预应力锚索框架在边坡防护中的应用

预应力锚索框架梁在边坡防护中的应用

许向阳

（中铁大桥局集团第八工程有限公司江西九江332001）摘要：随着我国高速公路的迅猛发展，高速公路建设已向山区延伸，由于高填深挖大量出现，高边坡的数量在急剧增加，坡体的变形、失稳以及破坏频发，对高速公路的施工和运营安全产生了较大的威胁。本文通过永宁高速边坡防护工程的具体施工过程，简要叙述锚索框架结构的设计原理、施工过程。

关键词：锚索框架边坡防护设计应用

1、工程概况

福建省境内永安至宁化（闽赣界）高速公路A13合同段，起讫桩号为：K114+300～K121+768.27，路线长7.47KM。本项目路线位于戴云山以西，穿越的地貌单元较复杂。地貌上属闽西低山-重丘-丘陵地貌，地形起伏大，山体较多陡峻。其中中低山地貌，海拔标高一般在500~1300米，相对高差150~420米，山间河谷深切，V型谷发育，丘陵地貌区一般丘顶浑圆，相对高差50~250米，河谷低平。沿线分布的地层按其成因类型及时代、划分为第四系堆积物和前第四系基岩。第四系堆积物主要有第四系全新统冲洪积层、坡积层、残积层。前第四系地层出露较齐全，从寒武系至白堊系地层几乎均有分布。而沉积岩、变质岩系以硬质~软质岩为主，层理较发育，且常为互层或夹层，软硬相间，褶皱、裂隙发育处岩石相对较破碎。

标段内，有许多高填深挖路段，施工过程中破坏了当地原有的生态环境，坡体的变形、失稳以及破坏频发，对沿线高速公路的施工和运营安全产生了较大的威胁。为了施工期间及竣工后永宁高速运营的安全，决定采用“预应力锚索框架”方案对标段内对易发生滑坡路段进行边坡防护。

2、预应力锚索框架的设计

2.1、设计原理

锚索框架是利用现浇钢筋混凝土框架进行边坡的坡面防护，并通过锚索锚固坡体的一种边坡防护技术。其与公路环境美化相结合，利用框架梁护坡，在钢筋混凝土框架之内充填预制空心六棱块植草绿化坡面，达到环保美观的效果。锚索框架梁主要是通过框架梁节点处的锚索将边坡坡体的剩余下滑力或土、岩石压力传递给稳定地层，使边坡在锚索提供的锚固力作用下达到稳定状态。其作用主要

表现在：

（1）、注浆锚索改变岩土体的性质：设置了注浆锚索的岩土体，一方面，注浆体将钻孔部分的岩土体置换出来，从而提高了坡体的强度，另一方面，钻孔中注浆时一般采用不小于0.3Mpa的压力注浆，浆液沿着岩土体裂缝扩渗，在周围形成胶结网，大大提高了其C、φ值，使岩土体的强度和刚度提高，保证坡体的整体稳定性进一步提高。

（2）、注浆锚索与岩土体的相互作用：锚索作为一种传力杆件，是依靠锚固段杆体与稳定地层间的锚固力来提供足够的抗滑力，同时锚固体与岩土体之间的粘结能大大提高潜在滑移面上的抗剪强度，有效的阻止坡体变形位移。

2.2、结构：

锚索作为一种传力的结构体系，其主要由锚头、自由段、锚固段、及锚索配件组成。（具体见图1）

图1 锚索框架梁结构图

3、预应力锚索框架梁施工应用

3.1、锚索施工

3.1.1、施工步骤简述

施工放样→边坡清理及孔位布置→搭设平台、钻孔→清孔→安装预应力钢绞线及锚固端注浆→框架砼施工（钢筋加工和模板安装）→按程序分级张拉预应力钢绞线锚固→二次注浆→封锚、砼强度检测。

3.1.2、钻孔和清孔

按设计要求将锚孔位置放线在坡面上，将自行式钻机的钻杆对准开钻位置，钻机就位后自上而下进行钻孔作业，钻孔使用液压潜孔钻机施钻，采用无水钻进的干法作业。钻进过程中确保边坡地质条件不被恶化，保证孔壁稳定性，钻孔过程见图2。

钻孔结束后，采用高压风枪进行清孔，孔壁不得有粘土或粉砂。清孔完成后，应将孔口暂时封堵，避免碎屑杂物进入孔内。

图2 钻孔过程图 图3 编索和锚索安放图

3.1.3、编索下锚

锚索编制前，要确保每根钢绞线顺直、不扭不叉、排列均匀。除锈、除油污，对有死弯、机械损伤及锈坑处应剔除。

⑴ 下料长度

下料前应对钻孔实际长度逐孔进行测量，并考虑锚墩高度、千斤顶长度、工具锚工作锚的厚度以及张拉操作余量，下料长度按下式确定：L=L S +L M +d 其中：

L —预应力钢铰线下料长度（m ）

L s —实际孔深（m ）

L m —锚墩及锚具厚度（m ）

L q —千斤顶长度（m ）

d —预留长度（m ）

⑵ 编束

按孔号截取锚索体材料，钢绞线必须采用机械切割，严禁电弧切割，同时也不得采用焊接。材料截取后，在编索平台上进行拉直编索。在锚固段安置隔离架和紧箍环、安装锚索末端导向帽、自由段防腐处理，在自由段钢绞索上涂锈漆及脱水黄油，外套PVC 防腐管在末端安置止水环，并用胶布缠绕。注浆管沿隔离架中心穿入，管端距锚索末端导向帽不超过20cm 用铁丝浆注浆管与隔离架绑扎固定，编束好之后平铺在场地内，如图3所示。

⑶ 放置锚索

锚索编制完成后，经检查锚固段长度及各部件是否正确，准确无误后按对应孔号下入锚索孔内。下锚时用力要均匀一致，防止在推送过程中损伤锚索配件和保护层。

⑷锚固注浆

下锚后及时进行注浆，浆体为1:1水泥砂浆，水灰比为0.40，强度不低于40MPa。浆液采用砂浆拌合机拌制，由注浆机注入浆管进入孔底，空气从底孔中排出，当浆液指示器显示已注满时，缓慢抽出注浆管，用水冲洗干净以备再用。锚索框架梁浇筑施工

3.1.4、张拉

待砼强度达到设计规定后，即可对锚索进行预应力张拉。张拉采用双控工艺，即锚下张拉力和锚索延量，以张拉力控制为主，延伸量作为校核。。具体张拉方式如下：

0.2P→0→0.25P→0.5P→0.75P→1.0P→1.10P

3.1.5、自由段注浆封锚

锚索张拉完成后，即可进行自由段注浆，注浆管从锚垫板的注浆孔插入，采用压力注浆，压力一般不超过0.5Mpa，浆液与锚固段相同，注浆时，注浆管应边注边拔，并保持注浆管始终有一段埋于浆液中，保证浆饱满。

3.1.6、封锚处理

在注浆完成七天后，如无异常情况，可进行封锚处理。多余外露的锚索用手提砂轮机切除，严禁电弧烧割，并留5～10cm外露锚索，以防拽滑。然后用砼将锚头封闭，以防风化浸蚀，具体见图4。

图4 封锚处理图5 锚索框架梁施工完成图

预应力锚索框架梁施工完成后，应按表1对锚索进行检查：

锚索的检查项目表1

3.2、框架梁施工

在框架梁主要是以现浇钢筋混凝土为主，其主要型式有方型、菱形、人字型及弧型四种型式。框架梁每6.0m一片，每片之间留2cm伸缩缝，缝间用浸沥青木板填充。每片框架梁有三根竖肋，横梁数量根据每一级边坡高度做具体调整。其采用现浇钢筋混凝土，浇注应一次性完成，其钢筋配置按简支梁的理论设计，参考《混凝土结构设计规范》进行。框架梁平放在坡面上，底部夯实平整，保证框架梁布置的随坡就势，在此不详述。

4、小结

通过上述，我们对锚杆框架梁在高速公路边坡防护中的应用有了进一步的了解和认识。在该工程中锚杆框架梁取得了良好的防护效果，其美观性也得到认可。具体表现在

（1）、稳定性和整体性

锚杆框架梁作为一种主动防护，通过全粘结型的锚杆与岩土体的稳定地层锚固在一起，有效的对坡体变形和破坏起到防护作用。同时可通过填充预制空心六棱块绿化坡面，达到协调周围环境，美观环保的效果。

（2）、造价不高，施工方便

锚杆框架梁一般在实际工程应用中，工程造价为500～850元/㎡，相比于其它防护工程属于中下水平，但性价比明显高于其它传统防护工程。