巖土工程邊坡治理中預應力錨索技術應用探析

鐘連祥

（江西省地質局工程地質大隊，江西 南昌 330029）

0 引言

巖土工程邊坡加固中應用預應力錨索技術已經是十分成熟的工藝，其也具有可靠性和經濟性，隨著預應力材料的研發逐漸進步，該項技術的應用優勢也愈發突顯，本文主要圍繞著巖土工程邊坡治理中預應力錨索技術的有效應用進行了研究。

1 預應力錨索技術的原理

預應力錨索技術在許多工程中的應用都較為普遍，尤其是巖土工程中，其作為有效的加固措施之一，可以預防巖土塊的下滑，保證工程作業環境的安全。從預應力錨索技術原理來看，是指將錨固結構安裝到巖土部位中，使其產生較大張力及預應力，如此便能夠保證巖體土塊下滑作用時遇到摩擦阻力，減少下滑位移，避免出現滑坡事故，是有效防護巖土工程邊坡的方法。預應力錨索在使用時，還會將斜坡軟弱結構面分割處理，使其形成連接性較強的板狀巖體，在施加了一定預應力條件下各板狀巖體相連可看作整體，維持巖土邊坡的穩定效果，起到固定邊坡作用。實際應用該項技術還需注意以下要點：①在約束滑架過程中，需保證邊坡巖體結構形成整體。②要使預應力切實分擔外部負荷并抵抗巖體自重，尤其是遇到邊坡開裂情況時，其更應體現出分擔作用。③錨固處理后還需安裝鋼筋架并澆筑混凝土，使其可以形成框格梁，助力巖土工程邊坡的強度、穩定性進一步提升[1]。

2 預應力錨索技術的特性

應用預應力錨索技術前還需了解其特性，該項技術結構屬于支撐結構系統，其兩端都會與相對穩定的巖土層連接，利用加固件固定，構成一個新型復合體，能夠承受更多拉力，以防止巖土邊坡受到外部施加應力時出現嚴重變形。預應力錨索技術的特性可總結為3 點。①具有主動性，錨索結構安裝后其會主動建立后張預應力，消除一些天然力場給巖土地質帶來的破壞，但實際安裝錨索時需確定合適的方向、位置、深度，也要調控預應力大小，使其與天然力場更為適應。②具有高效性，大多數應用預應力錨索技術的巖土工程邊坡治理都比較緊迫，而這種技術則體現出工期短、高效等優勢，可以快速推進工程施工，在材料界面較小情況下獲得較大預應力。③具有低破壞性，采用預應力錨索治理邊坡，基本不會給周圍環境造成過大污染，且對于固體建筑物不會產生擾動，同時也不會給巖層或土層造成破壞，加固效果極為顯著[2]。

3 預應力錨索技術在巖土工程邊坡治理中的應用實踐

3.1 工程概況

本次研究的巖土工程邊坡治理項目為全南縣看守所拘留和留置專區滑坡治理工程29#樁附近下部位置邊坡治理工程，通過對現場情況調查，相關負責單位設計了預應力錨索與格構梁結合治理的方案，實際使用4 排錨索，錨索構件長度分別為12m、14m、16m 以及18m，錨固段長度都在5m 左右，錨索插入中風化巖層部分應大于或等于5m。每個錨孔的錨索都是1×7 標準型鋼絞線，數量為3 根，其抗拉強度最小值為1860MPa，公稱直徑約15.2mm，設計抗拉強度標準為不小于1320MPa，設計錨固力標準為200kN，鎖定錨固力標準為150kN。在工程量方面，鋼筋工程量為9.81t、混凝土工程量為67.63m3、模板工程量為338.20m2，4 排錨索工程量均為18.00 束。工程施工之前對現場作業環境進行了全面勘察，技術負責人嚴格審核了施工圖紙，與施工人員進行技術交底，按照要求準備了材料與各項設備，包括鋼絞線材料、鋼筋材料、碎石材料、水泥材料、商品混凝土材料、錨具材料等，機械設備主要有切割機、注漿機、穿心千斤頂、全站儀、水準儀以及壓力表等。

3.2 預應力錨索結構和工藝流程

預應力錨索的結構主要包含了錨頭、自由端以及錨固段，錨索結構使用的材料主要為鋼絞線，其中發揮出核心錨索功能的為錨固段，其可以保證巖土工程結構的內部穩定性，錨固體設置能夠使地層抗剪力得到增強，后續錨索還會經過灌漿處理，使其和孔壁間的連接更為緊密、有效，整體形成穩固性能較佳的結構，使巖土的載體功能效果更好地發揮出來，便于承載預應力。自由端則是具有傳力作用，其上端與錨頭連接，下端與錨固端連接，可以保護鋼絞線。錨頭則可以將結構位置鎖定，確保施加較大的預應力。在巖土工程的邊坡治理工作中應用預應力錨索技術，其相關施工工藝流程如圖1 所示。

3.3 邊坡修整及坡面處理

在實際開展施工之前，相關人員需要規范技術操作，為使施工質量得到提高，也需組織安排邊坡修整工作，該項工作可以排除一些安全風險，為后續施工環節的推進奠定良好基礎。可基于施工設計圖紙和施工活動開展要求，按照邊線測量值開挖并整修邊坡，注意運用專業的操作設備，初步整理出邊坡形狀之后，可以采用人工方式細致修整，確保滿足實際施工要求，譬如對周圍松動巖石及時清理或處理平順，防止干擾后續施工作業。在邊坡修整達標的基礎上進行坡面處理，落實混凝土規范噴射步驟，同時也要進行鍍鋅鐵絲網結構敷設，混凝土噴射要選擇合適強度的材料，通常為C20強度等級，可以使邊坡得到充分保護[3]。

3.4 鉆孔施工

鉆孔施工是預應力錨索施工的重要環節，也是巖土工程邊坡治理設置預應力錨索支護結構必不可少的流程，鉆孔施工共包含4 個步驟。

（1）按照設計圖紙要求在巖土邊坡位置上準確定位放出具體的錨孔位置，保證坡面上鉆孔位置偏差不超過±50mm，若邊坡表面平順度不夠，則可以監理單位、設計單位人員協商，獲得許可后在確保坡體結構安全穩定的情況下放寬鉆孔定位的精度標準，適當調整鉆孔位置。

（2）要保證鉆進錨孔操作處于無水環境，確保干鉆最為適宜，若開水鉆進，則可能導致鉆孔不穩，還可能造成周圍邊坡地質條件出現惡化問題，干鉆則有利于保證后續漿液與孔壁之間黏結性更強，對于鉆孔速度也要嚴格把控，依據錨固地層實際情況與鉆機性能，要保證機械鉆進過程中不能出現變徑或扭曲問題，因此速度也不宜過慢或過快，否則造孔不到位將會導致下錨困難，甚至引發其他類型的事故，鉆孔直徑誤差不應超過±20mm。

（3）鉆孔過程中需要適時監測各孔為周圍地層變化情況，也要仔細記錄實際鉆進狀態信息與地下水位信息，若發現存在縮頸或塌孔的隱患要立即停止鉆進操作，并及時采用灌漿固壁方式進行處理，注漿作業時需注意控制壓力不小于0.25MPa，水泥砂漿初凝完成后才能重新鉆進達到深度標準，待到孔壁穩定后停止鉆機操作，通常是到預設深度后再鉆1～2min 停鉆，如此可以避免出現施工質量不佳的情況，若鉆孔中作業人員發現孔壁四周存在沉渣或是發現水體黏滯問題，都要及時清理干凈，避免影響到規范造孔。

（4）鉆孔基本結束后進行錨孔清理，主要運用高壓空氣的性質將孔內水體全部排出，同時也要清理巖粉雜質，最后是對施工現場全面進行檢查，查看各種材料使用情況、施工設備是否妥善處置，基于工程實際監理要求測定鉆孔施工的質量，實施分項檢查，確定無任何問題后進入下個施工環節[4]。

3.5 錨索張拉鎖定和封錨

錨索張拉之前，先要使用高強度順直鋼絞線基于工程設計尺寸要求來制作錨索結構，要注意錨索長度誤差不可超過±50mm，將鋼絞線按照要求編束，使用架線環與鐵絲進行綁扎，制作時避免出現鋼絞線分叉問題，圖2 為錨索鋼絞線編束工藝基本流程。錨索制作完成后進入張拉鎖定環節，張拉操作時需要注意確保承壓表面相對平整，同時要與錨筋共同控制所在軸線的垂直狀態，在安裝對應錨具時，需保證與錨墊板、千斤頂達到對中緊密貼合，錨筋體軸線、錨孔以及千斤頂設備的軸線應保證在一條直線上，不可出現偏折或壓彎現象，確保承載構件時的同軸性、均勻性，在必要條件下也可使用鋼質墊片調整錨筋，使其更好地滿足要求。臺座混凝土和錨固體部分強度達到設計要求80%時，就可進行錨筋張拉操作，需保證張拉程序規范，張拉時也要注意避免給附近其他錨孔造成不利影響，先進行一次預張拉，確保錨固體各個位置都能達到緊密接觸標準，且要保證錨筋體平直布置。張拉達到設計荷載值之后，應保證錨筋結構持荷約10～15min，隨后進行卸荷與鎖定操作。錨索鎖定主要采用錨具和夾片，要確保其穩定性符合技術要求，提高預應力錨索的功能水平，若發現預應力產生較大損失，則需第一時間實施補償張拉。鎖定完成后使用專業機械設備來切割露出多余的錨筋結構，不能使用電弧燒割方式，同時要預留出一定的外露筋方便后續處理，通常長度約5～10cm。上述施工完成之后，要使用合適的水泥砂漿填充各位置空隙，再按照要求實施封錨操作，封閉使用的混凝土材料強度通常大于20MPa，包括C15、C20 混凝土等，其作用是保證錨索不出現銹蝕現象，也具有一定美觀性。

圖2 錨索鋼絞線編束工藝基本流程

3.6 錨固注漿

錨索下放并張拉結束后，進入錨固注漿工序中，該環節需先配制出最為合適的施工水泥砂漿，可以通過試驗確定材料最佳配合比，確保水泥砂漿質量達到要求，且水泥標號需要保證大于42.5#，若使用河砂材料，要經過凈化處理并過篩分選，之后使用機器充分攪拌，再進行篩檢第二次過篩，最終制備獲得的水泥砂漿不能夠出現水泥結塊堵塞管路問題。注漿操作中采用孔底注漿方法，控制實際注漿壓力條件在2.0MPa 左右，從孔底位置起始，注漿時也要持續緩慢攪拌砂漿材料，避免其離析，灌漿操作要保證錨索孔四周呈現出漿液密實、飽滿狀態，施工時也可采用二次劈裂注漿的技術手段，其作用是進一步提高巖土工程地層的錨固力[5]。

3.7 完工后動態監測

針對巖土工程邊坡加固治理的預應力錨索施工結束后可進行動態監測，實際監測的內容較多，包括預應力錨索加固結構檢測、預應力錨索試驗以及定期檢測與維護等。基于施工流程時間線來說，最先要開展的應該是預應力錨索試驗，其主要開展3 種類型的試驗，分別為適應性試驗、驗證性試驗以及最終質量驗收試驗，適應性試驗即檢查預應力錨索是否適應工程實際環境，驗證性試驗則是驗證其承載力是否達標，最終質量驗收試驗則驗收其各項性能，一系列操作的目的都是為了判斷預應力錨索施工是否達到了設計要求，以此來保證巖土工程邊坡治理獲得一定成效。隨后要開展的是預應力錨索加固工程檢測，具體檢測工程的工序推進記錄、原材料、施工異常問題處理信息以及加固性能實驗報告等，保證整個預應力錨索加固施工都是按照圖紙標準進行，最終工程質量也會達標。最后進行定期維護與檢測工作，即整體確認完工后每間隔一段時間進行一次結構檢測并科學維護，該檢測過程會采用現代化設備，譬如使用全站儀、水準儀等測的巖土工程邊坡位移情況，及時發現問題并處理，確保預應力錨索結構發揮出應有作用，使邊坡得到可靠治理。

4 結語

綜上所述，巖土工程邊坡治理過程中，應用預應力錨索技術會獲得良好加固效果，這種技術具有著高效性、主動性以及低破壞性等優勢特征。由本文分析可知，預應力錨索技術在巖土工程邊坡治理中的應用流程包括：邊坡修整及坡面處理、鉆孔施工、錨索張拉鎖定和封錨、錨固注漿以及完工后動態監測。