锚杆框架工业化方案研究

杨旭鑫，王志峰

（安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司，安徽 合肥 230088）

0 前言

锚杆框架作为一种应用广泛的高边坡加固防护方法，它由锚杆锚固体和坡面框架格梁组成，是在边坡坡面上通过铺装钢筋混凝土框架格梁，格构节点处（纵、横梁相交处）采用锚杆加以固定而形成的固坡结构型式。这种防护措施使边坡表层土体原有的联结力得到一定程度的锁定，从而提高了表层土体的强度，使边坡的稳定性增加。对于既有边坡，可根据边坡形状进行少量平整，再进行快速施工。该加固支护结构具有技术先进、安全可靠、经济美观（框内植草）、施工方便等突出优势，尤其针对岩石极易风化、崩解，边坡易崩塌、滑动的边坡，能有效地保证边坡的稳定性。

1 研究目的与原则

1.1 研究目的

目前，在交通运输部大力推进工程建设工业化、装配化，创新建造方式的新形式下，公路工程建设开始走向机械化、工厂化、装配化[1]。开展锚杆框架工业化研究，一方面可以提高公路路基专业工业化建造技术水平，与路基小型构件装配化、挡墙装配化研究同步推进，实现路基工程全面装配化；另一方面，与传统的现浇框架梁施工方式相比，通过框架梁预制化、预应力锚固设计可以提高道路边坡锚固工程质量可靠性，并且可以统一施工工艺，提高施工效率，加快建设进度，降低施工成本，也利于养护管理，使得正常养护维修简单化、工厂化、集约化，降低养护成本[2-4]。

1.2 研究原则

对现状现浇框架方案进行工业化改进，所研究出的创新方案应满足以下原则。

①技术创新：所提出的方案应具备较好的创新性，突出装配化设计，工业化建造的要求。

②技术先进性：所提出的方案应具备较好的技术先进性，主要技术应成熟可靠，总体方案无明显技术缺陷。

③经济合理性：创新方案应在经济上可以接受，建造成本提高不超过20%，对工程总造价的影响范围有限。

④施工可行性：创新方案应符合当前施工能力水平，不过高要求技术设备，尽可能消除人为对工程质量的影响。

⑤质量可靠性：创新方案应能够保证工程建设质量达到当前行业先进水平，且工程质量能够得到有效控制。

2 锚杆框架工业化方案研究

锚杆框架工业化即工厂生产预制构件再运送至现场进行装配拼接，在满足工业化方案研究原则的前提下，提出节段预制和节点预制2种方案。

2.1 节段预制方案

2.1.1 方案概述

以节点为界点，将框架拆解为多个独立的节段，预制好的节段现场组拼后通过锚定墩（预制）固定在边坡上，并将边坡压力传递至预应力锚杆。

参照以往的现浇框架，每片框架（沿路线方向尺寸为6.0m）拆解为6个竖肋节段和6个横梁节段，由6个锚定段通过预应力锚杆加固组装在边坡上。框架节段预制方案如图1所示。

2.1.2 施工工艺

图1 节段预制方案示意图

预应力锚杆打设完成并具备充足强度后，以锚杆锚固端为中心，先安装下部节段，再安装横梁，最后安装上部节段，之后将锚定段套装在锚杆锚固端上，完成定位后施加部分预应力以固定各构件。节段安装和节点预应力施加完成一定范围后，按顺序施加设计预应力完成边坡加固。

施工过程中如出现部分节点预应力不能达到设计要求的情况，可在节点预留锚孔处补设锚杆进行加强，锚固区域外围的节段端部应打设边缘锚杆。

2.2 节点预制方案

2.2.1 方案概述

以节点为中心，将框架拆解为多个独立的十字墩，预制好的十字墩直接套装在锚杆锚固端上，底部设置支撑，通过施加预应力将边坡压力传递至预应力锚杆。

参照以往的现浇框架，每片框架（沿路线方向尺寸为6.0m）拆解为6个十字墩，分别由预应力锚杆固定在边坡上。框架节段预制方案如图2所示。

图2 节点预制方案示意图

2.2.2 施工工艺

预应力锚杆打设完成并具备充足强度后，先在底部设置支撑，然后将十字墩套装在锚杆锚固端上，完成定位后施加预应力固定。中部、上部十字墩预制时在底部预留支撑锚杆，下部、中部十字墩预制时在上部设置导向槽，以利于吊装过程中准确定位。

施工过程中如出现部分十字墩预应力不能达到设计要求的情况，可在预留锚孔处补设锚杆进行加强。

3 方案比选分析

3.1 技术比选

分别从技术先进性、施工可行性、质量可靠性等方面进行比选，主要内容列于下表1。

方案技术比选对比表 表1

从方案技术对比分析可以看出，节段预制方案和节点预制方案均符合预制化、装配化的特点，但节点预制方案的集成化程度更高[8]；2种方案均需采取吊装拼接，节点预制方案对拼接精度要求更高，但其装配过程相对简单，安全风险低；2种方案在锚固力方面均存在一定隐患，均可通过预留锚孔补设锚杆的方法进行补强，节点预制相比节段预制不存在节点衔接而影响工程质量的问题。

3.2 经济效益比选

根据2个方案工程量、施工措施特点进行经济估算指标的比较，并与现状现浇框架方案进行比较（以沿路线方向尺寸6m工程量计），主要内容列于下表2。

方案经济效益对比表（单位：元） 表2

从经济效益对比分析可以看出，由于采用预制装配工艺，构件质量可靠，边坡与框架、框架与锚杆间受力明确，相比于现浇框架，可以采用较小的钢筋，同时考虑拼装特点，取消了框架顶部横梁。因此在梁体材料方面有所节约，但预制方案采用预应力锚杆，相比于现浇方案在锚固方面成本更高。从材料总体造价来看，预制方案与整体现浇方案相差不大，但综合施工效率及后期养护成本，工厂化预制方案具有明显的经济效益[9-11]。

4 存在的问题

4.1 施工流程控制

考虑吊装施工难度，边坡施工时应尽可能开挖一级支护一级，但现实中大部分工程现场开挖多级后才开始实施支护工程，多级开挖后吊装难度增大。

现场施工时，锚杆打设队伍和框架制作安装队伍可能分属不同部门，需要加强施工流程的协调。

4.2 套装定位控制

路堑边坡开挖后难以形成理想的平顺坡面，十字墩预制时也存在少量的尺寸偏差，使得安装时锚定孔和已打设完成的锚杆可能有所偏差。设计方案中考虑设置基础、导向槽、支撑钢管等设施辅助定位，现场过大偏差需要通过垫石、削短钢管等措施调整，因缺少施工经验，需要进行试验施工检验。

5 结论

本文通过对锚杆框架工业化方案进行对比分析，得出以下结论。

①锚杆框架工业化预制方案是现行公路实现路基工程全面工业化、装配化的重要环节，节段预制和节点预制方案满足创新性设计原则。

②节段预制和节点预制方案均具有一定的技术可行性，在集成化、施工安全、质量可靠性方面，节点预制方案较优。

③工业化预制方案较以往的现浇方案增加不多，但考虑“建管养一体化”及“全寿命周期设计”，工业化预制方案经济效益更明显。并且节段预制和节点预制方案造价相差不大，节点预制略低于节段预制方案。

④本文的节段预制及节点预制方案均为在设计过程中研究讨论提出，为原创性方案设计，需要结合实际工程进一步研究优化。