準備，搭設好錨索鉆孔施工作業平臺，現場經測量放樣做出孔位標記，鉆機嚴格按設計孔位、傾角和方位準確就位。鉆孔過程中，作業人員要嚴格控制鉆速、鉆壓，以保證鉆孔平直，不發生偏斜、扭曲或者變徑現象。若遇到破碎地層，則采用套管跟進工藝進行施工；對于地層極其破碎的地段，則采用固結灌漿處理后重新鉆進的方法施工。施工結束，鉆孔應有50～100 cm的鉆孔超深長度，以保證鉆孔的有效深度不小于設計孔深，并使用高壓風將孔內巖（土）粉及積水清除出孔外，以保證孔壁清潔。

3.2 錨索制作安裝

壓力分散型錨索結構比普通集中荷載型錨索結構相對復雜，因此其制作加工也相對較為復雜。本工程錨索分為4個單元錨索，錨索制作時，各單元錨索下料均根據各自不同的錨固長度、自由長度經計算后截取，并去除各自錨固段表皮套管，清除鋼絞線表面油脂。錨索組裝前，不同單元錨索應分別做好標記，以免混淆。擠壓頭組裝要準確安裝擠壓套、擠壓簧，擠壓頂進應做到均勻充分，嚴格控制擠壓工藝質量，確保單根擠壓強度不低于設計值。錨索組裝要做到保證各單元錨索承載體、架線環、注漿管定位準確、連接牢固。

錨索安裝時要平順推進，用力均勻一致，防止損傷錨索配件及保護層。嚴禁抖動、扭動和串動，防止中途散束和卡阻。同時，要不斷檢查排氣管和注漿管，確保排氣管和注漿管暢通。

3.3 錨孔注漿

錨孔注漿是用注漿設備把液態的水泥質漿體以一定的壓力注入孔內的施工過程。錨孔注漿應在錨索安裝好后盡快施工。本工程注漿采用UBJ3.0型擠壓式注漿機作業。注漿體為M40的水泥漿摻入聚丙烯腈纖維（PAN），聚丙烯腈纖維摻量為1.8～2.0 kg/m3。注漿時，漿液水灰比控制在0.4～0.42，漿液必須攪拌均勻，隨拌隨用。注漿采用孔底注漿方法，中途隨著漿液的注入緩慢地向外抽拔注漿管，但必須保證注漿管口始終有一段處于漿液內部，直至孔口溢出漿液且其濃度和注入漿液濃度相當。禁止孔口注漿。注漿完成后，若錨孔孔口漿液面回落，應在30 min內進行孔底壓漿補足。注漿完成24 h內，不得對錨索進行擾動，不得在錨索上懸掛重物，以免破壞注漿體。

3.4 錨索張拉

錨索張拉就是通過張拉設備使錨束產生彈性變形，從而使錨固結構獲得預應力，達到設計加固效果的一個施工作業過程，它是錨索施工中最為關鍵的一個工序。對于壓力分散型錨索來說，張拉質量的好壞直接影響著錨索內部的荷載分布及受力情況，張拉不當甚至會發生單元錨索鋼絞線斷裂等情況，從而造成整根錨索的損毀。

本工程張拉設備采用YCW150A型液壓千斤頂。壓力分散型錨索因各單元錨索長度不同，為使各單元錨索受荷相同，張拉采用分單元差異補償張拉方法。其原理是從最大變形量的單元錨索（最大自由長度）起按次序先后張拉，在到達最小變形量的單元錨索（最小自由長度）后，再同時張拉全部單元錨索，直至達到設計要求荷載。壓力分散型錨索分單元差異補償張拉法的具體操作步驟如下。

3.4.1 參數計算

（1）Qn為每個單元錨索所受的荷載，kN。

Qn=

式中，Qmax為最大荷載，kN；n為單元錨索數量。

（2）Si為每個單元錨索的變形量，mm。

Si=

式中，Li為每個單元錨索的長度，mm；Es為鋼絞線的彈性模量，kN/mm2；As為每組鋼絞線的截面積，mm2。

（3）Qi為單元錨索的預加荷載，kN。

當i=1，Qi=0；當i>1，

Qi=

（4）Q0為壓力分散型錨索的初始荷載，kN。取適當大于Qi的荷載。

3.4.2 分次序差異補償張拉

首先將工具錨夾片安裝在最大變形單元錨索（最大自由長度）上，自Q1（Q1=0）加壓張拉至Q2止。然后，在不放松最大變形量單元錨索的狀態下，再將工具錨夾片裝上次大變形量單元錨索，加壓張拉，自Q2為止；同理，再裝上工具錨夾片至再次級變形量單元錨索上，加壓張拉，直至張拉到壓力分散型錨索的初始荷載Q0為止。

3.4.3 按照荷載分級進行錨索的張拉和鎖定

錨索在補足差異荷載后，按設計荷載加10%～15%的超張拉荷載分3～5級進行整體張拉，并且在各分級荷載張拉到位后持荷5～10 min，最后一級荷載持荷穩定15～30 min后進行鎖定。鎖定后48 h內加強觀察，若發現存在明顯的預應力損失，必須及時進行補償張拉。

4 結語

（1）壓力分散型錨索不僅具有施工快捷、安全可靠、經濟高效、對巖（土）體擾動小、能充分發揮巖體固有承載能力等普通集中荷載型錨索的特點，而且具有錨固段分段受壓、可設置高承載力錨索、防腐及耐久性能好等優點，其在巖土工程中的應用已日益廣泛。

（2）壓力分散型錨索施工質量的好壞不僅影響著錨索內部的荷載分布及受力情況，而且直接關系著錨索工程的錨固效果和運行安全。在施工過程中，必須嚴格控制各工序施工質量。

（3）預應力損失是涉及錨固工程安全的重大問題，預防和減小預應力損失則是設計、施工及工程管理人員所共同關心的問題。許多外部因素的變化（如加在錨固介質的荷載發生變化、錨固介質受到沖擊等）都會使錨索的受力狀況發生改變，導致錨索預應力的降低、損失，甚至還可能有所增加。因此，在工程運行過程中，應加強管理，盡量避免這些情況的發生。

參 考 文 獻

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[責任編輯：陳澤琦]

【作者簡介】孫粵輝，男，湖南邵陽人，廣東省基礎工程集團有限公司項目經理，助理工程師，從事現場施工管理工作。