压力分散型锚索在成昆铁路扩能工程土质路堑高边坡中 的应用

梁升锦　王海波　郭巍

摘 要：成昆铁路扩能工程D1K339+275.756～D1K339+359.625段路基受线位控制需经过陡坡山体，土层厚，边坡高。在进行整体、局部稳定分析的基础上，比较不同类型锚索的工作特点，选取适合本工点的锚索类型，即采用压力分散型锚索对边坡进行加固，并对锚索施工提出具体要求。同时对边坡变形进行自动化监测以确保施工和运营期安全，对其他类似工点具有借鉴意义。

关键词：成昆铁路扩能工程 土质路堑高边坡 压力分散型锚索

中图分类号：U215 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）12（c）-0079-02

西南地区地形、地质条件复杂，铁路项目在勘察设计过程中通过方案比选、线路优化避免了大量的路堑高边坡工点，但是路堑高边坡工点仍然不可避免。据统计，云桂铁路路堑高边坡工点共155处，总长22.7km；贵广线路堑高边坡工点共99处，总长12.4km；长昆线玉屏至昆明段路堑高边坡工点共232处，总长34.2km；成昆铁路扩能工程峨米段高边坡路堑工点共16处，总长3.5km。因此，路堑高边坡工点防护设计在西南地区铁路设计中尤为重要。

1 工点概况

D1K339+275.756～D1K339+359.625段路基位于北河村双线特大桥与东河村双线特大桥之间，地形左高右低，地面横坡陡，地表上覆粉土、粗圆（角）砾土、卵（碎）石土、漂（块）石土，下伏基岩为砂岩、泥岩、页岩夹煤线。钻孔揭示基岩最深位置位于地面以下约50m，覆盖土层厚度大。

本段取水样化验，根据《铁路混凝土结构耐久性设计规范》（TB 10005-2010），对混凝土无侵蚀性。地震动峰值加速度为0.2g，地震动反应谱特征周期为0.45s。

本段线路中心最大挖深约5m，因地面横坡陡，左侧坡脚设路堑桩板墙收坡，最大墙高为8m；左侧边坡坡率为1∶1.25、1∶1.5，共4级边坡，最大高度约43m。

2 边坡稳定性分析

根据不同工况，对边坡整体稳定、局部稳定进行了稳定分析，结果如下：（1）无震工况桩顶以上边坡整体稳定安全系数1.19，一、二级边坡局部稳定安全系数1.15，三、四级边坡局部稳定安全系数1.22；有震工况桩顶以上边坡整体稳定安全系数1.07，一、二级边坡局部稳定安全系数1.05，三、四级边坡局部稳定安全系数1.10。

根据规范要求，土质路堑边坡高度大于20m时，最小稳定安全系数为1.15～1.25[1]；本工点属于修复困难的陡坡、深挖路基，有震工况稳定安全系数不应小于1.15[2]。由边坡稳定分析结果可知，边坡稳定性不满足规范要求。根据稳定分析，最不利潜在滑动面与坡面垂直距离最大约13m。

3 边坡加固措施

由于边坡稳定性不满足规范要求，边坡最不利潜在滑动面埋深较大，单独采用普通锚杆难以达到加固效果，经综合研究后确定边坡采用锚索、锚杆框架梁组合加固方案。

（1）锚索类型选择。

大量的试验研究和实测结果证实，传统的拉力集中型或压力集中型锚杆受力时，其锚固长度上粘结应力分布是很不均匀，当采用长锚固段时，粘结应力分布长度是有限的，粘结效应会呈现渐进性破坏现象。

压力分散型锚索工作时锚固体承受轴向压力，每个单元承受的最大压力为锚索设计力的1/n（n为锚固体单元数）。因此压力分散型锚索内锚固段浆体的受力效果好[3]。压力分散型锚索锚固浆体与岩土体界面的剪力值较拉力集中型锚索小，而且剪力峰值与剪力均值相差很小，能够沿内锚固段长度内均匀分布，可以充分发挥整个锚固浆体材料的抗剪作用[4]。

压力分散型锚索适用条件及工作特性如下：锚固地层为软岩、士层或腐蚀性较高的地层；锚杆极限抗拔承载力可随锚固段长度增大成比例增加；单位长度锚固段承载力高，且蠕变量小；良好的防腐性能；锚杆长度可达50m或更大[5]。

综合比较后，边坡采用压力分散型锚索加固。

（2）锚索自由段长度。

锚索总长度由锚固段长度、自由段长度及张拉段长度组成。锚索自由段长度受稳定地层界面控制，在设计中应考虑自由段伸入滑动面或潜在滑动面的长度不应小于1m，自由段长度不应小于3～5m[5]。根据规范要求、最不利潜在滑动面的位置、锚索与水平面的夹角，确定自由段长度为19m。

（3）锚索拉力设计。

左侧第一、四级边坡采用锚杆加固，第二、三级边坡采用锚索加固时，为满足稳定安全系数不小于规范要求，锚索拉力设计值采用350kN。

（4）锚索锚固段长度。

锚固体的承载能力应通过锚固体与锚孔壁的抗剪强度、钢绞线柬与水泥砂浆的粘结强度以及钢绞线强度三部分控制，設计应取其小值。 锚固体抗拉拔安全系数不应小于2.5[5]。根据以上规范要求、锚索拉力设计值、锚孔壁与注浆体之间粘结强度、钢绞线与水泥砂浆之间的粘结强度等，反算锚索锚固段长度为12m。

（5）锚索差异张拉。

压力分散型锚索分为两个锚固单元，每个锚固单元长6m。由于两个锚固单元的锚索长度不一致，锚索采用差异补偿张拉后整体张拉工艺。该工艺考虑压力分散型锚索各锚固单元钢绞线自由长度不一致，从而张拉伸长值不一致的特点，锚固单元从孔底向孔口分别进行差异补偿张拉，确保整体张拉时各钢绞线伸长值一致，各锚固单元同时受力[6]。经计算得补偿张拉值P1=35.69kN。

（5）边坡加固措施。

DK339+275.756～D1K339+359.625左侧一、四级边坡采用锚杆框架梁防护，框架梁节点间距3.0m，锚杆单根长度为12m，与水平面成25°施作。

左侧第二、三级边坡采用锚索框架梁防护，框架梁节点间距4m，锚索采用压力分散型，与水平面下倾角25°，锚索沿坡面间隔4.0m布置。锚索均采用一孔四束Φ15.2mm高强度、低松弛全长无粘结钢绞线制作，其抗拉强度不得低于1860MPa。每孔锚索设计锚固段长12m，分为两个单元。

4 边坡变形自动化监测

在D1K339+276、D1K339+330左侧桩板墙顶平台中部、堑顶外2m处，在D1K339+300左侧桩板墙顶平台中部、第二级边坡平台中部、堑顶外2m处，在DK339+359左侧堑顶外2m处，分别设1个位移自动化监测点，自动化监测孔深伸入潜在滑动面以下3m。

5 锚索施工注意事项

（1）每一分层开挖完毕后，立即施工坡面锚索：定位、造孔、錨索安装、灌浆。钻孔必须干钻，严禁采用水钻，当有坍孔、缩孔现象时应采用套管跟进钻进技术，使钻孔完整不坍。

（2）锚索注浆体及框架梁垫板砼抗压强度值满足设计要求后，进行锚索张拉。每孔锚索张拉时首先进行差异荷载补偿张拉，即先对锚索最长的第一单元张拉至P1，然后对两个单元进行整体张拉。

（3）锚索施工前应选择与锚索锚固段地层相同、环境类似的地段进行极限拉拔试验（破坏性试验），严禁在实际锚固工程部位进行该项试验。锚索材料、参数和施工工艺与工程锚索相同，试验孔数不少于3孔，试验锚索钻孔长度为13.5m，其中锚固段长12m，张拉段为1.5m，锚固段分两个单元，每个单元长6m，四束锚索单孔最大抗拔力要求不大于800kN。

（4）在第一批边坡锚索施工时，应选择有代表性的工作锚索，孔数为总工作锚索的3%且不少于3孔进行张拉试验（非破坏性试验）以验证设计的合理性和安全性，同时检查和控制施工质量。要求四束锚索单孔最大试验荷载值为660kN，张拉试验完成后重新对本孔锚索进行张拉，并按照本工点单孔拉力设计值的110%锁定。

（5）待全部防护工程（包括桩板墙）施工完毕后，应结合边坡稳定性监测数据和锚索测力计受力情况进行检查、核实，确定是否需对坡面锚索进行补偿张拉，经综合评估锚索受力等趋于稳定后，方可切割锚具外超长部分钢绞线，并对锚索进行封头处理。

6 结语

在铁路勘察设计过程中应尽量避免出现路堑高边坡工点（尤其是土质路堑高边工点）。当不可避免时，采用压力分散型锚索加固能起到较好的防护效果。

对高边坡路堑工点进行水平位移自动监测，包括边坡的表层和深层的水平位移自动监测，采用信息化数据集成、分析边坡实时稳定性，对保证施工安全及铁路运营安全有着重要的意义。

参考文献

[1] 包黎明，王应铭，龙锦永，等.铁路路基设计规范[M].北京：中国铁道出版社，2005：31-32.

[2] 许振中，廖蜀樵，倪燕平，等.铁路工程抗震设计规范[M].北京：中国计划出版社，2009：17.

[3] 王树仁，何满潮，金永军.拉力集中型与压力分散型预应力锚索锚固机理[J].北京科技大学学报，2005，27（3）：278-282.

[4] 程良奎，李成江，郑颖人，等.岩土锚杆与喷射混凝土支护工程技术规范[M].北京：中国计划出版社，2015：13.

[5] 李海光，高志伟，李安洪，等.铁路路基支挡结构设计规范[M].北京：中国铁道出版社，2006：59，60.

[6] 黄辉，王晋明.压力分散型锚索差异张拉法在两河口水电站工程中的应用[J].水力水电技术，2015，46（4）：56.