錨桿框架工業化方案研究

楊旭鑫，王志峰

（安徽省交通規劃設計研究總院股份有限公司，安徽 合肥 230088）

0 前言

錨桿框架作為一種應用廣泛的高邊坡加固防護方法，它由錨桿錨固體和坡面框架格梁組成，是在邊坡坡面上通過鋪裝鋼筋混凝土框架格梁，格構節點處（縱、橫梁相交處）采用錨桿加以固定而形成的固坡結構型式。這種防護措施使邊坡表層土體原有的聯結力得到一定程度的鎖定，從而提高了表層土體的強度，使邊坡的穩定性增加。對于既有邊坡，可根據邊坡形狀進行少量平整，再進行快速施工。該加固支護結構具有技術先進、安全可靠、經濟美觀（框內植草）、施工方便等突出優勢，尤其針對巖石極易風化、崩解，邊坡易崩塌、滑動的邊坡，能有效地保證邊坡的穩定性。

1 研究目的與原則

1.1 研究目的

目前，在交通運輸部大力推進工程建設工業化、裝配化，創新建造方式的新形式下，公路工程建設開始走向機械化、工廠化、裝配化[1]。開展錨桿框架工業化研究，一方面可以提高公路路基專業工業化建造技術水平，與路基小型構件裝配化、擋墻裝配化研究同步推進，實現路基工程全面裝配化；另一方面，與傳統的現澆框架梁施工方式相比，通過框架梁預制化、預應力錨固設計可以提高道路邊坡錨固工程質量可靠性，并且可以統一施工工藝，提高施工效率，加快建設進度，降低施工成本，也利于養護管理，使得正常養護維修簡單化、工廠化、集約化，降低養護成本[2-4]。

1.2 研究原則

對現狀現澆框架方案進行工業化改進，所研究出的創新方案應滿足以下原則。

①技術創新：所提出的方案應具備較好的創新性，突出裝配化設計，工業化建造的要求。

②技術先進性：所提出的方案應具備較好的技術先進性，主要技術應成熟可靠，總體方案無明顯技術缺陷。

③經濟合理性：創新方案應在經濟上可以接受，建造成本提高不超過20%，對工程總造價的影響范圍有限。

④施工可行性：創新方案應符合當前施工能力水平，不過高要求技術設備，盡可能消除人為對工程質量的影響。

⑤質量可靠性：創新方案應能夠保證工程建設質量達到當前行業先進水平，且工程質量能夠得到有效控制。

2 錨桿框架工業化方案研究

錨桿框架工業化即工廠生產預制構件再運送至現場進行裝配拼接，在滿足工業化方案研究原則的前提下，提出節段預制和節點預制2種方案。

2.1 節段預制方案

2.1.1 方案概述

以節點為界點，將框架拆解為多個獨立的節段，預制好的節段現場組拼后通過錨定墩（預制）固定在邊坡上，并將邊坡壓力傳遞至預應力錨桿。

參照以往的現澆框架，每片框架（沿路線方向尺寸為6.0m）拆解為6個豎肋節段和6個橫梁節段，由6個錨定段通過預應力錨桿加固組裝在邊坡上。框架節段預制方案如圖1所示。

2.1.2 施工工藝

圖1 節段預制方案示意圖

預應力錨桿打設完成并具備充足強度后，以錨桿錨固端為中心，先安裝下部節段，再安裝橫梁，最后安裝上部節段，之后將錨定段套裝在錨桿錨固端上，完成定位后施加部分預應力以固定各構件。節段安裝和節點預應力施加完成一定范圍后，按順序施加設計預應力完成邊坡加固。

施工過程中如出現部分節點預應力不能達到設計要求的情況，可在節點預留錨孔處補設錨桿進行加強，錨固區域外圍的節段端部應打設邊緣錨桿。

2.2 節點預制方案

2.2.1 方案概述

以節點為中心，將框架拆解為多個獨立的十字墩，預制好的十字墩直接套裝在錨桿錨固端上，底部設置支撐，通過施加預應力將邊坡壓力傳遞至預應力錨桿。

參照以往的現澆框架，每片框架（沿路線方向尺寸為6.0m）拆解為6個十字墩，分別由預應力錨桿固定在邊坡上。框架節段預制方案如圖2所示。

圖2 節點預制方案示意圖

2.2.2 施工工藝

預應力錨桿打設完成并具備充足強度后，先在底部設置支撐，然后將十字墩套裝在錨桿錨固端上，完成定位后施加預應力固定。中部、上部十字墩預制時在底部預留支撐錨桿，下部、中部十字墩預制時在上部設置導向槽，以利于吊裝過程中準確定位。

施工過程中如出現部分十字墩預應力不能達到設計要求的情況，可在預留錨孔處補設錨桿進行加強。

3 方案比選分析

3.1 技術比選

分別從技術先進性、施工可行性、質量可靠性等方面進行比選，主要內容列于下表1。

方案技術比選對比表 表1

從方案技術對比分析可以看出，節段預制方案和節點預制方案均符合預制化、裝配化的特點，但節點預制方案的集成化程度更高[8]；2種方案均需采取吊裝拼接，節點預制方案對拼接精度要求更高，但其裝配過程相對簡單，安全風險低；2種方案在錨固力方面均存在一定隱患，均可通過預留錨孔補設錨桿的方法進行補強，節點預制相比節段預制不存在節點銜接而影響工程質量的問題。

3.2 經濟效益比選

根據2個方案工程量、施工措施特點進行經濟估算指標的比較，并與現狀現澆框架方案進行比較（以沿路線方向尺寸6m工程量計），主要內容列于下表2。

方案經濟效益對比表（單位：元） 表2

從經濟效益對比分析可以看出，由于采用預制裝配工藝，構件質量可靠，邊坡與框架、框架與錨桿間受力明確，相比于現澆框架，可以采用較小的鋼筋，同時考慮拼裝特點，取消了框架頂部橫梁。因此在梁體材料方面有所節約，但預制方案采用預應力錨桿，相比于現澆方案在錨固方面成本更高。從材料總體造價來看，預制方案與整體現澆方案相差不大，但綜合施工效率及后期養護成本，工廠化預制方案具有明顯的經濟效益[9-11]。

4 存在的問題

4.1 施工流程控制

考慮吊裝施工難度，邊坡施工時應盡可能開挖一級支護一級，但現實中大部分工程現場開挖多級后才開始實施支護工程，多級開挖后吊裝難度增大。

現場施工時，錨桿打設隊伍和框架制作安裝隊伍可能分屬不同部門，需要加強施工流程的協調。

4.2 套裝定位控制

路塹邊坡開挖后難以形成理想的平順坡面，十字墩預制時也存在少量的尺寸偏差，使得安裝時錨定孔和已打設完成的錨桿可能有所偏差。設計方案中考慮設置基礎、導向槽、支撐鋼管等設施輔助定位，現場過大偏差需要通過墊石、削短鋼管等措施調整，因缺少施工經驗，需要進行試驗施工檢驗。

5 結論

本文通過對錨桿框架工業化方案進行對比分析，得出以下結論。

①錨桿框架工業化預制方案是現行公路實現路基工程全面工業化、裝配化的重要環節，節段預制和節點預制方案滿足創新性設計原則。

②節段預制和節點預制方案均具有一定的技術可行性，在集成化、施工安全、質量可靠性方面，節點預制方案較優。

③工業化預制方案較以往的現澆方案增加不多，但考慮“建管養一體化”及“全壽命周期設計”，工業化預制方案經濟效益更明顯。并且節段預制和節點預制方案造價相差不大，節點預制略低于節段預制方案。

④本文的節段預制及節點預制方案均為在設計過程中研究討論提出，為原創性方案設計，需要結合實際工程進一步研究優化。