浅谈预应力锚索在高边坡中的应用

摘要：预应力锚索地梁与岩土体的相互作用机理及施加预应力产生的附加应力,以镜铁山矿黑沟矿区3470-3400m水平边坡加固工程的锚索地梁加固及主动网防护为工程实例,在对预应力锚索地梁结构力学作用机理分析的基础上,对施工技术及防护措施以总结。

关键词：预应力锚索;地梁;附加应力;主动网防护

中图分类号：U675文献标识码： A 文章编号：

1 项目概况

镜铁山矿黑沟矿区3470-3400m水平边坡治理工程位于黑河矿区北沟南侧，边坡上部为黑沟矿区3470m提升机房，下部为3400m平台，3470m道路内侧为高约7m的浆砌块石挡土墙，局部产生沉陷变形破坏。不稳定边坡总长为260m。主要的治理措施为：

在3470-3400m边坡上段安装24条预应力锚索地梁，每条锚索地梁布置11条预应力锚索，随机锚杆加固30根。边坡下段安装GAR2型主动防护网9058.5m2,RX-050被动防护网400 m2。对边坡3470m水平道路约132m进场道路路面上铺渗透性较好的砂砾层，采用0.3m水泥土，0.4m砂砾层进行换填，道路内侧设C20混凝土排水沟，总长160m，。对3470m道路段约50m变形沉陷的挡土墙进行加固，拆除重建段25m。

2 施工难点

镜铁山矿3470-3400m水平边坡施工难点及施工场地条件，必须先做防护。因3400水平台出矿作业，在不影响生产并同时进行边坡加固施工，做以下防护措施：

在3400m水平作业面打设脚手架防护，铺设挡石板。

对3470-3400m边坡进行主动网防护，这样在锚索钻孔及地梁施工中有效防治了滚石及延缓护坡的位移量。

3 施工工序及工艺

3.1 坡面清理

清理施工采用自上而下，分区跳段落的方式进行，任何部位严禁采用自下而上的开挖方式施工。强风化层挖除采用人工或小型机械进行清理，坡面破碎松动岩体采用人工或机械撬挖，严禁采用爆破方法开挖。

3.2 施工技术要求

锚索材料为拉力型锚索，锚筋由5φ15.2标准强度为1860Mpa的高强度低松弛无粘结预应力钢绞线制作，钢绞线顺直、无损伤，无死弯。在锚索自由段套波纹管，管径为DN80mm，管内充满黄油。

锚具用OVM15-5型成套产品，锚头为外置形式。

锚索孔终孔孔径为130mm，注浆材料用1：1水泥砂浆，水灰比0.4-0.45，砂浆强度不低于30Mpa。钻孔终孔深度超过锚索的设计深度0.5m，作沉渣段。

在锚索之间加设一根直径为Φ28，长4.5m的锚杆，锚杆与地梁钢筋连接。

3.3 施工工艺流程

搭设施工支架测放孔位锚孔钻造锚筋制作锚孔注浆锚索地梁施工锚筋张拉锁定验收封锚等。

3.3.1 搭设施工支架

由于锚索位于路堑边坡上，因此必须搭设支架才能进行施工，支架采用普通脚手架钢管搭设，以搭设的支架牢固、稳定、满足施工需要为原则。支架搭设好后，在施工的位置铺上5cm的木板作为操作平台。

3.3.2 测放孔位

按设计桩号采用坡面拉线尺量结合水准测量放线，并用铁钎和油漆标记准确定位锚孔位置。严禁地梁结构悬空。

3.3.3 锚孔钻造

本工程锚索的设计孔径为130mm，锚孔下倾与水平角为200.采用100B（D）钻机施工，严格按照设计孔位、倾角和方位准确就位，采用测角量具控制角度，钻机导轨倾角和误差不超过±10，方位误差不超过±20，锚索钻孔采用干钻法施工，严禁开水冲钻及冲洗孔壁，以确保锚索施工不至于恶化边坡岩体工程地质条件和保证孔壁的粘结性能。同时应严格控制钻进速度，防止钻孔倾斜、扭曲或变径。对于钻压、钻速、底层和地下水等情况应作出记录。钻孔孔经、孔深不得小于设计值，并超钻50cm，钻进达到设计孔深后，不得立即停钻，要稳钻3-5分钟，防止孔底尘灭。锚孔钻进结束后，使用高压空气将空中岩（土）粉及水全部清除出孔外。

推进式150钻机打锚索孔

由于地层复杂，岩层松散破碎，施钻过程中上侧孔壁破碎岩块在重力作用下受震动和钻具碰撞，易造成坍塌，若不采取措施，就会造成卡钻事故，影响工程进度。锚索钻孔完成后，如没有套管保护，在安装钢绞线的过程中可能会坍塌掉块，造成钢绞线下不到位的质量事故，甚至使钻孔报废。因此，根据施工具体情况，必要时采取套管跟进技术，确保钻孔顺利进行。

高风压冲击和旋转相结合

滑坡上钻锚索孔，不能开水钻进，以防循环水进入坡体，进一步加大滑坡险情并影响锚固效果，所以采用干钻方式，以冲击为主，较软地层用牙轮钻头旋转钻进，高压风出渣。因为锚索孔孔径大，上述钻机钻进效率高，单位时间内孔内锤击和切削出的岩渣多，只有将孔底岩渣及时排出，才能保证钻进速度，避免岩渣滞留孔内，致使扭矩增大，甚至包钻，造成事故，影响施工进度。

预应力锚索型式为粘结式，使用有粘结钢绞线，采用二次注浆（先注锚固段，张拉结束后注张拉段），相应的施工工艺流程见图一。

图一 粘结式预应力锚索施工工艺流程(跟套管钻进)

跟管钻进覆盖层至基岩后，即可将跟管钻头、冲击器、钻杆提升出孔外。然后换用常规钎头钻进至设计深度（图二）。

在钻进过程中，认真做好钻孔记录，为分析判断孔内地质条件提供依据。

3.3.4清孔

钻孔完毕，用压缩风冲洗钻孔，直至孔口返出之风，手感无尘屑，延续5~10分钟，孔内沉渣不大于20cm。钻孔达到设计深度后，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，使用高压空气将孔内岩粉及水体全部清除出孔外，以免降低水泥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。

说明：

1——跟管钻进

2——跟管钻头、冲击器提升

3——常规钎头钻进

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图二跟管钻进示意图

4 结论

预应力锚索在酒钢镜铁山矿首次应用但预应力锚索加固技术已广泛应用于公路建设高边坡及各类工程建设边坡以及地质灾害防治工程滑坡等支护工程领域中，其技术含量较高、施工难度较大，但施工工艺较为成熟。然而，在施工过程中必须严格按照设计要求及相关施工规范、操作技术规程及质量验收标准进行施工及工序质量控制，并做好施工安全的防范措施，强化工序检验，才能保质、保量、安全地完成。

5 参考文献

［1］陈育书.岩土锚固力的确定及应用［J］.公路交通科技，2005，22(10).

［2］重庆市建设委员会.《建筑边坡工程技术规范》（GB50330-2002）［M］.北京：中国建筑工业出版社.2002.

［3］陈振.材料力学［M］.北京：北京航空航天大学出版社，2010，12.

［4］孔祥元，梅是义，等.控制测量学［M］.武汉：武汉大学出版社，2002.

作者简介：杨增文(1963- )，男，甘肃永登人，1985年毕业于本溪冶冶金专科学校，现任酒钢镜铁山矿工程责任工程师。