浅析高速公路高边坡施工中预应力锚索技术的应用

20世纪80年代后期，随着我国基础设施建设规模的不断扩大，预应力锚索技术在高边坡加固施工中得到了大量运用，在结构设计、施工工艺、后期监测与加固机理研究等多个方面都取得了不错的成绩。现阶段，预应力锚索技术已经成为我国边坡防治的必要技术之一。特别是在高速公路与国道干线改造施工中，预应力锚索技术在路基、路堑高边坡加固施工中发挥中重要的作用。在高速公路高边坡施工中，当山体潜在滑体顺着剪切滑动面下滑过程中，如下滑力比抗滑力大时，将产生山体滑坡等现象。断层、节理及裂缝等问题常常出现在坚硬岩体剪切面。土层内平面为砂性土滑面结构，圆弧状为粘性土滑面。为达到稳定边坡的作用，可通过削坡或支挡结构设置进行施工。但这种方式不具有经济性，通过锚索对高边坡实施加固，可有效连接结构和地层，形成一个整体结构，并对拉力与剪力进行通过承担，同时将潜在滑移面抗剪强度进行有效提升，并对山体位移情况进行有效控制。

一、预应力锚索技术的概况

预应力锚索是指在软弱岩层或滑动面位置钻孔穿过，在坚硬岩层内锚固锚杆一端，随后进行张拉作业（外锚头位置），进而将压力施加到岩层内，以此达到锚固岩体（不稳定型）的作用，这种施工技術为预应力锚索技术。锚头、自由段及锚固段为锚索结构的3个构成成分（图1），锚固段、锚根都可以称为内锚头，通过该部位可将锚索在岩体内进行锚固，并进行预应力的提供。以其结构类型进行分析，目前内锚头主要分为2种类型：机械式与胶结式，砂浆胶结与树脂胶结为胶结式的主要形式。一次、二次灌浆为砂浆式的主要形式。

外锚固段被叫做外锚头，其作用主要为张拉吨位的提供及部位锁定等。锚塞式、螺纹式、钢筋混凝土圆柱体锚墩式等都是外锚头的主要形式，内外锚头连接的构件被称为锚索体，其可作为张拉力的承受者。利用张拉锚索体进行预应力的供给，钢筋（高强度）、钢纹及螺纹钢筋为锚索体的主要组成部分。

锚拉筋、防腐构造与注浆管为组成自由段的3大部分，其作用为向锚固段中间位置传递锚头拉力。为达到锚杆合理受力及施工便利的目的可进行锚杆配件的设置，其主要构成成分包含：定位支架、导向帽等。

根据预应力是否预先施加，可将锚索分为两种类型：预应力锚索与非预应力锚索。非预应力锚杆是指锚固锚杆后不进行外力的加设，被动受载状态为非预应力锚索的具体情况。预应力锚索是指锚固锚杆后进行相应外力的加设，主动受载状态为锚索的具体情况。在锚固工程施工中锚索具有重要作用，相比非预应力锚索施工，预应力锚索施工较为复杂，但该技术在高速公路高边坡施工中得到了广泛地应用。

图1 锚索结构示意图

二、工程概况

某高速公路工程施工路段为路堑通过阶段，左侧原设计中60米为其边坡最高值，-3%到+2.5%之间为路堑纵坡，该路段从地形地貌上看为构造剥蚀低山丘陵地貌形态，15%到20%之间为其斜坡自然坡率，大部分山坡基岩裸露部分位置覆盖残坡积土层，自然冲沟发育，大多数坡面为水田。完成开挖后，其断面图2如下所示。

图2 原型断面图

三、高速公路高边坡施工中预应力锚索技术的应用

1、成孔

每个锚索孔位置都有准确确定，并进行脚手架的搭设、钻孔机的安装及稳固。钻孔导向架应通过专业仪器进行倾角地测量，一般与水平面具有25度夹角，钻进施工中必须对倾斜角的度数实时观测，相比锚索长度，确保钻孔顶端倾角偏差在2%以下。通常选用无水干钻的方式进行锚索施工，该方式的应用可降低边坡地质情况的出现，如钻进施工中出现塌孔现象，必须马上结束钻进作业，并及时进行注浆固壁施工，0.1到0.2Mpa之间为注浆压力值，完成注浆一天半左右后，方可进行钻孔施工。同时调整好两个相近锚索的施工位置，做到定向定位施工，确保安装后钻机具有良好的稳固性。

选用回转钻进的方式作为钻孔施工方式，钻进施工中高性能空气压缩机连续将高压风传送进钻孔内，可高压吹出孔内的碎物。当钻孔深度与设计规定相符时，必须在钻进20到50厘米，为施工提供便利。

2、制作、安装锚索

制作锚索较为简单，通常根据施工规定进行钢筋长度地确定与切割，在裸露端进行螺纹制作，为螺母安装提供便利。随后将隔离件设置在杆内，相邻2个隔离件之间的距离定为1到3米的范围，在孔内中间位置放置杆体，根据施工规定，最后应对杆体施加防腐措施，以此顺利完成锚索制作。

高速公路高边坡施工中，如何选用合适的钢筋材料对施工质量、安全具有至关重要的作用。在钢筋进场前，应对其质量进行检测，如生产厂家资质、日期及型号等。同时进行抽样检测，以此保证该材料各项指标与锚固需求相符合，在预应力锚索施工中，选用的钢绞线必须具有较高应力与较低松弛度及良好粘结力。下料施工必须遵循相关施工规定，断料程度偏差必须控制在50毫米以下，通常情况下，施工具体长度必须控制在计算长度以上，一般多出0.3米到0.5米。由专业施工人员进行锚索组装，对接焊、双面搭接焊为连接II、III级钢筋的主要方式，焊接长度必须在8倍钢筋直径以下，选用定型套筒方式进行精轧螺纹钢筋连接，防腐措施与定位措施必须应用于锚索自由段。在钻孔内放置锚索前，应对孔道具体情况进行检查，避免堵塞等情况的出现。锚索安置中，必须避免扭压、弯曲锚索等问题，并在钻孔内同时放置注浆管，注浆管端部与孔底之间的距离为50到100毫米之间。

3、注浆施工

作为锚索施工的重要阶段，锚索注浆质量的优劣将对锚索承载力造成直接的影响。通常选用水泥浆、水泥砂浆进行锚孔灌注施工，一定程度上水泥砂浆配合比与材料质量将对锚杆粘结强度与防腐效果造成极大的影响。锚索注浆施工中，必须对水泥砂浆质量、浆液性能等进行充分了解。水泥浆体材料选择必须遵循设计规定进行，根据本工程实际情况，可选用普通硅酸盐水泥进行施工。浆液搅拌施工中，应确保水泥正常凝结及硬化过程中不存在有害物质。根据施工规定进行砂料含泥量的计算，其偏差控制在3%以上，以细砂作为该工程砂料，其含水量可控制在3%以上。如选用粒径较大的砂料或水泥砂浆具有较多含沙量，则极易出现堵塞注浆管的情况。

连续进行注浆施工，一般可同时进行提升与灌注施工，应确保注浆管管头向浆液液面以下50厘米到80厘米的范围内插入，避免断杆情况出现在导管拔出过程中，确保实际注浆量在设计量以上，注浆充盈系数必须控制在1.0以上。连续球型锚索注浆可通过二次高压注浆形成，从孔底进行一次常压注浆施工，确保孔口有浆液溢出，在一次注浆的基础上，进行二次高压注浆施工，其顺序为从下往上，并按照锚索体积进行注浆压力与注浆时间的确定。

4、张拉、锁定锚索

选用高强度、低松弛钢绞线作为预应力锚索边坡施工的材料。520.8kN为锚索张拉控制力，张拉程度与设计规定相比，应多出10%。按照锚索材料与锁定力大小进行张拉设备的选择，选择过程中应对其通用性能进行充分考虑。张拉设备在张拉施工前必须进行标定，千斤顶小于1000kN标定时，可选用2000KN的压力机，标定数据和设计规定偏差必须控制在2%以下。张拉速度控制在每分钟40KN左右，相比设计拉力，张拉力为其20%以下，逐级增加张拉荷载，直至完成张拉作业。

四、结束语

综上所述，预应力锚索技术作为高速公路高边坡建设的重要组成部分，其技术水平的高低将直接影响到公路工程的整体质量，甚至影响到公路事业的可持续发展。为此，在高速公路高边坡施工中相关部门及施工单位必须重视预应力锚索施工，规范施工流程，采取科学有效的措施，有效提升施工质量，实现高速公路建设的社会效益与经济效益。

（作者单位：河南高速公路发展有限责任公司郑州分公司）

作者简介

刘成永，男（1980-8），河南潢川，硕士，研究方向：交通工程。