乐宜高速路基工程锚索桩板墙锚索施工技术

汤友文，孙 璐

（1.南京市交通建设处，江苏 南京 210008；2.南京市公路管理处科研所，江苏 南京 210008）



乐宜高速路基工程锚索桩板墙锚索施工技术

汤友文1，孙 璐2

（1.南京市交通建设处，江苏 南京 210008；2.南京市公路管理处科研所，江苏 南京 210008）

针对预应力锚索桩板墙在加固路堑滑坡施工中的应用，结合乐宜高速公路路基工程，详细阐述了预应力锚索桩板墙的施工方法及施工工艺。实践表明，预应力锚索桩板墙加固路堑高边坡滑坡施工技术与传统路堑加固边坡技术相比具有明显的优势。

锚索桩板墙；路堑滑坡；预应力计算；施工工艺

1　工程概况

乐宜高速公路路基工程K61+230～K61+320、K61+ 749～K61+941两段为陡坡路堤，坡面上部为块石土，厚度1～5 m，下部为强风化粉砂质泥岩，路堤填筑潜在不稳定，需要进行加固，线路左侧采用路肩式锚索桩板墙进行加固。线路左侧14.25 m处设桩板墙，桩间距6 m，桩宽2 m，桩高3 m，A型桩长24 m，8根，B型桩长28 m，5根，C型桩长30 m，3根。A型桩在桩顶以下8 m的位置设置1根锚索，B型、C型桩顶以下10 m的位置设置2根锚索。锚索采用4束（Φ15.24）预应力锚索，锚固段10 m，设计预应力500 kN。抗滑桩间采用内挂挡板，挡板采用预制安装。桩顶以下5 m范围内挡板厚0.3 m，5～13 m挡板厚0.4 m，13～15 m至底部挡板厚0.45 m。挡板内侧填筑0.4 m厚的砂砾；在左侧路肩以下5 m处铺设3层土工格栅并在K61+260附近有“V”型沟，沿沟底设置一道渗水盲沟，以引出陡坡路堤的地下水，增加路堤的稳定性。

2　施工工序

（1）跳槽开挖抗滑桩，做好桩基在未嵌入岩体之前厚度为30 cm的钢筋护臂并在设计标高处柱子内部预留锚索孔；预应力锚索设计孔径为Φ130 mm，钻孔直径不小于设计直径，钻孔均为斜孔（下倾角20°），钻孔时应注意［1］：①钻孔轴线不应超过设计公路路线的法向竖直平面；②钻孔轴线准确，孔口误差应控制在±5cm以内，孔底误差不大于5%孔长，即角度偏差≤2°52'，参见锚索设计布置相邻钻孔轴线间距；③为了不产生坍孔或灌浆困难，应避免损伤边坡岩体结构造成岩层裂隙扩大；④钻孔采用无水钻进方式，同时采用高压气清孔，将岩粉排出，保持孔壁干净粗糙。

（2）施工桩间挡板采用现浇与预制同步工作，并在锚索以下范围回填沙砾等透水性材料，严格控制压实度（不小于95%）。

（3）锚索制作、安装及注意事项

① 锚索制作工艺流程［2］如下：施工准备→开挖桩顶边坡→桩孔成孔→浇筑护壁→桩底达标→下放绑焊钢筋→灌注桩身混凝土→锚索钻孔→锚索安装→锚固段注浆→预应力张拉→封锚注浆。

下料时应按要求进行下料。预先平整好下料场地，场地要求宽4 m、长40 m左右，每根铰线长度误差控制在±10 cm以内。下料长度计算如下：

式中：L下为下料长度；Li为锚固段长度；Lf为锚索自由段长度；Lw为锚索工作段长度。

②下料要求［3］：切割必须用砂轮机切割，切割好以后应对各个部件分别进行防腐防锈处理。自由段钢绞线进行除锈防腐处理，锚索涂防腐剂，外套Φ22 mm聚乙烯塑料套管隔离防护，锚固段只需清圬除锈，张拉段锚索也需涂防腐剂。设置收缩环要求每2 m放1个、支撑环要求每2 m放1个，索体要求绑扎牢固，铰线应平行顺直。检查灌浆管有无破裂、堵塞，符合要求后进行穿索。为方便穿索应在绑扎好的锚索顶部安装导向帽并注意灌浆管绑扎在锚索体上，灌浆管头部距孔底5～10 cm。

③ 穿束: 人工推进锚索前确定钻孔情况，保证孔深与设计一致，使锚索在孔内顺直送到孔底，避免索体扭曲。

（4）注浆

预应力锚索注浆采用一次孔底注浆法［4］，注浆压力0.6～0.8 MPa，注浆时，注浆管随浆液的注入而徐徐上拔，保证锚索孔的注浆饱满。预应力锚索注浆采用M35号水泥浆，其配合比为：水泥∶水∶外加剂=1∶0.35∶0.018，水灰比0.35；注浆完毕，水泥浆凝固收缩后，孔口进行补充注浆。

（5）张拉锚固及锁定

在孔内水泥砂浆达到设计强度的70%以上时，可以进行预应力锚索的张拉，桩顶锚索设计锚固预应力为500 kN。张拉采用0VM锚具配套的YCW150B型穿心式千斤顶，锚索张拉应分级施加，逐级增加至超张拉值，张拉级数一般为2～3级，每级张拉荷载应保持荷载5 min，第一级张拉值为设计张拉力的70%，前后两次张拉间隔时间不宜小于3～5 d，张拉锁定后，超张拉值为设计预应力的10%。若预应力损失值在张拉全部完成后48 h内超过设计张拉力的10%，应及时补偿张拉后进行锁定，在锁定后用C25水泥混凝土通过锚垫板上的注浆孔补充注浆，再将锚头封闭保护。在节理、裂隙发育的岩土体中，可能会出现无压力回升、浆液漏失严重的现象，此时应先停止注浆，分析原因，采取相应措施。可用间歇注浆、加入早强剂、加大浆液浓度、适当减小注浆压力等方法进行处理［5］。

（6）锚索的长期观测

选择10%（且不小于3根）的锚索安装MXR-1020型振弦式锚索弦式测力计，对锚索的预应力进行长期观测。根据结构设计要求，锚索测力计从锚索计中心穿过并安装在张拉端。安装时， MXR-1020型振弦式锚索测力计的手工测量用XR02型振弦频率读数仪完成［6］。

锚索测力计的计算公式如下：

式中：P为被测锚索荷载值；K为仪器标定系数；fi2为锚索测力计三弦实时测量频率平方值的平均值；f20为锚索测力计三弦频率的初始平均值。

3　预应力张拉计算

3.1桩（肋柱）内力计算［7］

桩底支承应结合地层情况选用固结或铰支或自由的锚固方式。锚固点以上的挡墙结构将滑坡推力和土压力作为计算荷载。作用于桩的荷载宽度按其左右相邻桩之间距离的一半计算。桩可看作一端固结，另一端自由，锚索为铰支座的超静定连续梁。内力有两种算法：一种是按静力学方法进行计算，一种是考虑变形协调的弹性计算方法。按静力学计算方法相对简单，考虑变形协调的弹性计算相对复杂许多，在工程计算上可采用静力学方法计算在一定程度上的安全储备。锚固点以下的桩内力，应根据锚固点处的弯矩、剪力和地基的弹性抗力采用M法或K法进行计算：C=m（y+y0）。

（1）K法：n=0时，C=K地基系数不随深度而变化。适用于较完整的硬质岩层、未扰动的硬粘土和性质相近的半岩质地层。

（2）M法：n=1，y0=0，C=my，地基系数随深度呈直线变化。适用于一般硬塑至半坚硬的砂粘土、碎石类土或风化破碎呈土状的软质页岩以及密度随深度增加的底层。

3.2预应力锚索的计算

预应力筋采用标准（ASTMA416—2003）中的270级高强低松驰钢绞线，钢绞线直径为15.24 mm，钢绞线标准强度为1 860 MPa，截面积为140 mm2，钢绞线取样测得钢绞线弹性模量Ep=2.043 33×105MPa，锚索设计张拉控制应力Qcon=982.14 MPa。锚口预应力损失按2%考虑，所以锚索张拉控制应力Qcon=1 001.75 MPa，Ap4束=560 mm2，控制张拉力P=561 kN，自由段锚索与压浆混凝土无粘结且锚索为直线，所以平均力取张拉端控制张拉力: Pp=P。

3.3预应力筋计算

14#、15#、16#锚索钢束的自由段长度为20 000 mm（该长度为锚固段端头至锚垫板的长度）；锚具采用M15-4型，千斤顶采用YCW150B型，其工作锚环厚度为46 mm，工具锚环的厚度为60 mm，工作夹片和工具夹片的外露长度按5 mm考虑，限位板厚度为27 mm，千斤顶的长度为345 mm），故计算伸长值的各钢束长度N1为20 478 mm。

钢绞线伸长值计算公式：

采用单端张拉，单端的伸长值见表1。

表1　钢绞线伸长值计算表

本计算书相关参数参照CECS 22∶2005《岩土锚杆（索）技术规程》［8］。

为确定锚索合理的施工工艺和实际锚固力大小并验证设计参数选择是否合理，施工前应对锚索验证试验，试验选在与工作锚索相同的地层中进行，锚索试验数量为设计总数的3%（且不少于3根）。

选定K61+230处1#、2#、3#抗滑桩锚索施工作为抗滑桩工程首项工程进行施工，从而确定必要的有关参数，以便进行工艺试验，总结经验以指导大面积施工。锚索孔注浆完毕，进行预应力锚索的张拉时孔内水泥砂浆强度必须达到设计值的70%以上，桩顶锚索设计锚固预应力为500 kN，超张拉10%。由于设计要求路基填土距路基顶4 m时进行锚索预应力施工，为了试验锚索锚固力，提前进行预应力施工，需要对桩体进行验算。

6#、10#、11#为A型桩，桩柱断面尺寸为2 000 mm× 3 000 mm，桩体在弱分化岩层处为最危险截面，锚索孔至弱风化岩距离为4 m，所以选此截面进行验算。

作用在受弯构件计算截面上的荷载效应Mj可按下式计算：

Mj=Fx×L Fx=Cos20×F式中：Fx为锚索设计锚固预应力的水平分力；F为桩顶锚索超张拉后的设计锚固预应力；L为锚索孔至弱风化岩的距离。

计算可得Mj=2 067.32 kN·m。

弱分化岩层处桩体按单筋矩形截面受弯构件考虑如下：

式中：Mu为受弯构件计算截面的承载力；γc、γs分别为混凝土和钢筋的材料安全系数；Ra为混凝土轴心抗压设计强度；x为按等效应力图的计算受压区高度，其中，Rg为钢筋抗拉设计强度，Ag为钢筋截面面积，b为截面宽度；h0为截面有效高度。

计算可得：Mu=12 275 kN·m＞Mj，故桩体安全。

4　结语

相对于传统路堑加固边坡技术，预应力锚索桩板墙加固路堑高边坡滑坡施工技术具有明显的优越性，其中主要表现在以下几点：

（1）施工不受地形、高度限制、误工量小，加固效果好；

（2）将被动防护和主动防护相结合，从根本上改善岩体的力学性能，减少路基挖方量，可以节约征地，有利于环境和水土的保护；

（3）所用机械为轻型机械，施工灵活、方便，同时改善了施工条件，增加了安全性；

（4）有效地控制了施工成本，在山区高速公路的路堤支挡中有较好的应用前景。

［1］JTJ041—2000公路桥涵施工技术规范［S］.

［2］GJB 4073—2000预应力锚索试验技术规程［S］.

［3］李海光.新型支挡结构设计与工程实例［M］.北京：人民交通出版社， 2004.

［4］万军利.预应力锚索桩板墙应用研究［D］.北京：中国铁道科学院，2007.

［5］张从明，张玉芳，吴华金，等.高等级公路建设边坡病害防治技术研究［R］.2005.

［6］何永强，赵德安.预应力锚索抗滑桩治理滑坡的稳定性分析［J］.路基工程，2010（ 5）：27-29.

［7］李军，卞鹏.滑坡体预应力锚固效应及变化规律研究［J］.济南大学学报，2003，3（14）：21-24.

［8］CECS 22：2005岩土锚杆（索）技术规程［S］.

Application of Anchor Pile Construction Technology in Leyi Expressway Subgrade Project

Tang Youwen1， Sun Lu2
（1. Nanjing Transportation Construction Department， Nanjing 210008， China；
2. Nanjing Highway Administration Department Scientific Research Institute， Nanjing 210008， China）

Aiming at application of prestressed anchor cable poling board wall in cutting landslide strengthening construction，this paper anylzed construction technology of prestressed anchor cable poling board wall， based on Leyi expressway subgrade project. The results showed that use of prestressed anchor cable poling boar wall in cutting landslide strengthening construction had obvions advantages than traditional strengthening technology.

anchor pile； cutting landslide； prestress calculation； construction craft

U418.5

A

1672-9889（2016）02-0026-03

汤友文（1984-），男，江苏南京人，工程师，主要从事工程管理与工程项目前期工作。

（2015-06-24）