壓力分散型錨索在邊坡加固工程中的應用

呂 濤 王治然

（重慶交通大學工程設計研究院有限公司， 重慶 400074）

0 前言

我國的城市與經濟現今正處在快速發展的過程中，并且工程建設工作的范圍在不斷的擴大，在越來越多的工程建設中不斷出現了需要進行有效支護的高切坡。高切坡開挖過程中坡體內部原有的力學平衡狀態會在人為施工的情況下受到破壞，進而需要對高切坡進行支護，通過支護促使坡體內部各個點之間的應力可以發生一定的調整，從而達到新的力學平衡狀態。在眾多邊坡防護技術的使用中，錨索加固是最為常見的一種外部加固方式。

1 壓力分散型錨索概述

1.1 壓力分散型錨索受力機制

用壓力分散型錨索主要是借助鋼絞線受力的方式，錨索的拉力通過壓力分散裝置轉換到注漿體上，進而實現注漿體受壓；與傳統的拉力型相比，壓力分散型錨索一般采用無粘結鋼絞線，不考慮鋼絞線與砂漿之間的粘結。在使用該方法加固邊坡時，借助錨頭的張拉施力將其傳遞到各個錨索的內錨頭上，然后通過錨頭將其分散到各個承載體上，繼而在承載體的使用中將其通過壓力分散裝置，有效的將鋼絞線上的拉力轉變成為一種壓力，繼而將其傳遞到承壓板上，之后承壓板將所有的壓力都傳遞到其附近的水泥砂漿中，促使水泥砂漿可以在壓力的作用下，出現一些壓縮膨脹、變形等問題，這樣一來將一些應力有效的傳遞到孔壁附近的巖土中，繼而促使巖土體不斷的提升最終的承受剪力[1]。

1.2 壓力分散型錨索在邊坡防固工程中的優點

在施工中使用該技術與傳統的錨索不同，將其應用在邊坡加固時，具有一定的優勢所在，主要表現在下述方面中。首先，錨索的根部能夠承載的荷載比較大，在靠近孔口的方向上荷載就會逐漸變小，所以在加固施工開展中，針對于不穩定的錨固體地層深部有著更多的優勢，但是在實際的施工中，使用壓力分散型錨索不會出現粘結效應弱化的現象，將粘結應力非常均勻的分布在整個長度中。其次，當漿體自身受到壓力之后，就會導致其灌漿體自身的不斷的向外擴張，繼而提升了摩阻的強度，可以提供出更多的錨固力，強化了邊坡加固中的實際工程質量。再者，在使用壓力型錨索的過程中，主要使用的是無粘結鋼線，其外表有著一層油脂層、熱擠PE護套等，可以在其表面形成一種有效的保護層，并且最大程度上提升錨索在使用中的防護與壽命。該技術與普通的錨索技術不同，當壓力分散型錨索的鎖體就位之后，就可以開始注漿，整個工藝的開展比較簡單。最后，在使用錨固段長度相同的情況下，使用分散型錨索產生的塑形滑移前所產生的抗拔力，要高于普通的錨索，增加了壓力分散型錨索的適用范圍[2]。

1.3 壓力分散型錨索的作用原理

使用壓力分散型錨索與傳統的拉力型錨索之間是相似的，都是在依靠錨索體鋼絞線受力的作用下，但是使用壓力分散型的錨索，其在鋼絞線的外層中包裹了高密度的聚乙烯保護套，并且鋼絞線與防護套之間有著油脂保護，這樣就可以很好的減少鋼絞線與漿體之間產生的摩擦力，促使其無粘結現象出現，同時對鋼筋起到了一定的保護作用，同時加強鋼絞線的使用耐久性。只要中支架放置在錨索體中，且在一定的長度范圍內，都可以保障力得到充分、均勻的分布。使用壓力分散型錨索，則是將錨索的鋼絞線末端安裝了擠壓套與承載板，對錨索注漿體的固結起到了積極的促進作用。當結束固結工作之后，就需要對鋼絞線進行張拉，在這個環節中會出現一定的荷載，此時注漿體與圍巖之間的粘結應力，也會通過錨索的使用將其作用力傳遞到巖土體中，實現了錨固范圍和被加固體之間錨固力的傳遞。在使用傳統的錨固過程中，主要使用的通過砂漿與鋼絞線的粘結，將鋼絞線的拉力傳遞到砂漿，再通過砂漿與穩定巖土體的粘結將上述拉力傳遞至穩定性巖土體中，而壓力分散型錨索是通過設置在不同位置的壓力分散裝置將鋼絞線的拉力轉換成對注漿體的壓力，再通過注漿體和穩定巖土體之間的粘結實現力的傳遞。壓力分散型錨索的這種受力方式能夠將注漿體中的抗壓強度充分的發揮出來，同時使用該方法促使錨索的錨固力分布的更加均勻，降低了錨索在使用中存在的負荷，同時減少各種不利因素造成的影響，繼而提高了錨固能力[3]。

在壓力分散性錨索的使用中，錨固段分布了較多的承載體，并且每個承載體的安裝都有無粘結的鋼絞線，采取的都是一次性全孔注漿施工，這樣一來很好的縮短的施工的周期。同時每個錨固段單元是獨立存在的，相互之間的影響很小，可以減輕后期因為錨索失效帶來的不利影響。在施加張拉荷載時，其使用的是無粘結的鋼絞線，所以在一定間距中的承載體，能夠將總張拉力有效的轉換成為幾個承載體，繼而減少各種壓應力的存在，這樣一來可以很好的削弱注漿體中存在的內粘結應力，促使錨固體育圍巖體之間的接觸面產生的應力可以更加均勻的分布，同時也降低了其自身的峰值。所以，在施工中使用壓力分散型的錨索，可以更好的發揮出錨索周邊巖體所具有的抗剪強度，在同樣的情況下，比傳統的錨索有著更大的錨固力與防腐性能。

2 壓力分散型錨索在邊坡工程的施工工藝流程

2.1 壓力分散型錨索施工工藝流程

使用壓力分散型的錨索開展施工，必須要遵循施工開展的工藝流程，主要為毛孔鉆鑿、錨索制作以及錨索安裝等多種工序的開展與施工。在使用壓力分散型錨索施工之前，需要開展相應的錨索基本試驗，同時將試驗得到的相關數據反饋到設計單位中，設計單位根據現場實測數據校核原設計的可行性，必要時須對原設計進行調整，以便保證壓力分散型錨索的有效性[4]。

2.2 壓力分散型錨索施工要點

錨索孔的測量放樣——在開展壓力分散型錨索施工之前，要嚴格的按照設計給出的相關的數據信息以及邊坡支護設計圖開展放樣工作，當施工結束之后，不僅要保障施工開展的效果，同時還需要考慮到錨墩使用的美觀性等多種因素。通常情況下，在結束了放樣工作之后，就需要使用鋼筋頭直接的釘到坡面的錨孔預留位置，繼而開展掛線檢查工作，這樣一來才可以保障最終的孔位之間的誤差不得以超過±50mm的距離。

鉆進方式與過程——在施工開展中錨孔鉆鑿是整個錨索施工中的關鍵環節，在實際的施工開展中，為了能夠提升施工開展的效率，同時保障施工最終的質量，通常都會選擇使用潛孔沖擊式鉆機開展鉆孔工作。在實際的工作中，需要結合設計者提供出的相關數據資料，同時根據鉆進過程中的速度、鉆機吹出的粉塵等多種情況，對各種問題加以及時的記錄，同時對鉆孔中的地層情況加以嚴格的觀察，觀看其是否符合最終的設計需求。并且在實際鉆進的過程中，一旦施工出現塌孔、縮孔等現象，就需要停止后續的施工，對存在的問題加以及時的處理與固壁灌漿處理，等到所有的水泥砂漿已經初步凝固之后，才可以繼續開展掃空鉆進工作[5]。

錨索的檢驗、制作與安裝——當錨索鉆孔工作結束之后，需要對錨索孔展開一定的檢驗，當所有的檢驗合格之后就可以開展后續的制作與安裝工作。在進行檢驗的過程中，需要在設計孔徑、鉆頭、標準鉆桿等條件下開展，并且要始終保持整個工作開展的平順性，切勿出現沖擊或抖動現象。當最終的檢驗結果合格之后，就需要開展制作并安裝錨索。通常情況下，錨索的制作需要按照以下工藝流程開展，編束通知單、下料、安裝承載體……等。在開展錨索安裝工作之前，需要使用高壓風的清洗方式，保障其找尋到的與錨孔號之間相對應的錨筋，繼而在后期下索的過程中需要按照之前設計的傾角與方位開展施工，要時刻保障工作的平順開展，禁止在施工開展中出現抖動、扭轉等現象[6]。

錨索注漿、封孔灌漿和封錨——當完成了錨索安裝工作之后，需要對錨孔進行注漿施工，根據需要選擇合適的注漿器具，同時在整個注漿過程中須保證設計要求的注漿壓力，常采取的是孔底反漿的方式展開錨索的水泥漿、水泥砂漿等注漿活動的開展。在實際的注漿施工中，一旦出現了孔口溢漿的現象，并且保持有2min的時間，就可以停止施工。當注漿施工結束之后，就要針對框架橋梁展開施工，當其自身的預應力達到設計的峰值之后，要做好相應的記號，一旦在三天時間中都沒有出現異常，就可以開展后續的封孔灌漿施工。當結束了封孔灌漿施工之后，需要使用手提砂輪機將多余的鋼絞線切除，繼而開展支模施工，最終時候混凝土完成封錨作業。

3 壓力分散型錨索在邊坡工程中的運用

3.1 邊坡概況

重慶市某建筑邊坡位于場地北側，其中BC段邊坡長32m，最大高度34.11m（含坡頂已建重力式擋墻和樁板墻），本次支護高度最高約25m，坡向180°，為巖土混合邊坡，坡頂存在既有擋墻和道路，不具備放坡條件，邊坡安全等級為一級。土質部分：由人工填土、粉質粘土組成，最大厚度15.36m，根據鉆孔揭露及現場調查綜合分析判斷，邊坡巖土界面相對平緩，直立切坡后有可能發生土體內部的圓弧形滑動破壞。巖質部分：按設計高程開挖后最高18.62m，該邊坡為切向坡，層面對邊坡穩定性影響小；巖體中發育的兩組均與邊坡坡向呈大角度相交，對邊坡穩定性影響小。綜上：該段邊坡主要受巖土體自身強度控制，巖體類別為Ⅲ類，等效內摩擦角取55°。

由于邊坡較高，不具備放坡條件，同時為了保證坡頂擋墻和道路的穩定性，擬采用錨拉樁進行支擋。鑒于坡頂有重要建筑物，按現行邊坡規范對樁后巖土壓力進行修正后的水平分力3501.164kN/m。

3.2 邊坡支護方案

擬采用“樁板墻+壓力分散型預應力錨索+排水”的綜合支護措施，具體布置如下：樁板墻采用b×h=1.5m×2.0m的樁，嵌固長度為7.0m，嵌固起算點為樁前排水溝溝底，相鄰兩樁的中心距不得大于3.0m。樁頂設計標高為215.35m，具體標高可結合現場實際情況確定，原則上不得低于現狀地面標高；錨索從樁頂以下2.0m開始布置，豎向間距3.0m，共布置7道錨索，傾角20°，錨孔250mm，壓注M35水泥砂漿。施加1500kN的水平預應力，通過就算每道錨索的軸向拉力標準值分別為1800kN-2389.5kN之間，每孔布置27束—36束1×7φs15.2的無粘結鋼絞線，極限粘結強度標準值為450kPa，因此錨固長度需要13-18m，已遠遠超過普通拉力型錨索要求的一般不大于8m的規定，因此不能采用普通拉力型錨索，擬采用壓力分散型錨索進行支擋。采用分段錨固，共分成9-12個錨固單元，每段鋼絞線的根數均為3根，每段錨固長度均為2.0m，總的錨固長度為18-24m。

4 結語

隨著工程建設的發展，在寸土寸金的城市開發過程中，受地形和周邊建筑物的影響，復雜的高切坡越來越多，常用的支擋方案很可能已不再適用，在這種前提下研究新型支擋結構尤為重要，壓力分散型錨索打破了常規拉力型錨索對錨固段長度有限制的要求，相比于傳統拉力型錨索其能實現分段錨固以便增加總的錨固長度，進而其單孔錨索能夠提供更大的錨固力，在復雜的高切坡的支護應用中具有重要的意義。