■陳春林

（南平高速建設(shè)有限公司，南平 353000）

1 工程概況

福建省邵武至光澤（閩贛界）高速公路第A5 標(biāo)段的路塹邊坡預(yù)應(yīng)力錨桿、錨索位于K48+160～K48+430段右側(cè)高邊坡，該邊坡最高約32.9m，分五階開挖。為二元結(jié)構(gòu)邊坡，上部為坡積粉質(zhì)粘土，厚度約1～4m；殘積砂質(zhì)粘性土，厚度約3～7m；其下為全風(fēng)化花崗巖，厚度約0～6m；砂土狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖，厚度約0～3m；下伏碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖（局部存在孤石）～中風(fēng)化花崗巖，厚度約1～15m。該邊坡地下水豐富，不利結(jié)構(gòu)面發(fā)育，穩(wěn)定性較差，須進(jìn)行加固處理。其中K48+240～K48+300 段邊坡自然坡較陡，采用陡坡強(qiáng)加固設(shè)計(jì)方案，處理邊坡設(shè)計(jì)為2 級(jí)，第一級(jí)1：0.5～1：0.75，預(yù)應(yīng)力錨索框架；第二級(jí)1∶0.75，預(yù)應(yīng)力錨桿框架。本文主要介紹壓力分散型預(yù)應(yīng)力錨索。

2 設(shè)計(jì)方案及材料要求

2.1 設(shè)計(jì)方案

（1）框架梁體：每片框架梁由2 根橫梁、2 根豎肋和1 根頂梁、1 根底梁連接組成，在橫梁和豎肋接點(diǎn)處設(shè)置4 孔壓力分散型預(yù)應(yīng)力錨索?？蚣芰汉拓Q肋的截面尺寸均為0.5m×0.6m，豎肋中心間距4.0m,框架采用C25混凝土現(xiàn)澆，內(nèi)配鋼筋骨架。每?jī)善蚣芰褐行拈g距8.0m，框架梁之間設(shè)0.02m 寬的伸縮縫，縫內(nèi)用浸瀝青木條填塞。梁體采用C25 混凝土，框架梁肋嵌入坡體30cm。

（2）錨索：每孔錨索由三個(gè)單元錨索組成，每個(gè)單元錨索分別由兩根直徑15.24mm、強(qiáng)度1860MPa 的高強(qiáng)度低松弛無粘結(jié)鋼絞線錨于鋼制承載體組成。錨索俯角20°，錨索孔的深度大于錨固深度30cm，并用40MPa 水泥漿體固結(jié)；每孔錨索的設(shè)計(jì)拉力為520kN，錨固段長(zhǎng)度12m，自由段長(zhǎng)度分別為14m 和16m 兩種，壓力分散型預(yù)應(yīng)力錨索結(jié)構(gòu)參見圖1。

圖1 壓力分散型預(yù)應(yīng)力錨索結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 材料要求

（1）水泥：優(yōu)先選用P.O42.5R 級(jí)普通硅酸鹽水泥，也可選用礦渣硅酸鹽水泥或火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥。

（2）砂：采用堅(jiān)硬耐久的中粗砂，其細(xì)度模數(shù)宜大于2.5，含水率宜控制在5～7%之間，砂的含泥量按重量計(jì)不大于3%；砂中所含云母、有機(jī)質(zhì)、硫化物及硫酸鹽等有害物質(zhì)的含量，按重量計(jì)不得大于1%。

（3）骨料：應(yīng)采用堅(jiān)硬耐久的碎石，粒徑不宜大于15mm。

（4）外加劑：水泥漿中可加入控制泌水或延緩凝結(jié)等外加劑，但必須符合產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)；水泥漿中氯化物的總含量不得超過水泥重量的1%。

（5）水：水中不應(yīng)含有影響水泥正常凝結(jié)與硬化的有害物質(zhì)，不得使用污水以及pH 值小于4 的酸性水。

3 壓力分散型預(yù)應(yīng)力錨索作用機(jī)理

壓力分散型預(yù)應(yīng)力錨索加固邊坡實(shí)際上就是通過對(duì)錨索進(jìn)行張拉，主動(dòng)對(duì)邊坡施加作用力P 使之在可能的滑動(dòng)面上產(chǎn)生主動(dòng)壓應(yīng)力P×sinaα 和切向拉應(yīng)力P×cosα，二者組成抗滑力P 抗，借此平衡下滑力Tm (見圖2)。

P抗=P×sinaα×tgΦ+P×cosα

式中：Φ 為土內(nèi)摩擦角,P 為錨索設(shè)計(jì)荷載,α 為錨索與滑裂面夾角,β 為錨索與水平面夾角,θ 為滑裂面夾角。

圖2 預(yù)應(yīng)力錨索加固高邊坡示意圖

壓力分散型預(yù)應(yīng)力錨索是伴隨錨固材料及施工技術(shù)的不斷進(jìn)步而逐步發(fā)展起來的一項(xiàng)新技術(shù)，它是在同一鉆孔中安裝幾個(gè)單元錨索，而每個(gè)單元錨索都有自己的桿索、自由長(zhǎng)度和固定長(zhǎng)度，而且承受的荷載也是通過各自的張拉千斤頂施加的.并通過預(yù)先的補(bǔ)償張拉(補(bǔ)償各單元錨桿在同等荷載下因自由段長(zhǎng)度不等而引起的位移差)而使所有的單元錨索始終承受相同的荷載。

這種新型錨固體系可將集中荷載分散為幾個(gè)較小的荷載作用于固定段的不同部位，使粘結(jié)力峰值大大降低，因單元錨索固定長(zhǎng)度很小，不會(huì)發(fā)生粘結(jié)效應(yīng)逐漸弱化的現(xiàn)象，能使粘結(jié)力均勻地分布在整長(zhǎng)度上，最大限度地調(diào)用整個(gè)錨索固定長(zhǎng)度范圍內(nèi)的地層強(qiáng)度，錨索承載力可隨固定長(zhǎng)度的增加而成比例增加。

4 施工工藝

壓力分散型預(yù)應(yīng)力錨固索的主要施工工藝為：

搭設(shè)腳手架→整修邊坡→測(cè)放孔樣→鉆孔→清孔→錨孔檢驗(yàn)→錨索制安→注漿→鋼筋砼框架施工→預(yù)應(yīng)力張拉鎖定→抗拔力試驗(yàn)→封錨。

（1）搭設(shè)腳手架

腳手架搭設(shè)前必須先對(duì)現(xiàn)有邊坡的穩(wěn)定情況進(jìn)行觀察，在確定其安全后再搭設(shè)腳手架。鋼管支架立柱應(yīng)置于穩(wěn)定的坡上，不得置于浮渣上。立柱間距1.5m，架子寬度1.2～1.5m，橫桿高度1.8m，以滿足施工操作需要。

（2）坡面整修

將松散的浮石和巖渣清除干凈，確保坡面曲面平順；對(duì)邊坡局部不穩(wěn)定處進(jìn)行清刷或支補(bǔ)加固；對(duì)較大的裂縫進(jìn)行灌漿或勾縫處理。

（3）測(cè)放孔樣

錨索框架放線時(shí)，按豎肋對(duì)應(yīng)中心線里程樁號(hào)放線，并使豎肋投影垂直于線路，橫梁與豎肋垂直；每片框架上的錨索孔以第一根豎肋最上部的孔為基準(zhǔn)，然后再確定其余孔位，第二根豎肋的上、下自由端長(zhǎng)度根據(jù)線路縱坡進(jìn)行確定。

（4）鉆孔

①用紅油漆在現(xiàn)場(chǎng)施工部位標(biāo)明錨索開孔位置，錨索孔位測(cè)放要準(zhǔn)確，偏差不得超過±10cm，鉆孔傾角按設(shè)計(jì)取定，為確保錨索深度，實(shí)際鉆孔深度要大于設(shè)計(jì)深度30cm；搭建鉆機(jī)平臺(tái)要求穩(wěn)固牢靠，鉆機(jī)傾角及方位角要進(jìn)行嚴(yán)格校驗(yàn)。

②鉆進(jìn)過程中設(shè)專人對(duì)每孔地層變化、進(jìn)尺速度、地下水情況等作現(xiàn)場(chǎng)記錄；若遇坍孔，立即停鉆，進(jìn)行固壁灌漿處理，注漿36h 后重新鉆進(jìn)。

③在鉆孔施工過程中要加強(qiáng)鉆機(jī)的導(dǎo)向作用，及時(shí)檢測(cè)孔斜誤差，合理采用糾偏措施，并做好施工班報(bào)記錄。施工人員按照設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，對(duì)造孔的孔位、孔深、孔徑等參數(shù)進(jìn)行檢查驗(yàn)收。

（5)清孔

鉆進(jìn)達(dá)到設(shè)計(jì)深度之后，不應(yīng)立即停鉆，要穩(wěn)鉆3～5min，在鉆孔完成后，使用高壓空氣將孔內(nèi)巖粉及水體全部清除出孔外，以免降低水泥漿與孔壁巖體的粘結(jié)強(qiáng)度。若遇錨孔中有承壓水流出，待水壓、水量變小后方可下安錨筋與注漿；對(duì)錨孔內(nèi)部積聚的水體，采用灌漿封堵二次鉆進(jìn)等方法處理，必要時(shí)在周圍適當(dāng)部位設(shè)置排水孔進(jìn)行處理。

（6）錨孔檢驗(yàn)

錨孔造孔結(jié)束后，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)理檢驗(yàn)合格方可進(jìn)行下道工序施工?？讖健⒖咨顧z查采用設(shè)計(jì)孔徑鉆頭和標(biāo)準(zhǔn)鉆桿，并在現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)理旁站的條件下進(jìn)行。驗(yàn)孔過程中鉆頭平順推進(jìn)，應(yīng)盡量減小鉆機(jī)所產(chǎn)生的沖擊或抖動(dòng)，鉆具驗(yàn)送長(zhǎng)度滿足設(shè)計(jì)錨孔深度，退鉆順暢，用高壓風(fēng)吹驗(yàn)不存在明顯飛濺塵碴及水體現(xiàn)象。同時(shí)復(fù)查錨孔孔位、傾角和方位，全部錨孔各分項(xiàng)工作合格后，即可認(rèn)為錨孔檢驗(yàn)合格。

（7）錨索制安

本設(shè)計(jì)采用的壓力分散型錨索由3 個(gè)單元錨索組成，每個(gè)單元錨索由2 根直徑15.24mm 無粘結(jié)低松弛鋼絞線內(nèi)錨于鋼質(zhì)承載體組成。各單元錨索的固定長(zhǎng)度分別為L(zhǎng)1=L2=L3=4m，共同組成復(fù)合型錨索的錨同段自由段長(zhǎng)度分別為14、16m 兩種。錨固段鋼質(zhì)承載體與擠壓套之問采用對(duì)拉栓結(jié)固定，所有鋼質(zhì)材料外露部分要求涂刷防銹漆保護(hù)。各單元錨索制作時(shí)應(yīng)有明確、可靠的標(biāo)記.以便采用差異分步張拉。鋼絞線下料長(zhǎng)度為錨固段長(zhǎng)度+自由段長(zhǎng)度+1.5m，用砂輪鋸切斷，安裝時(shí)不能損壞元粘結(jié)鋼絞線表皮。

（8）注漿

錨索鋼絞線與孔壁是以水泥漿膠結(jié)體為介質(zhì)粘結(jié)在一起的，水泥漿是控制膠結(jié)體質(zhì)量的關(guān)鍵。為提高錨固段的錨固力，加快施工進(jìn)度，采用江西“萬年青”牌早強(qiáng)高標(biāo)號(hào)水泥(P.O.42.5R)和合理的水泥漿配合比：水灰比為0.38；流動(dòng)度為15～17 cm；外加劑為廈門宏發(fā)FS-G 混凝土高效減水劑，外摻料為廈門宏發(fā)FS-Ⅲ混凝土膨脹劑。錨孔注漿采用孔底反漿方式注漿，注漿壓力控制在0.5～1MPa 左右。孔口溢漿時(shí)間不低于2 min時(shí)可停止注漿。如發(fā)現(xiàn)孔口漿面回落，應(yīng)在1h 內(nèi)進(jìn)行孔底壓注補(bǔ)漿1～2 次。

（9）鋼筋砼框架施工

框架采用C25 砼澆筑，豎肋基礎(chǔ)先鋪墊5cm 厚砼墊層，再進(jìn)行鋼筋制作安裝。框架嵌入坡面30cm,外露30cm?？蚣芸滩酆蟛捎煤?～5cm 的水泥砂漿進(jìn)行基地調(diào)平，遇局部架空采用C25 砼嵌補(bǔ)。澆筑砼時(shí)注意保護(hù)無粘結(jié)鋼絞線管道密封。一個(gè)單元格由四個(gè)錨索加橫梁、豎肋、頂梁、低梁組成。

（10）預(yù)應(yīng)力張拉鎖定

當(dāng)漿體及砼砼框架梁強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后方可進(jìn)行張拉，應(yīng)按一定次序分單元采用差異分步張拉，共分7 級(jí)進(jìn)行張拉。3 單元錨索張拉具體步驟：

①錨索正式張拉前，應(yīng)取15%的設(shè)計(jì)張拉荷載，對(duì)6 根鋼絞線預(yù)張拉1～2 次，使其各部件接觸緊密，鋼絞線完全平直，測(cè)量出鋼絞線伸縮量，持荷5min 并量測(cè)不小于3 次的錨頭位移。

②預(yù)張拉退荷后，對(duì)于長(zhǎng)束及中束鋼絞線進(jìn)行補(bǔ)張，補(bǔ)足差異荷載；該過程分兩步進(jìn)行，其中先對(duì)長(zhǎng)束進(jìn)行補(bǔ)張△P1，并測(cè)出長(zhǎng)束鋼絞線伸縮量，持荷10min并量測(cè)不小于3 次的錨頭位移，然后退荷，對(duì)長(zhǎng)束及中束進(jìn)行補(bǔ)張△P2，并測(cè)出長(zhǎng)束鋼絞線伸縮量，持荷10min 并量測(cè)不小于3 次的錨頭位移。

③補(bǔ)張完成后退荷，對(duì)6 根鋼絞線同時(shí)進(jìn)行張拉工作，張拉過程中做好記錄，在設(shè)計(jì)張拉力520kN 的30%、50%、75%、100%荷載時(shí)分別進(jìn)行持荷10min，對(duì)于張拉最后一級(jí)荷載時(shí)，應(yīng)持荷穩(wěn)定10～15min 后退荷鎖定，其中在最后5 級(jí)加載過程中，量測(cè)出鋼絞線伸縮量及持荷期間錨頭的位移。

各單元錨索在給定最終張拉(鎖定)荷載作用下，3 單元6 束壓力分散型錨索差異伸長(zhǎng)量按下式計(jì)算：

差異伸長(zhǎng)量：

△L1-2=△L1-△L2,△L2-3=△L2-△L3

△L1=(PL1)/(EA)，△L2=(PL2)/(EA)，△L3=(PL3)/(EA)

差異荷載增量：

△P1=2×EA△L1-2/L1，△P2=2×EA(△L2-3/L2+△L2-3/L1)

其中，L1、L2、L3 分別為第一、二、三單元錨索的長(zhǎng)度，L1＞L2＞L3；△L1、△L2、△L3 分別為各單元錨索在給定最終張拉（設(shè)計(jì)鎖定）荷載作用下的伸長(zhǎng)量；△L1-2、△L2-3 分別為各單元錨索在給定最終張拉（設(shè)計(jì)鎖定）荷載作用下的差異伸長(zhǎng)量，P 為給定最終張拉（設(shè)計(jì)鎖定）荷載作用下單根鋼絞線束荷載；A為單根鋼絞線束的截面面積，一般為140mm2，具體應(yīng)根據(jù)鋼絞線檢測(cè)報(bào)告數(shù)據(jù)為準(zhǔn)；E 為鋼絞線的彈性模量，具體應(yīng)根據(jù)鋼絞線檢測(cè)報(bào)告數(shù)據(jù)為準(zhǔn)；△P1、△P2分別為分步差異張拉之第一、第二步級(jí)張拉荷載增量。

(11)抗拔力試驗(yàn)

抗拔力驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)：

①根據(jù)試驗(yàn)要求，最大試驗(yàn)荷載為錨索（桿）設(shè)計(jì)荷載的1.5 倍。驗(yàn)收試驗(yàn)中，從50%設(shè)計(jì)荷載到最大試驗(yàn)荷載之間所測(cè)得的總位移量，應(yīng)當(dāng)超過該荷載范圍內(nèi)錨筋自由段長(zhǎng)度預(yù)應(yīng)力筋理論彈性伸長(zhǎng)量的80%，且小于自由段與1/2 錨固段長(zhǎng)度之和的預(yù)應(yīng)力筋的理論彈性伸長(zhǎng)值。且錨筋實(shí)測(cè)伸長(zhǎng)量與理論計(jì)算伸長(zhǎng)量的誤差不大于理論計(jì)算伸長(zhǎng)量的6%。

②在最后一級(jí)荷載作用下的位移觀測(cè)期內(nèi)，錨頭位移穩(wěn)定即在10min 內(nèi)位移不超過1mm，或者2h 內(nèi)蠕變量不大于2mm。

(12)封錨

錨具外的鋼絞線除留存15cm 外，其余部分切除。對(duì)外錨具或鋼絞線端頭用標(biāo)號(hào)為C15 混凝土封閉保護(hù)，混凝土保護(hù)層厚度2.5cm。

5 壓力分散型錨索的優(yōu)越性

通過與普通預(yù)應(yīng)力錨索的對(duì)比分析可知，壓力分散型錨素的優(yōu)越性為：

（1）普通預(yù)應(yīng)力錨索在自由段與錨固段連接處會(huì)出現(xiàn)拉應(yīng)力集中，錨固段鋼絞線受到摩擦力共同作用來承擔(dān)自由段張拉力；壓力分散型錨索比普通預(yù)應(yīng)力錨索受力更加分散、合理，減緩了應(yīng)力集中。

（2）由于壓力分散型錨索分三個(gè)單元，因此在鉆孔長(zhǎng)度相同的情況下采用壓力分散型錨索較普通預(yù)應(yīng)力型錨索鋼絞線長(zhǎng)度縮短，縮短長(zhǎng)度為L(zhǎng)=2L2+4L3，材料更節(jié)??；費(fèi)用相對(duì)減少。

6 結(jié)語

邵光高速公路A5 合同段K48+160～K48+430 段右側(cè)高邊坡錨索共計(jì)152 孔預(yù)應(yīng)力錨索，總長(zhǎng)644m。經(jīng)福建省高速公路邊坡工程中心試驗(yàn)室現(xiàn)場(chǎng)抽檢，施工質(zhì)量?jī)?yōu)良，證明了壓力分散型錨素適用于高邊坡的防護(hù)加固，而且具有技術(shù)先進(jìn)、投資少等優(yōu)點(diǎn)。通過與普通預(yù)應(yīng)力錨索的對(duì)比分析，壓力分散型錨素具有分散集中應(yīng)力和節(jié)約材料等優(yōu)越性，結(jié)合目前國(guó)內(nèi)國(guó)際情況，壓力分散型錨索加固是綜合治理高邊坡病害的重要方法之一。