壓力分散型錨索在成昆鐵路擴能工程土質路塹高邊坡中 的應用

梁升錦　王海波　郭巍

摘 要：成昆鐵路擴能工程D1K339+275.756～D1K339+359.625段路基受線位控制需經過陡坡山體，土層厚，邊坡高。在進行整體、局部穩定分析的基礎上，比較不同類型錨索的工作特點，選取適合本工點的錨索類型，即采用壓力分散型錨索對邊坡進行加固，并對錨索施工提出具體要求。同時對邊坡變形進行自動化監測以確保施工和運營期安全，對其他類似工點具有借鑒意義。

關鍵詞：成昆鐵路擴能工程 土質路塹高邊坡 壓力分散型錨索

中圖分類號：U215 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）12（c）-0079-02

西南地區地形、地質條件復雜，鐵路項目在勘察設計過程中通過方案比選、線路優化避免了大量的路塹高邊坡工點，但是路塹高邊坡工點仍然不可避免。據統計，云桂鐵路路塹高邊坡工點共155處，總長22.7km；貴廣線路塹高邊坡工點共99處，總長12.4km；長昆線玉屏至昆明段路塹高邊坡工點共232處，總長34.2km；成昆鐵路擴能工程峨米段高邊坡路塹工點共16處，總長3.5km。因此，路塹高邊坡工點防護設計在西南地區鐵路設計中尤為重要。

1 工點概況

D1K339+275.756～D1K339+359.625段路基位于北河村雙線特大橋與東河村雙線特大橋之間，地形左高右低，地面橫坡陡，地表上覆粉土、粗圓（角）礫土、卵（碎）石土、漂（塊）石土，下伏基巖為砂巖、泥巖、頁巖夾煤線。鉆孔揭示基巖最深位置位于地面以下約50m，覆蓋土層厚度大。

本段取水樣化驗，根據《鐵路混凝土結構耐久性設計規范》（TB 10005-2010），對混凝土無侵蝕性。地震動峰值加速度為0.2g，地震動反應譜特征周期為0.45s。

本段線路中心最大挖深約5m，因地面橫坡陡，左側坡腳設路塹樁板墻收坡，最大墻高為8m；左側邊坡坡率為1∶1.25、1∶1.5，共4級邊坡，最大高度約43m。

2 邊坡穩定性分析

根據不同工況，對邊坡整體穩定、局部穩定進行了穩定分析，結果如下：（1）無震工況樁頂以上邊坡整體穩定安全系數1.19，一、二級邊坡局部穩定安全系數1.15，三、四級邊坡局部穩定安全系數1.22；有震工況樁頂以上邊坡整體穩定安全系數1.07，一、二級邊坡局部穩定安全系數1.05，三、四級邊坡局部穩定安全系數1.10。

根據規范要求，土質路塹邊坡高度大于20m時，最小穩定安全系數為1.15～1.25[1]；本工點屬于修復困難的陡坡、深挖路基，有震工況穩定安全系數不應小于1.15[2]。由邊坡穩定分析結果可知，邊坡穩定性不滿足規范要求。根據穩定分析，最不利潛在滑動面與坡面垂直距離最大約13m。

3 邊坡加固措施

由于邊坡穩定性不滿足規范要求，邊坡最不利潛在滑動面埋深較大，單獨采用普通錨桿難以達到加固效果，經綜合研究后確定邊坡采用錨索、錨桿框架梁組合加固方案。

（1）錨索類型選擇。

大量的試驗研究和實測結果證實，傳統的拉力集中型或壓力集中型錨桿受力時，其錨固長度上粘結應力分布是很不均勻，當采用長錨固段時，粘結應力分布長度是有限的，粘結效應會呈現漸進性破壞現象。

壓力分散型錨索工作時錨固體承受軸向壓力，每個單元承受的最大壓力為錨索設計力的1/n（n為錨固體單元數）。因此壓力分散型錨索內錨固段漿體的受力效果好[3]。壓力分散型錨索錨固漿體與巖土體界面的剪力值較拉力集中型錨索小，而且剪力峰值與剪力均值相差很小，能夠沿內錨固段長度內均勻分布，可以充分發揮整個錨固漿體材料的抗剪作用[4]。

壓力分散型錨索適用條件及工作特性如下：錨固地層為軟巖、士層或腐蝕性較高的地層；錨桿極限抗拔承載力可隨錨固段長度增大成比例增加；單位長度錨固段承載力高，且蠕變量小；良好的防腐性能；錨桿長度可達50m或更大[5]。

綜合比較后，邊坡采用壓力分散型錨索加固。

（2）錨索自由段長度。

錨索總長度由錨固段長度、自由段長度及張拉段長度組成。錨索自由段長度受穩定地層界面控制，在設計中應考慮自由段伸入滑動面或潛在滑動面的長度不應小于1m，自由段長度不應小于3～5m[5]。根據規范要求、最不利潛在滑動面的位置、錨索與水平面的夾角，確定自由段長度為19m。

（3）錨索拉力設計。

左側第一、四級邊坡采用錨桿加固，第二、三級邊坡采用錨索加固時，為滿足穩定安全系數不小于規范要求，錨索拉力設計值采用350kN。

（4）錨索錨固段長度。

錨固體的承載能力應通過錨固體與錨孔壁的抗剪強度、鋼絞線柬與水泥砂漿的粘結強度以及鋼絞線強度三部分控制，設計應取其小值。 錨固體抗拉拔安全系數不應小于2.5[5]。根據以上規范要求、錨索拉力設計值、錨孔壁與注漿體之間粘結強度、鋼絞線與水泥砂漿之間的粘結強度等，反算錨索錨固段長度為12m。

（5）錨索差異張拉。

壓力分散型錨索分為兩個錨固單元，每個錨固單元長6m。由于兩個錨固單元的錨索長度不一致，錨索采用差異補償張拉后整體張拉工藝。該工藝考慮壓力分散型錨索各錨固單元鋼絞線自由長度不一致，從而張拉伸長值不一致的特點，錨固單元從孔底向孔口分別進行差異補償張拉，確保整體張拉時各鋼絞線伸長值一致，各錨固單元同時受力[6]。經計算得補償張拉值P1=35.69kN。

（5）邊坡加固措施。

DK339+275.756～D1K339+359.625左側一、四級邊坡采用錨桿框架梁防護，框架梁節點間距3.0m，錨桿單根長度為12m，與水平面成25°施作。

左側第二、三級邊坡采用錨索框架梁防護，框架梁節點間距4m，錨索采用壓力分散型，與水平面下傾角25°，錨索沿坡面間隔4.0m布置。錨索均采用一孔四束Φ15.2mm高強度、低松弛全長無粘結鋼絞線制作，其抗拉強度不得低于1860MPa。每孔錨索設計錨固段長12m，分為兩個單元。

4 邊坡變形自動化監測

在D1K339+276、D1K339+330左側樁板墻頂平臺中部、塹頂外2m處，在D1K339+300左側樁板墻頂平臺中部、第二級邊坡平臺中部、塹頂外2m處，在DK339+359左側塹頂外2m處，分別設1個位移自動化監測點，自動化監測孔深伸入潛在滑動面以下3m。

5 錨索施工注意事項

（1）每一分層開挖完畢后，立即施工坡面錨索：定位、造孔、錨索安裝、灌漿。鉆孔必須干鉆，嚴禁采用水鉆，當有坍孔、縮孔現象時應采用套管跟進鉆進技術，使鉆孔完整不坍。

（2）錨索注漿體及框架梁墊板砼抗壓強度值滿足設計要求后，進行錨索張拉。每孔錨索張拉時首先進行差異荷載補償張拉，即先對錨索最長的第一單元張拉至P1，然后對兩個單元進行整體張拉。

（3）錨索施工前應選擇與錨索錨固段地層相同、環境類似的地段進行極限拉拔試驗（破壞性試驗），嚴禁在實際錨固工程部位進行該項試驗。錨索材料、參數和施工工藝與工程錨索相同，試驗孔數不少于3孔，試驗錨索鉆孔長度為13.5m，其中錨固段長12m，張拉段為1.5m，錨固段分兩個單元，每個單元長6m，四束錨索單孔最大抗拔力要求不大于800kN。

（4）在第一批邊坡錨索施工時，應選擇有代表性的工作錨索，孔數為總工作錨索的3%且不少于3孔進行張拉試驗（非破壞性試驗）以驗證設計的合理性和安全性，同時檢查和控制施工質量。要求四束錨索單孔最大試驗荷載值為660kN，張拉試驗完成后重新對本孔錨索進行張拉，并按照本工點單孔拉力設計值的110%鎖定。

（5）待全部防護工程（包括樁板墻）施工完畢后，應結合邊坡穩定性監測數據和錨索測力計受力情況進行檢查、核實，確定是否需對坡面錨索進行補償張拉，經綜合評估錨索受力等趨于穩定后，方可切割錨具外超長部分鋼絞線，并對錨索進行封頭處理。

6 結語

在鐵路勘察設計過程中應盡量避免出現路塹高邊坡工點（尤其是土質路塹高邊工點）。當不可避免時，采用壓力分散型錨索加固能起到較好的防護效果。

對高邊坡路塹工點進行水平位移自動監測，包括邊坡的表層和深層的水平位移自動監測，采用信息化數據集成、分析邊坡實時穩定性，對保證施工安全及鐵路運營安全有著重要的意義。

參考文獻

[1] 包黎明，王應銘，龍錦永，等.鐵路路基設計規范[M].北京：中國鐵道出版社，2005：31-32.

[2] 許振中，廖蜀樵，倪燕平，等.鐵路工程抗震設計規范[M].北京：中國計劃出版社，2009：17.

[3] 王樹仁，何滿潮，金永軍.拉力集中型與壓力分散型預應力錨索錨固機理[J].北京科技大學學報，2005，27（3）：278-282.

[4] 程良奎，李成江，鄭穎人，等.巖土錨桿與噴射混凝土支護工程技術規范[M].北京：中國計劃出版社，2015：13.

[5] 李海光，高志偉，李安洪，等.鐵路路基支擋結構設計規范[M].北京：中國鐵道出版社，2006：59，60.

[6] 黃輝，王晉明.壓力分散型錨索差異張拉法在兩河口水電站工程中的應用[J].水力水電技術，2015，46（4）：56.