壓力分散型錨索技術在復雜巖土體工程中的應用

李海民，牙舉鵬，張日亮，吳蓮鋒

（柳州歐維姆機械股份有限公司，廣西 柳州 545006）

0 引言

壓力分散型預應錨索是近些年發展起來的一項新型、結構優、防腐效果好、能充分發揮巖土體抗剪強度，用于治理邊坡工程的一種支護結構。其具有安全性能高、經濟合理的優勢，在我國邊坡基礎工程得到較廣泛的使用，產生較好效果。該索體結構主要是通過分散合理設置承力單元體以充分發揮巖土體最有效抗剪力，特別是在軟弱性巖土體中也能發揮較強錨固反力，為特殊地質條件下的滑坡治理、邊坡防護工程提供了一種非常有效的解決方案。

1 壓力分散型錨索作用的機理

壓力分散型預應錨索在錨固段依次設置不同承載單元體，錨固于巖土體內起提供錨固反力的作用。自由段連接錨固段，起傳遞錨固力的作用。錨頭是把應力施加在承力錨墩上，對其進行鎖定［1］（見圖 1）。

圖1 壓力分散型錨索結構示意圖（單位：mm）

2 壓力分散型錨索在施工過程遇到的一些問題

1）巖土性質差且含水量高，鉆孔過程容易塌孔，成孔難。一般采用來回多次掃孔的方法解決；對于塌孔較為嚴重的孔道采用固壁灌漿方法解決。

2）部分斷面巖層深部為一個局部含水層，鉆孔出現嚴重塌孔現象，孔內的水一直往孔口外面流，直至注漿之后才停止。考慮到錨索孔孔內含水對注漿的影響，經設計同意后，該斷面錨索全部不綁止漿袋處理。

3）施工區巖土大部分為全風化泥巖，黏性大，跟管鉆進容易粘在套管內壁，使套管內空間變小，這樣每拔一根套管就得重新穿一次索，浪費很多人力與時間，甚至有時候拔完套管后孔內塌孔，錨索就無法索穿進（見圖 2）。

圖2 全風化泥巖區拔出來的套管內壁沾滿泥土圖

3 工程實例

南寧市五象新區核心區商務街項目位于南寧市五象新區核心區平樂大道與宋廂路交匯處西北側（廣西規劃館附近），總用地面積 173 316.54 m2。

基坑（邊坡）支護按永久性支護及臨時性支護兩種支護形式，永久支護段總長約 693 m，邊坡高度 24.2～37.9 m，采用樁錨支護方式。本次錨索施工是參照設計院 2015 年 11 月基坑（邊坡）支護施工圖（C 版）及其 2015 年 12 月 C 版修改通知單提供的施工圖進行，錨索總體工程量約 43 000 m，錨索長度（14+1.5）～（40+1.5）m（見圖 3）。

3.1 鉆機的精確定位

對于巖土條件較差的邊坡，錨索一般設計分布較密，兩排錨索及同排相鄰錨索間的間距小。鉆孔時，對鉆機的定位要求極高。如果鉆機定位方位與設計角度有偏差，鉆孔過程就很有可能導致上下或左右相鄰間的錨索相互打架，造成嚴重質量事故。

圖3 部分基坑支護及底層剖面示意圖（單位：mm）

南寧五象新區核心區商業街基坑邊坡支護項目錨索的排布為上下、左右間距只有 2 m，錨索孔深 40 幾米，該邊坡錨索較長，而且錨索的間距很小，這就對鉆機定位有極高的要求。傳統錨索施工利用地質羅盤來定位鉆機鉆孔方位，但該種定位方法誤差較大，不適用于南寧五象項目鉆孔定位。南寧五象錨索利用紅外線電子數顯水平尺來定位，紅外線電子數顯水平尺底部含有磁性，將其放在鉆桿上，然后根據設計方位調整鉆機角度，紅外線電子數顯水平尺讀數會跟著鉆機的轉動動而變化，根據紅外線電子數顯水平尺的讀數很快調到設計鉆孔角度及方位。該種定位方法精確度極高，南寧五象項目 1 500 多根錨索采用此種方法定位，無一根錨索出現交叉現象（見圖 4）。

圖4 紅外線電子數顯水平尺測量

3.2 全風化泥巖土層鉆孔

對于含水量較高的全風化泥巖土層，鉆機鉆進過程會將泥巖攪成泥漿，若采用普通跟灌鉆進方式進行鉆孔，一般鉆到十幾米就鉆不動，因為孔內的泥漿會越積越多，根本排不出來。

針對這種情況，項目利用 KR 805-2 型鉆機進行鉆近，該鉆機功率較大，而且在跟管鉆進過程，套管可以跟著鉆桿在轉動，這樣就不會使得套管在鉆進過程被卡死，而且由于該鉆機功率大，排碴效果好，很好解決了全風化泥巖土層鉆孔困難的問題（見圖 5）。

圖5 KR 805-2 型鉆機鉆孔過程圖

3.3 索體加裝特制止漿器

南寧五象新區核心區商業街基坑邊坡支護項目邊坡基坑地層巖性較為復雜，主要為含角礫黏性土、含黏性土角礫、全風化泥巖、局部表層分布少量素填土，下伏基巖為礫狀泥質灰巖、石灰巖、硅質巖等，巖土性質均較弱，錨固性能差，若采用常壓方式進行灌漿，則很多錨索均達不到設計錨固力［2］。因此南寧五象新區項目采用壓力灌漿的方式進行灌漿，在錨索自由段距孔口 3 m 處設置止漿器，止漿器的作用就是通過往止漿袋灌漿使其膨脹，將錨索孔口堵住，達到壓力注漿的效果。南寧五象項目采用此種方式灌漿，很好地解決了巖層性質弱，錨固力力差的問題。該項目隨機抽查 200 多根錨索做拉拔試驗，均達到設計張拉力要求（見圖 6）。

圖6 錨索止漿器安裝圖

3.4 拉錨固以及補償張拉

壓力分散型錨索為使各單元體應力分布均勻，根據其結構特點，需要采取補償張拉+整體張拉的特殊方式。先補償各單元體的應力，再整體張拉，以保持單元體上不同長度的鋼絞線應力的均衡。

利用補償張拉的方式進行張拉，能夠較好解決壓力分散型錨索整體張拉不均勻性的問題。補償張拉時利用 240 Q 千斤頂對壓力分散型錨索除了最后面一層外的其他層鋼絞線先進行初張拉，讓其與最后一層鋼絞線達到同一起點時再進行整體張拉，這樣就使得壓力分散型錨索能夠均勻張拉，達到設計錨固效果［3］。

表1 內力監測成果表 kN

4 應力監測成果

南寧市五象新區核心區商務街項目利用壓力分散型錨索的錨固性能好的特點以及結合項目的特殊施工技術創新及控制方法，使得邊坡得到很好的支護效果。

在錨索監測期間中該項目基坑錨索內力各監測點的累計變化在 0～-118 kN 之間，累計變化最大點為 6-1-FH35# 點，其變化值為 -118 kN。該基坑各錨索內力各監測點變化值未超出報警值（各錨索內力報警值 134 kN），所有檢測錨索均達到設計要求（見表 1）。

從表 1 可看出所有隨機檢測錨索在施工后的一年的時間里，錨索的內力變化均在設計允許范圍內，這是基坑邊坡能夠穩定安全的關鍵。通過分析，之所以能夠有如此好的錨固效果，主要原因首先是壓力分散型錨索自身的錨固力分布均勻、錨固性能好；其次是專業的錨索施工技術以及針對一些不同地層條件的施工工藝創新和不同問題的解決措施。

5 結語

根據本工程的實踐經驗，對于含角礫黏性土、含黏性土角礫、全風化泥巖、局部表層分布少量素填土，下伏基巖為礫狀泥質灰巖、石灰巖、硅質巖等地質復雜的坡面，采用壓力分散型錨索可大大提高邊坡的穩定性與可靠性。

當然，壓力分散型錨索因不同單元體上的鋼絞線長度不等，帶來預應力施作的專業化要求高。張拉的時候，需要采取補償張拉的方式進行，因外結構位移造成同束錨索中不同單元體受力不均，使得靠近孔口方向的單元體受力過大而遭到首先破壞，從而失去錨固性能。故張拉施工時，需嚴格按照專業技術操作規程進行，確保壓力分散型錨索的施工質量。Q