预应力锚索在高边坡支护中的应用

摘要：改革开放以来，我国的经济迅速发展，随着我国经济建设的发展，我国对城市基础设施的投入不断加大，岩土锚固在城市基础建设的应用越来越多；在岩土巩固中，随着锚固材料和施工技术的不断完善和技术的创新，预应力锚索[1]在城市基础建设的应用越来越重要。预应力锚索在高边坡支护中的应用也越来越重要，越来越被广泛的应用。本文将介绍预应力锚索在高边坡支护中的应用。

关键词：预应力锚索；高边坡；支护；应用

中图分类号：TU394 文献标识码：A

引言

这些年来，由于高速公路的快速发展，在高边坡支护中预应力锚索加固技术有着很重要的作用，由于预应力锚索加固技术显著的经济效益和社会效益，尤其是采用预应力混凝土框架与高强锚索，可以很大程度的减少结构物的自重量，这样既可以节省材料又可以保证工厂建设的安全和稳定。在整个高边坡支护[2]工程建设中，根据实际的施工情况对其采取一些合理的预应力锚索控制措施，则可以很好的减少预应力在高边坡支护施工过程中存在的病害。

一、相关工程概况

城市基础建设中，高速公路较为普遍，在建设中高边坡支护显得尤为重要，在建设中必不可少的会用到高边坡支护问题，认真考虑采用哪种高边坡支护形式，才具安全可靠、工期短、经济合理等优点是我们建设中要考虑的问题。在工程建设中我们要考虑许多方面的问题，其中包括（1）人工地质。在人工地质方面，有人工填土层，每一层地质情况，分布都有所不同，有的场地均匀分布，有些分布得不规则。在地质中是否有冲积层淤泥质土，除此之外还要注意中风化泥岩、强风化岩；粉砂岩以及少量微风化泥岩、粉砂岩情况所带来的施工质量问题。（2）水文地质条件。水文条件于预应力锚索在高边坡支护中的应用也是需要考虑的因素。

二、预应力锚索的作用机理

预应力锚索的作用机理是将岩土层对锚索锚固段的摩阻力，通过自由段传递到边坡结构物（地梁），以维持其受力平衡；其组成分为三部分：内锚头、外锚头和锚索体。内锚头又称内锚固段，置于稳定岩体中，受力后通过水泥砂浆与岩体联接而提供锚固力，锚索体一般由钢绞线组成，而外锚头主要由锚具与夹具组成，通过外锚头以实现对岩体施加预应力。一方面，由于预应力的作用，使岩体结构面呈压紧状态，从而提高岩体本身的整体性；另一方面，锚索的加固预应力直接改变了滑动面的抗滑力，使边坡得以加固、稳定。

三、预应力锚索在高边坡支护中的施工特点

高边坡预应力锚索框架支护加固效果明显，在施工中施工工期短，施工技术难度系数小，使用和通用的机械设备比较好，能较好的节约工程成本，在建设中受季节性影响比较小，在施工中可操作性比较大，施工过程中劳动系数低。这些特点都有助于预应力锚索在高边坡支护中的应用。

四、锚索的简单设计技术

1、确定锚索的数量

锚索的数量我们可以用公式E=KF-R（1）、Q=KBE（2）和n=Q/P（3）等其它有效辅助公式来准确计算，通常有公式（1）E=KF-R可以准确的计算出岩体剩余的下滑力，其中K表示相关的安全系数、F表示整个高边坡的下滑力、R则表示为高边坡的抗滑力。另外由公式（2）Q=KBE则可以精确算出锚索总锚固力，在此公式中K、B、E则分别表示相关的安全系数、边坡宽度以及高边坡的剩余下滑力。除此之外还可以根据公式（3）n=Q/P准确计算出锚索的的实际根数，在此过程中还可以通过P抗=P sinαtanφ+P cosα公式来有效计算出单根锚索抗滑力，其中P为高边坡锚索设计锚固力。我们可以根据公式对锚索的数量进行确定。选择合适的数量是首要步奏。

2、锚索长度的确定

对锚索长度[3]的确定方法有很多，主要包括直接测量法和间接测量法，两种方法可以配合使用。目前对于锚索而言，锚固段长度的确定是没有具体的数值，它是根据具体的施工要求来有效确定的。随着锚固段长度的不断增加，而整个锚索承载力也会发生相应的变化，但这种变化只能通过专门的检测仪器才可以发现。另外值得注意是必须要保证强度对浆体抗压的要求，通常在强度不够的情况下需要增加锚索孔数、减小锚索间距以及分散浆体抗压强度等措施来减少强度不够问题。

（二）预应力锚索在高边坡支护中的布置

现阶段预应力锚索在高边坡支护应用过程中需要有效防止锚索加固第二效应的发生，这也是预应力锚索施工已出现的问题。因此需要施工人员对工程岩石的特征和施工地质条件进行系统的分析和研究，只有很好的把握住这些施工的条件和特点，才可以科学地进行间距的选择、层距的预应力锚索种类，如此也可以大大避免锚索加固第二效应的危害。

五、预应力锚索的施工方法

1、孔位定位放样

在进行钻孔施工前需要根据立面图和各工点工程平面图，并按照科学的设计要求，由专业的桩位测量人员采用全钻仪，利用孔位定位放样功能来准确测出桩位中心，以便能够将锚孔位置精确测放在高边坡施工坡面上，但是值得注意的是在此过程中必须要保证孔位误差在±50mm范围之内，以保证施工的质量。

2、搭设脚手架平台与钻机就位

为方便钻机作业，需在边坡上搭设脚手架平台。目前高边坡钻孔工程大多数是在高空条件下来进行的，故而对施工平台的牢固性与安全性有着极大的要求。主要包括在施工平台上做好防滑防冻准备，另外还需要对施工平台所铺的建筑模板、模板以及脚手架进行铁丝绑扎等其他牢固处理，以减少安全事故的发生。

钻机就位。根据坡面测放孔位，准确安装固定钻机，并严格认真进行机位调整，确保锚孔开钻就位纵横误差不得超过±50mm，高程误差不得超过±100mm，钻孔倾角和方向符合设计要求，倾角允许误差为±1.0°，方位允许误差为±2.0°。

3、钻孔

（1）钻孔设备的选择

钻孔设备是钻孔的基本施工工具，对于钻孔机具的选择，必须要根据具体的锚固地层的类别、锚孔深度、锚孔孔径、以及施工的具体场地条件等因素来合理选择对应的钻孔设备。岩层中采用潜孔冲击成孔；在岩层破碎或松软饱水等易于塌缩孔和卡钻埋钻的地层中采用跟管钻进技术。

（2）钻进方式

钻进方式是决定钻孔质量和效率的关键。钻孔要求干钻，禁止采用水钻，以确保锚索施工不致于恶化边坡岩体的工程地质条件和保证孔壁的粘结性能。钻孔速度根据使用钻机性能和锚固地层严格控制，防止钻孔扭曲和变径，造成下锚困难或其它意外事故。

（3）钻进过程

钻进过程中对每个孔的地层变化，钻进状态（钻压、钻速）、地下水及一些特殊情况作好现场施工记录。如遇塌孔缩孔等不良钻进现象时，须立即停钻，及时进行固壁灌浆处理（灌浆压力0.1～0.2MPa），待水泥砂浆初凝后，重新扫孔钻进。

（4）孔深孔径

对孔径和孔深的把握情况。在进行钻孔孔径确定时，必须要让实际使用钻头的直径不能小于孔径的设计尺寸，以提高孔径的精确程度。在确定钻孔深度时，也需要保证实际钻孔的深度要大于设计深度的0.2m以上，这样才能保证钻孔的有效性。

（5）锚孔清理

钻进达到设计深度后，不能立即停钻，要求稳钻1～2分钟，防止孔底尖灭、达不到设计孔径。钻孔孔壁不得有沉碴及水体粘滞，必须清理干净，在钻孔完成后，使用高压空气（风压0.2～0.4MPa）将孔内岩粉及水体全部清除出孔外，以免降低水泥砂浆与孔壁岩土体的粘结强度。除相对坚硬完整之岩体锚固外，不得采用高压水冲洗。若遇锚孔中有承压水流出，待水压、水量变小后方可下安锚筋与注浆，必要时在周围适当部位设置排水孔处理。如果设计要求处理锚孔内部积聚水体，一般采用灌浆封堵二次钻进等方法处理。

（6）进行锚孔检验

锚孔钻造结束后，须经现场监理检验合格后，方可进行下道工序。孔径、孔深检查一般采用设计孔径、钻头和标准钻杆在现场监理旁站的条件下验孔，要求验孔过程中钻头平顺推进，不产生冲击或抖动，钻具验送长度满足设计锚孔深度，退钻要求顺畅，用高压风吹验不存明显飞溅尘碴及水体现象。同时要求复查锚孔孔位、倾角和方位，全部锚孔施工分项工作合格后，即可认为锚孔钻造检验合格。

4、锚索制作

在进行锚索制作的过程中必须要按照科学的工艺流程：首先编制通知单，确定下料、清洗等事项，接着再进行安装承载体和挤压P锚等设备，再接着进行安装支撑环和安装注浆管处理，最后进行验收和库存操作。另外在完成好锚索制好后必须要把承压板和P锚外部进行防腐油漆处理。待检查合格后还需把锚索标识好并分区存放，除此之外还需要做好防雨、防晒处理工作，以提高它的使用性能。

5、锚索安装

安装锚索体前再次认真核对锚孔编号，确认无误后再用高压风吹孔，人工缓缓将锚索体放入孔内，用钢尺量出孔外露出的钢绞线长度，计算孔内锚索长度（误差控制在50mm范围内），确保锚固长度。

6、锚固注浆

注浆采用水泥砂浆，经试验比选后确定施工配合比。实际注浆量一般要大于理论的注浆量，或以锚具排气孔不再排气且孔口浆液溢出浓浆作为注浆结束的标准。如一次注不满或注浆后产生沉降，要补充注浆，直至注满为止。注浆结束后，将注浆管、注浆枪和注浆套管清洗干净，同时做好注浆记录。

7、框架梁制作

框架梁一般采用C25混凝土整体浇注。基础先铺垫2cm砂浆调平层，再进行钢筋制作安装，钢筋接头需错开，同一截面钢筋接头数不得超过钢筋总根数的1/2，且有焊接接头的截面之间的距离不得小于1m。如锚索与框架梁箍筋相干扰，可局部调整箍筋的间距。砼浇注，尤其在锚孔周围，钢筋较密集，一定要仔细振捣，保证质量。

8、锚索张拉及锁定、封锚

锚索的张拉程度是决定施工质量的关键要素之一，在进行张拉前需要提前做好准备工作，在进行框架梁砼强度和孔注浆体强度检验合格之后方可进行张拉，否则就会造成张拉失效，带来一系列的施工问题，严重影响施工进度。但是只要提前做好配套标定、计算出千斤顶受力以及油压的线性方程，也会大大提高张拉的有效性，同时也便于张拉油压与张拉力的管理控制。

通过现场张拉试验，确定张拉锁定工艺。锚索的张拉及锁定分级进行，严格按照操作规程执行。在设计张拉完成6～10d后再进行一次补偿张拉，然后加以锁定。补偿张拉后，从锚具量起，留出长5～10cm钢绞线，其余部分截去，须用机械切割，严禁电弧烧割。最后用水泥净浆注满锚垫板及锚头各部分空隙，然后对锚头采用不低于20MPa的混凝土进行封锚，防止锈蚀和兼顾美观。

六、施工中应注意事项

1、边坡锚索工程施工须开挖一级、加固一级，避免边坡长时间，使边坡在施工过程中保持稳定，在降雨前后和下一级坡面开挖中，应对已建好锚索进行位移监测，以判别锚索工作及后续施工提供依据。

2、钻孔过程中，若发生卡钻、堵孔或塌孔现象，应立即停止检查，在孔中局部注浆后在同一位置二次造孔。

3、每一孔必须按设计要求与坡面成150的俯角，以确保每根锚索空间平行。

4、每一锚索必须对空间位置准确放样，同一排锚索横梁位置必须在同一横梁中部，纵向位置必须在同一纵梁中部。

5、地梁施工必须平顺，且与坡面保持一致。对于局部出现坍塌地段，地梁的设置不得随坡面起伏，地梁正常位置与坍空部位必须以片石混凝土或地梁的同级混凝土回填，不得用片石回填。

6、为保证锚索张拉时锚具与钢铰线正交，每一地梁必须按设计要求设置调坡楔块。

7、锚具下设的锚垫板，施工时必须固定、以确保混凝土浇注时移位，同时为防止钢铰线张拉时扭曲，钢铰线束必须在锚垫板的中央。

8、施工记录必须详细、真实反映施工现场情况，及时总结、积累经验。

9、锚索锁定48h后，若发现有明显的预应力损失时，应进行补偿张拉。

结束语

以上总结，对于预应力锚索在高边坡支护中的加固，可以通过预应力锚索的施工进行实施，它对地质和地形条件的适应力非常的好且有效，能很好的满足工程的施工条件。这样就会较好的确保整个高边坡支护施工的质量和安全。另外通过不断地从国外引进一些先进的预应力锚索技术，以便能够更好的完善国内的预应力锚索技术研究和应用体系，使其能够为高边坡支护工程建设作出更大的贡献。

参考文献

[1]李峰；崔启民；刘馨；张熊；基于岩质高边坡支护的预应力锚索应用分析[J]；建筑学研究前沿，2012

[2]吴君；李正余；预应力锚索在不稳定高边坡支护中的运用[J]；科技与企业，2013

[3]徐遵玉；锚索长度对回采巷道支护效果的影响研究[D]；安徽理工大学，2011