預應力錨索技術在高邊坡滑坡防治中的應用研究

摘要 為提高高邊坡的穩定性，避免發生滑坡和崩塌等情況，在實際工程背景下，研究預應力錨索技術在高邊坡滑坡防治中的應用。依據工程設計情況和預應力錨索技術原理，確定該技術的相關參數，按照施工標準完成預應力錨索施工。對施工后的高邊坡進行監測后可知：該技術應用后，各個監測點的位移結果均小于允許的20 mm，高邊坡滑坡穩定系數結果在1.4以上，滿足技術工程標準。

關鍵詞 預應力錨索技術；高邊坡；滑坡防治

中圖分類號 U418 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）23-0046-03

0 引言

高邊坡穩定性問題是工程建設中的關鍵環節，其穩定性直接關系到工程安全和經濟效益；在復雜的地形和地質條件下，高邊坡的滑坡、崩塌等地質災害頻發，給人們的生命財產安全帶來嚴重威脅[1]。因此，探索有效的滑坡防治技術，提高高邊坡的穩定性，具有重要的現實意義和工程價值。

預應力錨索技術作為一種先進的巖土錨固方法，因其施工簡便、快速有效、經濟合理等優點，在高邊坡支護中得到了廣泛應用。該技術通過張拉錨索體，使錨固段與巖土體緊密結合，形成有效的錨固力，從而提高邊坡的整體穩定性[2]。在高邊坡滑坡防治中，預應力錨索技術不僅能夠限制邊坡的變形，減小滑坡、崩塌等災害的發生概率，還能與框架梁、擋土墻等支護結構聯合使用，形成綜合防護體系，進一步提高邊坡的防護能力[3]。

為深入研究預應力錨索技術在高邊坡滑坡防治中的應用，文中結合實際工程展開相關分析，依據該技術的原理設定邊坡防治方案，提高邊坡的穩定性，保障工程的安全和效益。

1 預應力錨索技術在高邊坡滑坡防治中的應用

1.1 工程概況

文章以福建地區的某高速公路工程為例，研究預應力錨索技術的應用效果，該工程全線長度為10.35 km，設計最大開挖高度接近80 m，平臺寬度為2 m，坡比為1∶0.75～1∶1之間。

對工程施工范圍內的地質情況進行勘察后確定，其主要土層分布以粉質黏土和風化泥巖為主，在土層勘測過程中發現，整個線路中邊坡巖體呈現破碎狀，局部坍塌并且呈現斜向裂縫。基于此，為保證工程高邊坡的施工效果，采用預應力錨索進行邊坡加固處理，錨索直徑為15.24 mm，強度為1 860 MPa，按照工程的設計情況，將錨索劃分為2種規格，分別為6束和4束，兩者的設計荷載分別為720 kN和450 kN，錨索長度在20～35 m之間；除錨索加固后，在表層進行植草灌漿處理，實現更好的表層防護。

1.2 預應力錨索施工

1.2.1 確定錨索荷載

用預應力錨索技術加固高邊坡，能有效利用錨索將易損邊坡錨定于穩固巖層之中，增強對坡體變形的限制能力，確保整體結構的穩定性。施工預應力錨索時，關鍵在于讓錨索穿透高邊坡的脆弱巖層，直至連接至深層的堅硬巖層，隨后執行預應力張拉操作，緊接著進行注漿固定。此過程中，注漿不僅穩固錨索，還能讓漿液滲透進周圍巖土的微小裂縫中，通過增加摩擦力與提升軟弱巖層的黏聚力，促使整個邊坡與錨固的巖層形成一個協調受力的整體，從而大幅度提升高邊坡的綜合穩定性[4]。

在實際應用時，確定錨索荷載大小尤為重要，對預應力錨索應用性能進行檢測，確保其滿足工程的設計和應用需求。在錨索準備過程中，驗證錨索的抗拉強度至關重要，要求依據測試結果精細調整錨索的各項參數，確保其全面滿足公路建設的嚴格要求[5]。為充分發揮這一環節的作用，必須明確初始荷載與特征荷載的具體數值；實施測試的方法為：假定巖土體具備剛體特性，在錨固力尚未達到峰值前，內錨段的各個接觸界面保持穩定不動，且自由段不存在任何黏結應力。在此條件下，荷載與位移的變化關系如圖1所示。

在該狀態下，施加反作用力的計算公式為：

（1）

式中：——施加的反作用力（N）；——自由段對應的工作應力（Pa）；——錨索橫截面積（m2）。

通過循環荷載施加，結合上述公式對荷載進行計算分析，確定錨索的荷載能力滿足設計標準。

1.2.2 錨索伸長量計算

預應力錨索在實際應用時，其伸長量易受到多種因素的影響，例如灌漿質量、土層結構等，受到影響后，理論伸長量與實際值之間則會發生明顯差異。為保證錨索的作用力，需控制該偏差控制在既定的范圍內。文中研究的預應力錨索技術，其主要通過施加預應力來強化結構的穩定性[6]，確保巖土體的完整性，從而使整體結構質量達到設計要求；一旦伸長量的偏差超出允許范圍，將不可避免地影響預應力效果，進而威脅到結構的整體穩定性[7]。

全面考慮預應力錨索伸長量的影響因素，對不同孔道類型的錨索伸長量進行計算，包含彎曲孔道和直線孔道，兩種孔道下的預應力錨索伸長量計算詳情如下所述：

（1）彎曲孔道的預應力錨索伸長量計算

彎曲孔道的預應力錨索伸長量計算公式為：

（2）

式中：——孔道的伸長量（m）；——平均張拉力（N）；——錨索的彈性模量（Pa）；——錨索的橫截面積（m2）；——張拉端孔道和截面之間的實際長度（m）。

在該孔道下，預應力錨索施工時，孔壁和鋼絞線之間會發生摩擦，此時會形成應力損失，該損失的計算公式為：

（3）

式中：——應力損失（Pa）；、——摩擦系數，后者與孔壁和鋼絞線相對應；——張拉端孔道和截面之間的實際長度（m）；——截面和張拉端之間孔道切線對應夾角的總和（rad）；——期望張拉控制應力（Pa）。

（2）直線孔道的預應力錨索伸長量計算

為減小張拉作業的復雜性，采取從最長自由長度單元至最短自由長度單元的順序進行張拉策略。完成初步張拉后，隨即轉入對所有單元的同時張拉階段，通過精細調控張拉的時間安排，旨在平衡各錨索所產生的形變，確保鋼絞線各部分承受的力量維持相近水平。

錨桿承受的荷載值計算公式為：

（4）

式中：——錨桿承受的荷載值（kN）；——荷載最大值（kN）；——錨索數量（個）。

在該孔道下，如果錨索的實際變形量用表示，其計算公式為：

（5）

式中：——錨索的實際變形量（mm）；——錨索實際長度（mm）；——鋼絞線彈性模量（GPa）；——鋼絞線的橫截面積（mm2）。

預計施加的荷載計算公式為：

（6）

式中：——預計施加的荷載（kN）。

依據上述步驟和公式計算錨索伸長量，使施工人員可以了解錨索在施加預應力后的長度變化，從而更準確地控制張拉過程，確保錨索的施工質量和穩定性。這有助于避免在施工過程中出現因伸長量不當而導致的錨索松弛、斷裂等問題，為后續預應力施工提供可靠依據。

1.3 預應力錨索關鍵施工工藝

依據上述小節完成伸長量計算后，則進行預應力錨索施工，關鍵施工步驟如下：

（1）錨索安裝

在錨索安裝過程中，首先穿插硬質塑料管以徹底清除孔內殘留的巖屑雜質；其次精確控制錨索入孔后的外露長度，確保其符合設計要求；最后鑒于吹孔作業可能引發碎石掉落等情況，否則應避免吹孔與錨索放置同時進行，特殊情況則酌情處理。為減少此類問題，先完成鉆孔作業，隨后安裝錨索，最后執行吹孔操作。除此之外，需特別留意地下水對錨索放置效果的影響。為此，操作人員應確保鉆桿在作業過程中保持勻速旋轉，直至孔內水質清澈，方可停止旋轉，以確保錨索安裝的順利進行。

（2）灌漿

文中研究工程使用噴漿機進行灌漿施工，灌漿時注漿管的外徑為12 mm，灌漿時，水泥砂漿因其良好的流動性而常被采用，但其內部常含有較多雜質；進入灌漿階段時，必須密切監控注漿管的狀態，預防堵塞引起的砂漿離析現象。為此使用純水泥漿進行灌注，能夠保證更佳的灌漿效果。

在灌漿準備工作階段，需確保注漿管被穩固地安置在中軸位置，與錨桿之間保持60～90 mm的間距。灌漿操作應遵循由下至上的順序進行，錨索一旦入孔，應立即著手進行灌漿作業。而對于張拉段，則應在錨索完成張拉鎖定并經過驗收合格后，再進行灌漿，同時要保證兩次灌漿之間的時間間隔不超過7 d。

在施工過程中，有兩個關鍵點需特別注意：一是控制相鄰灌漿作業的間隔時間，理想狀態為大約1 d；二是根據注漿時的壓力變化，及時調整注漿量，確保在合理的澆筑時間內，有效實現錨固段的密封與加固。

錨固段的灌漿作業需一次性連續完成，其間施加的壓力應限制在0.7 MPa以內。當觀察到回漿的比重達到或超過進漿的比重時，應繼續以0.2 MPa的恒定壓力進行保壓，此過程需持續30 min方可結束。隨后，在管套外部固定注漿管進行二次注漿，注漿完成后，務必妥善綁扎管口，防止內部漿液凝固導致堵塞。至于張拉段的灌漿，初始注漿壓力應設定在0.2～0.7 MPa的范圍內，并將回漿管適當提升，確保其高度超過孔口至少1 m。在確保進漿量與回漿量保持一致后，調整注漿壓力至0.4 MPa，使漿液順暢流出，此過程大約持續25 min。

（3）張拉驗收

采用多循環張拉驗收方式，對錨索總數的5%（每批次至少3根）進行檢測；同時，對剩余的95%錨索實施單循環張拉驗收。只有當所有工程錨索均通過抽樣驗收并滿足規定標準后，方可推進至下一道工序，即進行張拉鎖定作業，并立即采取封錨措施。

在驗收測試階段，需確保錨固段處于無結構應力的狀態，并對其自由段進行全長范圍內的評估。在施加最終一級荷載時，需保持錨頭位置穩定，若在10 min內觀測到的位移不超過1 mm，或者2 h內的總位移量不超過2 mm，則可認為錨固性能滿足要求。

2 結果分析

為分析預應力錨索技術施工后對于高邊坡滑坡的防治效果，對高邊坡的穩定性進行監測，將位移傳感器部署在下邊坡支護坡頂的各個監測點，依據獲取各個監測點在不同時期下的位移變化結果，如表1所示。

分析表1的測試結果可知：對施工后高邊坡坡頂X、Y兩個方向的位移進行監測后，各個監測點的位移結果均小于允許的20 mm，其中X方向的最大位移為10.2 mm，Y方向的最大位移為15.5 mm。因此，預應力錨索技術能夠提成高邊坡的穩定性。

為進一步分析文中研究的預應力錨索技術施工后的高邊坡的滑坡治理效果，文中選擇高邊坡滑坡穩定系數作為評價指標，其能夠衡量抗滑坡穩定性，其計算公式為：

（7）

式中：——滑坡穩定系數；——滑動面土層摩擦系數；——第層土層的滑動法向力（N）、和——錨索加固產生的法向分力和切向分力（N）、——第層土層的滑動面黏聚力（Pa）；——第層土層滑動面的長度（m）；——第層土層滑動面的切向力（N）；表示土層數量。

依據上述公式計算預應力錨索技術施工后，在不同時期下的高邊坡防滑施工效果，將測試結果與標準結果與施工前的結果進行對比，如表2所示。

分析表2的測試結果可知：高邊坡在沒有進行防治時，高邊坡滑坡穩定系數結果在0.994～1.14之間，低于標準的1.4，通過預應力錨索技術進行高邊坡防治后，高邊坡滑坡穩定系數結果在1.4以上。因此，預應力錨索技術能夠較好地實現高邊坡防治，提升邊坡的抗滑效果，保證其穩定性。

3 結論

該文以實際工程為依托，研究預應力錨索技術在高邊坡滑坡防治中的應用效果，通過預應力錨索的原理設計防治方案，施加預應力能夠改變巖土體的受力狀態，增強其整體穩定性；并且預應力錨索通過深入巖土體內部的錨固體，將受拉桿件（如鋼絞線）與巖土體緊密結合，形成強大的抗滑力，從而有效防止滑坡事故的發生，確保邊坡的安全穩定，也通過測試分析驗證該技術滿足高邊坡防治需求。

參考文獻

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