錨索框格梁施工在高邊坡路基防護中的應用

吳富毅

(廣西壯族自治區航務工程處，廣西 南寧 530002)

0 引言

現代高速公路施工中，高填深挖路基愈加常見，錨索框格梁作為一種主動式加固方法得到了廣泛應用，其可通過錨索的預應力將滑動的坡體與穩定的基巖連為一體，并通過框格梁將各錨索連為一體，構成一個由表及里的被覆式加固體系，切實保證邊坡穩定性。

1 錨索框格梁組成與型式

自20世紀90年代以來，錨索框格梁作為一種新型主動支擋結構，在邊坡工程加固、斜坡類地質災害治理等領域得到了廣泛應用，安全效果顯著。

1.1 錨索框格梁組成

錨索框格梁主要由兩大結構組成：(1)主體結構，包括預應力錨索、鋼筋混凝土框格梁、邊坡巖土體等，其承擔著邊坡變形所產生的外力；(2)附屬結構，包括各種植被防護結構(如：六棱磚填土植草、噴射厚層基材植生、三維網植草等)和為保證坡頂平臺穩定而設的頂梁等，此類構件不直接受力，但是關系到主體結構功能的發揮，有利于保持邊坡長久穩定。如圖1所示即為典型錨索框格梁結構示意圖。

圖1 典型錨索框格梁結構示意圖

1.2 錨索框格梁型式

(1)根據施工方法的不同，可將錨索框格梁結構分為預制和現澆兩種。日本較早地應用PC格構錨固法和Q&S框架法，其均事先在工廠完成部分構件的加工制造，但由于我國預制生產水平有限，邊坡工程規模較大，此兩種方法并不適用，未得到推廣應用。根據我國工程實踐情況來看，現澆式錨索框格梁結構憑借著造價低、可調整性好等諸多優勢得到了廣泛應用。

(2)根據平面布置型式的形式，可將錨索框格梁結構分為方形格構、菱形格構、拱形格構、人字形格構等等，需根據工程實際情況進行合理選用(如圖2)。

2 高邊坡路基防護中錨索框格梁的優越性

2.1 錨索框格梁的優越性

與傳統的支擋結構相比，預應力錨索框架結構具有十分明顯的技術、經濟優勢，推廣應用價值顯著，其優越性可歸納為：

(1)結構輕盈，占用坡腳以下面積小。錨索框格梁緊貼坡面，可較好地減少對水平場地的占用，將其用于人工開挖形成的高邊坡，有利于減小工程量、降低造價。

(2)受力合理，可充分利用邊坡巖土體自身強度。錨索框格梁體系下錨索、框架梁、邊坡巖土體三者緊緊聯系，邊坡穩定性良好。

(3)設置靈活，不受地形和變形部位限制。錨索框格梁可設在坡腳、坡腰，不會被邊坡地形條件等限制，可適應坡形、變形部位變化。

(4)造型美觀，可與多種形式的柔性植被防護體系結合。錨索框格梁與柔性植被防護體系聯合應用，有利于維持巖土體穩定，使坡面得到全面綠化，與周圍環境相協調，美觀性更佳。

(5)施工速度快，造價低。錨索框格梁采用的是高強度低松弛的鋼絞線，施工靈活、方便、快速，工期較短，在其余條件同等的情況下，造價相對較低。

2.2 錨索框格梁的適用情況

根據我國相關工程實踐總結可知，錨索框格梁可用于斜坡類地質災害的治理，也可用于潛在不穩定邊坡的加固防護；可用于土質邊坡的加固防護，也可用于破碎巖石邊坡的加固防護；可獨立使用，也可與其他支檔結構聯合使用。

(a)方形格構

(b)菱形格構

(c)拱形格構

(d)人字形格構

由上述分析可知，錨索框格梁的使用范圍十分廣泛，同時根據其加固原理可知，此結構利用的是深層巖體自穩能力，由此對深部土體的密實穩定性存在一定要求，對長期受水邊坡需慎重考慮。

綜合相關實踐經驗，在以下4種邊坡中，錨索框格梁不宜單獨使用，必須輔以其他支擋措施，方可獲得良好的防護效果：

(1)完全松散地層(地基承載力低，不足以產生足夠的錨固力)、徐變明顯的土層；

(2)施工不能成形開挖或無自穩能力的土層；

(3)長期受到地下水作用而導致抗剪強度下降的滑體；

(4)秋末春初受溫差產生的水汽影響而導致抗剪強度下降的滑體。

3 高邊坡路基防護中錨索框格梁施工工藝

3.1 錨索框格梁施工工藝流程

錨索框格梁施工工藝流程如圖3所示：

圖3 錨索框格梁施工工藝流程圖

3.2 錨索框格梁施工關鍵工序

(1)整修邊坡：清理坡面松散浮石、巖渣，拆除障礙物，針對邊坡局部不穩處做好清刷、加固，切實保證坡面平緩過渡。

(2)鉆孔：根據各工點工程立面圖，準確測放錨孔位置，孔位誤差≤±50 mm；根據工程實際合理操作鉆孔設備，鉆進達設計深度后，穩鉆1～2 min，確?？讖綕M足設計要求。

(3)錨索體制作安裝：錨索可工廠預制、也可現場制作。高壓風清孔后方可安裝錨索，錨索、注漿管均勻速、緩慢下入孔內，若是遭遇阻力，可適當活動錨索，嚴禁扭轉。

(4)框格梁施工：開挖框格梁坑槽，清除松土，以2～5 cm厚水泥砂漿調平；安裝鋼筋骨架，做好錨索鋼管的埋設、錨錠板與錨具的定位；安裝模板，可采用拼裝式鋼模板或竹膠模板，以短錨桿固定在坡面上；混凝土澆筑應加強振搗、豎梁尺寸控制。

(5)預應力錨索張拉：錨具安裝→單根預緊→分級整體張拉→鎖定，采用“雙控法”，確保張拉效果符合要求。

(6)封錨處理：注漿完成7 d后，如無異常情況，可進行封錨處理。多余外露的錨索以手提砂輪機切除，留5～10 cm外露錨索，以防拽滑，以混凝土將錨頭封閉，以防風化浸蝕。

4 實例探析

4.1 工程概況

廣西陽朔至鹿寨高速公路№5、№6合同段起終點樁號從K61+970～K94+167.382，路線長31.975 km(不含互通線路長度)，前半段山體陡峭，溝谷切割深，且受高壓線塔干擾較多；后半段地勢由山嶺區轉為丘陵地帶，地勢相對較緩。線路穿越的地形地貌復雜，邊坡種類眾多。深挖路塹邊坡主要有順層邊坡、斷裂帶斷層角礫巖巖質邊坡、存在泥化夾層外傾結構面的巖質邊坡、風化層較厚的巖質邊坡和挖方高度>30 m且無條件放坡處治的巖質邊坡等類型。深挖路塹邊坡防護形式有錨索樁、錨索框架梁、錨桿格子梁等，具體路基防護工程量見表1。

表1 路基防護工程量明細表

4.2 施工方案

本路段深挖路塹邊坡防護采用了錨索樁、錨索框架梁、錨桿格子梁等，具體參數如下頁表2所示。

表2 深挖路塹邊坡防護技術參數表

施工順序為：

(1)開挖前，施作上坡口地表截、排水工程，邊坡由上至下分層開挖，每一分層高2～3 m；

(2)完成分層開挖后，施作坡面錨桿(索)；

(3)一級坡面開挖完畢后，綁扎鋼筋籠，現澆框架梁、格子梁；

(4)框架梁混凝土達設計強度80%，張拉錨索；

(5)一級全部施工完成，進入下一分級循環，遵循“開挖一級，錨固一級”施工原則。

4.3 錨索框格梁施工工藝

4.3.1 錨桿錨索鉆孔

本工程采用TYSQ100F型號潛孔鉆機，根據坡面測放孔位，準確安裝固定鉆機，采取干鉆方法，根據鉆機性能、錨固地層控制鉆孔速度，鉆孔孔徑、孔深均要滿足設計要求，3φ25 mm錨桿、1φ32 mm錨桿、錨索終孔孔徑要求分別為90 mm、70 mm、130 mm，實際鉆孔深度需超過設計深度0.5 m以上。

鉆進達設計深度后穩鉆1～2 min，鉆孔完成后，使用高壓空氣(風壓0.2～0.4 MPa)清理孔內，經現場監理檢驗合格后，方可進行下道工序。

4.3.2 錨桿施工

4.3.2.1 材料

預應力錨桿采用φ32 mm、φ25 mm HRB335鋼筋，采用專用錨桿連接接頭，錨桿體材料檢驗合格后方可投入使用；水泥采用42.5普通硅酸鹽水泥；采用符合要求的水。

4.3.2.2 設置鋼筋

成孔后清孔，做好錨桿體鋼筋防腐處理，及時送入孔中。

4.3.2.3 砂漿攪拌和灌注

錨固灌漿采用M35水泥漿，注漿壓力≥1 MPa，水泥漿配合比為1460∶540∶14.60(水泥∶水∶外加劑)，外加劑采用徐州超力CNF-1(B)緩凝減水劑，孔底注漿、孔口返漿，漿體未凝固時嚴禁移動錨桿。

4.3.3 預應力(壓力分散型)錨索施工

4.3.3.1 材料

預應力錨索采用φ15.24 mm、1 860 MPa高強低松馳預應力鋼鉸線；水泥采用42.5普通硅酸鹽水泥，采用符合要求的水質；塑料管材料具備足夠的強度、抗水性、化學穩定性。

4.3.3.2 預應力錨索制作與安裝

按設計要求切割鋼絞線，用彎曲機將其制作為“U”型，固定在承載體上，根據設計承載體間距組裝獲得完整的錨索體。

(1)錨固體安裝：錨固段內架線環按1.0 m間距設置，在錨固體前端設錐形導向帽，焊于鋼絞線上。

(2)自由段安裝：做好除銹工作，自由段套φ22 mm聚乙烯管，套管兩端10～20 cm以黃油填充，外繞工程膠布固定。

4.3.3.3 砂漿攪拌和灌注

預應力(壓力分散型)錨索灌漿砂漿攪拌、灌注工藝與錨桿一致，孔徑要求為130 mm。灌漿作業應一次性完成，中途不得停止，當孔口出現溢漿且持續時間≥2 min后，方可停止注漿。

4.3.3.4 錨索張拉

壓力分散型錨索預應力補足差異荷載后，分5級(預張拉不計)張拉，分別為設計荷載的25%、50%、75%、100%、110%。完成荷載張拉后，均需穩定觀測10 min以上，確保雙控校核合格方可繼續張拉。錨索鎖定48 h內，如果產生明顯預應力損失，及時補充張拉。

4.3.3.5 封錨

錨索鎖定后，做好記號，觀察3 d無異常，即可留長10 cm后將多余的鋼絞線切除，并以水泥漿注滿錨墊板、錨頭空隙，按設計要求支模，用C30混凝土封錨處理。

4.3.4 C30混凝土現澆框架梁、格子梁施工

框架梁、格子梁澆筑采用C30混凝土，由混凝土罐車直接從拌合站運輸至現場，錨索框架梁墊蹬現澆時預埋OVM15錨墊板(預埋錨墊板前應在錨墊板和工作錨間安裝觀測傳感器，用于錨索預應力的長期監測。傳感器每一邊坡安裝3個，安裝位置由監理單位現場確認)、螺旋筋、孔口波紋鋼管，節點均需振搗密實?？蚣芰骸⒏褡恿好扛?8 m設一道伸縮縫，縫寬20 mm，內填浸瀝青絲木板。現澆混凝土框架梁墊蹬達設計強度90%，方可張拉錨索。

4.3.5 錨索樁

本合同段共有兩處邊坡設置錨索樁加固防護，分別位于K61+970～K61+992.8(24 m長的175 cm×250 cm錨索樁)和K66+580～K66+840路塹邊坡(22 m長的200 cm×300 cm錨索樁)。

4.3.6 截排水溝

在各級平臺上設排水溝，在刷坡坡口線外5 m左右設截水溝。截排水溝采用M7.5漿砌片石，其施工方法與路基防護中的漿砌擋土墻和漿砌排水溝方法相同。

5 結語

與傳統的路基邊坡防護方法相比，錨索框格梁具有結構輕便、受力合理、設置靈活、造型美觀、造價低等諸多優勢，可及時、有效、因地制宜地加固邊坡。在實際工程施工中，需根據地質條件、施工條件等，合理選擇施工設備、材料，規范落實各道工序，做好施工檢查與質量控制工作，切實保證錨索框格梁結構安全可靠，從根本上解決邊坡穩定性問題，保證整個公路工程作業的順利落實。