預應力錨索在高速公路邊坡防護中的應用

梅 成 煥

(山西路橋建設集團有限公司陽泉分公司，山西 陽泉 045000)

1 預應力錨固具有的特點

1)預應力錨固通過積極建立的后張預應力場，減少，抑制和消除了自然力場對工程地質體或結構造成的危害，從而達到強化和重整附加固體的目的。

2)預應力錨索主動調整能力強，能夠充分發揮工程地質體或結構本身的潛在穩定性，提高其內部應力狀態。預應力錨索可以主動調整疊加范圍和疊加度后張預應力場和自然力，充分調用工程地質體的潛在自穩性，改變其內部應力分布特征和尺寸，限制有害變形的發生，提高工程結構的穩定性。

3)預應力錨具有很多的特性，比如靈活性，而且預應力錨索具有很強的可塑性。預應力錨桿的數量，位置，深度和方向以及施加的預應力的大小可以根據現場要求進行調整，并且可塑性很強。施加到加固物體上的力是別的加固措施難以達到的范圍。

4)預應力錨具通過將結構與地層進行緊密地連接，使其形成一個通用的工作體系。這是一種工程技術，將工程地質體作為工程材料進行處理并改造。

5)預應力錨固以最小干擾和錨固條件實現了加固和穩定的目標。因此，預應力錨具作為一種補強技術，常見于邊坡的防護工程。

6)預應力錨鎖具有廣闊的定位，與其他的工程技術都有很好的相容性。因其具有良好的界面所以與其他工程技術相結而成新的性能補強系統非常有效。

2 預應力錨索設計

因為有著預應力錨索支護結構以及抗滑樁支護結構的出現，才能在這個基礎上出現發展起預應力錨索抗滑樁。預應力錨索支護結構是一種具有抗滑能力，減小邊坡撓度，充分利用邊坡土體自身穩定性的柔性支護結構。與普通的預應力錨索截然不同的是，預應力錨索抗滑樁的強度由錨索和抗滑樁的組合來協調，由錨索和抗滑樁組合而成。從單體的變形到錨索的協調變形以及樁身相互作用，因此在具體的預應力錨索抗滑樁的設計上，計算是較為復雜的。

2.1 預應力錨索預應力的確定

考慮是否將錨索添加到抗滑樁上有兩個主要原因：1)樁頂位移超過設計要求;2)本項目采用較長的錨固段和較大的樁段來解決樁身應力問題。對于較大的問題，增加錨索會降低錨固長度和抗滑樁的橫截面。

2.2 預應力取值的確定

在預應力值問題中需要考慮兩個問題：是否應用預應力;如果它被應用，多少預應力是適當的。現列舉如下：短期負荷即最不利負荷，以及常見的滑坡這些附加的滑坡推力和長期荷載統稱為短期荷載。主要包括永久性建筑引起的斜坡自重和滑坡推力荷載。

為了確定錨索預應力值的合理值，必須考慮兩個條件：1)樁頂位移滿足設計要求，即抗滑樁頂部的位移滿足短期負荷下的要求。2)樁中的力分布是否合理。我們由下列方法來確定具體的預應力的取值：a.在短期荷載的作用下，不施加預應力，計算出樁內力和樁頂位移，并在此基礎上計算預應力數值的施工方法。如果不滿足樁頂位移要求，則需要施加預應力;如果樁頂位移滿足要求，則需要比較施加預應力時樁體的內力，最后確定其值。b.從第一種情況決定是否施加預應力。條件1：當樁頂位移不符合要求時，應施加預應力。條件2：滿足位移設計要求時，比較預應力后施加于樁體的力是否合理。

2.3 錨索的設計

2.3.1 錨索基本構造

1)在我國，常見的預應力錨索由多根高強度鋼絞線(通常每股絞合7股鋼絲)組成，包括自由錨固部分。自由部分可以自由彈性拉伸。它能夠將錨固部分的錨固力傳遞給樁體。錨固部分將載荷傳遞至圍巖。這些繩股通常用于低松弛絞線，例如270級和290級繩股。

2)錨由錨頭和錨板組成，可以使預應力錨松弛并承受壓力。常用的錨類型包括HVM，QM和OVM。

3)漿料是在波特蘭水泥中添加的其他添加劑的混合物，主要作用是將載荷從錨轉移到基巖。漿材類型包括水泥砂漿和純水泥漿。根據規范，抗壓強度不應低于30 MPa。

2.3.2 錨索結構

目前常用的預應力錨索類型可分為全長預應力錨索和非粘結預應力錨索兩類。預應力錨索全長為整個部分灌漿，錨板的全長不與泥完全接觸。在邊坡防護和基坑支護中，錨索結構較為常見。未交聯預應力錨索自由斷面錨索的外表面通常涂有黃油等防銹材料，并用PVC管套上將固定砂漿體與錨索(桿)分開，成品可在市場上使用。

在以前，我們通常使用PVC管或波紋管，將其放置在自由段電纜束的外側，并且管填充有油脂以防止腐蝕，并且自由段和錨定件被灌注兩次。由于施工質量難以控制，特別是防腐蝕，自由段與錨固段交匯處可能會出現應力腐蝕問題，因此該結構尚未推廣應用。

目前有前景的一種錨索結構是無粘結預應力錨索。特別是近年來，通過在錨索的外側添加一層或兩層波紋管，錨索的耐腐蝕性大大提高。施工方法較簡單，施工質量較易控制。

3 在實際邊坡防護中預應力錨索的應用

3.1 工程概況

對于公路路段，最大挖掘深度為60 m。設計地質調查資料為灰色和淺灰色灰巖，路基開挖坡度按照石階坡度設計，開挖邊坡左側有兩個巖溶洞，漏斗的分布構成了不利的地形特征。右坡屬于小型構造帶。開挖后，巖質邊坡破碎，地質變化多，易坍塌，應采用工程措施加以保護，采用預應力錨索加固。

3.2 對于預應力錨索使用

預應力錨索的混凝土施工過程包括鉆孔，編織和下部纜索，灌漿和張拉。實際鉆孔深度比設計值大1 m～2 m，并保持沉渣深度。灌漿用砂漿的比例根據實際情況確定。下面的混合比例可以是用途：水泥∶砂∶水=1∶1∶0.35～0.4。注漿的工作壓力也應根據實際情況確定。一般為300 kPa～600 kPa。拉伸需要拉伸和鎖定預應力110%錨索的價值，是因為錨索的應力松弛問題。錨索應力松弛由兩部分組成，一部分是錨索本身的應力松弛，另一部分是預應力錨頭端部巖石和土體的壓縮變形。應力問題松弛也可以通過張緊兩次或更多次來解決，這需要對錨索進行長期的應力監測。

3.3 加固效果

為了測試預應力錨索在斜坡上的加固效果，在斜坡上埋入10組監測點以記錄錨索的應力。具體數值見表1。

表1 錨索應力值

從表1可以看出，測力計的讀數在安裝3 d后有不同程度的增加，然后存在內力變小的趨勢，但通常錨索的內力確實變化不大。斜坡穩定，充分體現了預應力錨索在一定范圍內的動態保護作用，可以改變巖石本身的穩定性，改善其內部應力狀態，防止不穩定塊體的塌陷和滑動。抑制膨脹的塑性區，并增加了斜坡的穩定性。

4 結語

本文系統分析了預應力錨索的受力機理，為數值模擬提供了可靠依據。巖石的穩定性能夠被預應力錨索調動，保證邊坡的穩定性，并且改變內部應力變化，保證邊坡的穩定性，防止滑坡的發生。本文介紹了一個預應力施加于高速公路邊坡的防護工程。通過對于本文提到的這一特定工程實踐來看，預應力錨索在邊坡防護中是非常有效的。