公路施工中高邊坡預應力錨索施工技術的研究

章 亮

（桐城市交通運輸局，安徽 安慶 231400）

0 前言

實踐證明，公路施工區域若存在山谷或丘陵，通常需要采用邊坡支護技術，一旦出現支護不當的情況，極易導致崩塌或類似的情況。鑒于此，各施工單位應加強對預應力錨索進行研究，準確掌握技術使用要求及重難點，充分發揮錨索施工所具有優勢。

1 項目概況

該地區計劃在山腰處修建公路，項目難度高且跨度大。經專業人員測量，現場路塹邊坡實際高度為50m 左右，為保證該項目順利完工，施工方決定每隔10m 增設相應的平臺結構，同時使用壓力分散錨索為高邊坡提供全面防護。分別在4 級和5 級坡面對錨索框架進行設置，綜合考慮多方因素后，最終決定采用直徑為15mm、強度是1850MPa 的錨索。

2 預應力錨索的介紹

作為新型支護結構，先采用鉆孔的方式，使預應力錨索一端進入錨固對象的結構面或是軟弱巖層，再通過灌漿、張拉自由段錨固結構面或是巖層，隨著錨固對象、錨索得到結合，將形成可靠性、穩定性理想的全新復合體。該結構對應受拉體為鋼絞線，待張拉環節告一段落，由施工人員通過施加應力場的方式，對位移進行限制。事實證明，該技術具有效果理想、成本低的優點，其廣泛應用于工程施工中。

將該技術用于公路施工，其優勢主要體現在兩個方面，一是確保施工過程安全且可靠。利用常規技術進行高邊坡施工，通常難以保證項目不存在質量問題或安全隱患，而對預應力錨索加以運用，既能夠為現場環境提供保護，又可以保障施工安全。二是使施工難度得到降低。預應力錨索往往搭配全風動鉆機等先進設備加以使用，能夠做到以實際坡度為依據，及時調整鉆孔方位與角度，隨著高邊坡所存在不穩定巖層得到固定，項目施工速度及整體效果自然更加理想。

3 項目中預應力錨索的應用

3.1 確定錨索荷載

使用預應力錨索以前，首先要通過試驗檢測其性能，確保錨索參數及質量均能夠達到項目要求。前期準備階段，最關鍵的環節是檢驗其抗拉強度，根據測試結果調整錨索各項參數，保證其各方面性能均符合公路建設標準，同時向設計單位提交檢測所得數據。要想使該環節發揮出應有作用，就需要確定初始荷載、特征荷載，試驗方法如下：將巖土體性質設為剛體，在錨固力達到最大值前，內錨段各接觸界面位置固定，同時自由段不存在粘結應力，此時，荷載位移所發生變化如圖1 所示。

圖1 荷載位移理想變化

該狀態下，自由段對應工作應力用表示，被錨巖體向外錨段施加反力用表示，應力和反力間的關系如公式（1）所示。

式中：代表錨索的橫截面積（圖2）。在試驗過程中，由相關人員施加的荷載并對其進行拉拔，同時保證+=。在取值逐步增加的工況下，將由初始的0 變為，由被錨巖體所提供反力為=0，對應拉拔荷載為=（圖3）。位移曲線所出現拐點為工作荷載。隨后，持續增加取值，自由段應力將變為，同時+=，若繼續進行加載，將導致自由段應力超過黏結應力的極值。此時，位移曲線將新增拐點，其取值為錨索荷載的最大值。

圖2 錨索初始受力情況

圖3 錨索拐點受力情況

在該項目中，相關人員先對初始荷載進行了加載，隨后通過循環加載的方式，得出了以下數據：初始加載量的極值為20kN；首次循環的加荷為20kN，加載極值為30kN，卸荷同樣為20kN；二次循環的加荷為20kN，加載極值為40kN，卸荷為30kN；三次循環的加荷保持不變，加載極值為50kN，對應卸荷為40kN。由此可見，錨索具有較為理想的塑性，可確保安全系數與項目要求相符。

3.2 計算錨索伸長量

錨索伸長量極易被材質、地質條件和灌漿質量所影響，導致理論值與實際伸長量不符，但只要將偏差值控制在規定范圍內，就能夠發揮錨索的作用。該文研究的預應力錨索，通過預應力加強結構的穩定性，保證巖土體完整，使結構物整體質量達到預期，若伸長量偏差超過規定范圍，便會給預應力造成影響，最終影響結構的穩定性。

綜合考慮可能影響伸長量的因素，可得出以下公式：首先是若錨索孔道呈直線，可利用下列公式計算自由段伸長值，如公式（2）所示。

其次是將孔壁和鋼絞線間受摩擦影響所形成應力損失用替代，若+0.3，可利用公式（3）進行計算。

式中：代表截面和張拉端間孔道的實際長度。代表截面和張拉端間孔道切線對應夾角的總和，其取值通常為0。代表摩擦系數，單位是m，對公路施工所用無黏結鋼絞線，其取值往往在0.0035 左右。代表孔壁和鋼絞線所對應摩擦系數，其取值通常為0.09。

該項目所使用壓力分散錨索對應錨固段位置并不固定，各錨索自由段實際長度往往存在明顯差異，與壓力集中錨索、拉力錨索相比，該類錨索更適合通過非同時張拉，完成張拉還有鎖定的工作。

考慮降低張拉難度，相關人員按照自由長度最長的單元到自由長度最短的單元的順序進行張拉，待張拉環節告一段落，再對各單元進行同時張拉，通過對張拉時間加以調整的方式，控制各錨索產生的變形量，保證鋼絞線各部分受力大致相同。在實際施工中，通常需要用到公式（4）。

式中：Q代表各錨桿承受荷載值，kN。代表荷載最大值，kN。代表錨索個數。除此之外，在計算環節還要用公式（5）。

式中：S代表各錨索實際變形量，單位是mm。L代表錨索實際長度，單位是mm。E代表鋼絞線對應彈性模量，單位是kN/m。A代表鋼絞線橫截面積，單位是mm2。

Q代表預計施加荷載，單位是kN。若的取值為1，則其取值為0，如果的取值＞1，則可利用公式（6）進行計算。

3.3 選擇張拉和動力設備

作為高邊坡施工所不可缺少的設備，張拉、動力設備性能往往會給鉆孔深度、成孔質量產生直接影響。鑒于此，相關人員應做到以現場情況和前期所掌握資料為依據，對設備進行科學選擇，同時保證鉆機耗風量不超過12m，由于灌漿需求得到滿足，因此施工效果能夠達到預期。

3.4 鉆孔

作為錨索施工的重要一環，鉆孔施工的步驟較為繁瑣，包括但不限于定位、鉆進以及沖洗，要求相關人員酌情對孔位進行選擇，保證鉆桿長度符合錨索設計和鉆機參數，以免在鉆孔過程中出現傾斜或類似問題。隨后，以錨孔布置圖為依據，有序開展鉆孔、清孔作業。為確保項目質量達到要求，應保證錨孔布置合理，并對綜合尺寸誤差進行嚴格控制。與此同時，此外，還應了解地質、風壓情況，根據現場情況對鉆機加以調整，待鉆孔施工告一段落，盡快清理孔洞內部粉末及殘渣，以免后續施工受到不必要的影響。如果施工期間發現項目所在區域存在特殊地質，則應盡快聯系設計方、監理方，視情況擬定相應的解決對策，為邊坡所具有穩定性提供保證。根據土層特性對施工所用鉆機進行配置，密切關注鉆進速度和整體效果，確保鉆孔尺度與項目要求相符，同時對鉆孔傾斜度加以控制，保證傾斜度偏差始終處于允許范圍內。此外，施工期間還應如實記錄現場情況，若發現存在數據異常等狀況，需要盡快聯系有關部門，根據專業人員所給出建議，對施工方案做出相應的調整。

在施工過程中，需要重視以下3 點：1）保證鉆孔深度、直徑符合項目要求，將實際深度和設計要求存在的差值控制在50cm 左右。然后利用壓縮空氣對孔內進行清理，在排出雜質的同時吹干水分，保證結構具備應有的穩定性、可靠性。2）如果在鉆進過程中遇到了湍急的水流，通常需要在流量、水壓下降到規定數值后，再對錨索進行安裝。3）鉆進期間出現塌孔的情況，則應第一時間停止施工，并對塌孔區域進行固定，塌孔區域順利通過檢測，方可重新進行施工。

3.5 制作錨索

清孔工作告一段落后，就可以著手對錨索進行安裝，相關人員應嚴格控制鋼絞線長度，確保其長度與張拉端長度、自由段長度以及錨固段之和相等，同時控制施工進度，保證下料長度的誤差不超過4cm。鋼絞線除銹可以提高安裝效果，要想使除銹效果達到預期，關鍵是要在除銹后用油脂涂抹鋼絞線表面，同時使用PR 防護管。在施工過程中還應重視自由段、鋼絞線相交處，利用膠帶對交匯處進行加固，并利用鐵絲對交匯處進行二次加固，以免出現泥沙滲入的情況。

3.6 組裝錨索

在對鋼絞線進行組裝時，相關人員應逐一順直鋼絞線，保證對錨索進行編束前，鋼絞線不存在交叉或是扭曲的情況，同時各股間長度差不超過50mm。利用專業設備切割鋼絞線，切記不能采用電弧，并定期對設備進行除油、除銹，若發現設備存在死彎、銹坑或是機械損傷的情況，應第一時間割除。待鋼絞線順利通過檢查，就可以根據設計方案提出的要求對其進行編排，每隔2m 布置相應的隔離支架，并在相鄰支架間增設筋骨環，將保護層整體厚度控制在20mm 左右。這里要注意一點，即不得利用鍍鋅材料綁扎錨索編束。視情況在自由段套上相應的塑料套管，并密封交叉套管的管口，同時利用鉛絲對套管、錨固段進行固定。

3.7 放置錨索

在放置錨索時，相關人員應重視以下內容：一是貫穿硬塑料管，徹底清理孔內殘留的巖屑。二是將錨索放入孔內，對外留長度進行嚴格控制。三是考慮到吹孔過程中極易出現碎石掉落的問題，除特殊情況外，均不得在吹孔的同時放置錨索。要想降低問題發生概率，關鍵是要調整施工步驟，先鉆孔再放置錨索，最后進行吹孔。四是錨索的放置效果極易被地下水所影響，鑒于此，相關人員應確保該環節鉆桿始終處于勻速轉動的狀態，只有水質變清后，才能停止對鉆桿進行轉動。

3.8 灌漿

水泥砂漿具有良好的流動性，同時其內部往往摻有大量雜質，當項目進行到灌漿環節，相關人員密切關注現場注漿管的情況，以免由于注漿管堵塞，導致砂漿出現離析問題。實踐所積累經驗表明，利用純水泥漿進行灌注，其效果與其他種類的水泥漿相比更理想。在項目施工過程中，需要重視兩個方面，一是將間隔時長控制在1d 左右；二是以注漿壓力為依據，對注漿量進行實時跟進，在確保澆筑時間科學的基礎上，使錨固段得到高效封塞。

3.9 張拉鎖定并進行封錨

要想保證施工質量，需要做到以下5 點：其一，確保承壓面平整，錨筋軸線和承壓面的位置關系為互相垂直。其二，利用千斤頂、錨墊板安裝錨具，確保三者中軸線完全重合，同時錨頭不存在彎壓或是偏折的情況。若有需要，可酌情安裝鋼墊片，對三者位置進行微調。其三，按照規定張拉錨筋，嚴格控制錨筋張拉給附近孔洞所造成不良影響。其四，張拉環節正式開始前，先要對錨筋進行預張拉，保證預張拉所用張拉力為設計方案所規定張拉力的20%。其五，在臺座混凝土、錨固體整體強度均達到規定值的基礎上，著手準備張拉工作。

3.10 邊坡防護

邊坡護坡的常見方式包括擋土墻、漿砌片石和錨桿噴漿，雖然上述方式均能夠用來穩定、加固邊坡，但是灰白色的外觀并不具有觀賞價值，同時無法使邊坡植被得到恢復，與當今社會所提倡的美化環境、保護生態不同。對于風化程度強且降雨頻率高的區域，該方式極易使工程結構出現脫空的情況，進而引起滑坡問題。此外，在對人工邊坡支護進行施工的初期，上述方式往往能夠起到弱化侵蝕、提高坡面穩定性的作用，但在混凝土老化、風化加重的影響下，防護效果必然會隨著結構強度的降低而減弱，加上該方法均要投入大量的物力及人力資源，現在已不采用。在該背景下，業內人士提出了全新的護坡方式，即生態護坡，這樣做既能夠確保微生物、小動物有生存的空間，又可使生物鏈得到恢復，將邊坡施工給環境所造成影響降至最低。

邊坡綠化往往需要考慮2 個方面的內容：一是對美觀環境進行營造，二是保證結構穩定，充分利用現有景觀設計、護坡技術，實現生態邊坡全覆蓋的目標。在該項目中，施工方結合現場情況制定了以下防護方案：相關人員出于保證無錨索坡體、錨索加固坡體相統一的考慮，最終決定利用草、灌木進行護坡，其中，草種植在坡面上，灌木種植在馬道上，優先選擇生命力強、耐干旱且高度在2m 以下的灌木植物，包括夾竹桃、木槿等。事實證明，混合種植草和灌木，可使二者所具有優勢得到充分發揮，延長護坡時間并改善景觀效果。

4 結論

綜上所述，高邊坡施工的步驟煩瑣且難度極大，較易被外界因素所影響，一旦出現操作不合理的情況，便會引起失穩等問題。對高邊坡進行加固時，多數單位均選擇對預應力錨索加以使用，要想使錨索優勢得到充分發揮，關鍵是要全面了解該技術的應用要點和注意事項，視情況選擇適合的設備并確定施工方案，通過提升高邊坡整體質量，為公路事業持續發展助力。