高边坡预应力锚索框格梁关键工序施工技术研究

黄 岭

（中铁十四局集团有限公司市政工程分公司，山东青岛 266061）

1 研究背景

随着高边坡施工技术的不断创新发展，预应力锚索框格梁技术在高边坡施工中得到了广泛应用，锚索框格梁在运营过程中的安全稳定一直是高边坡防护的关键控制目标。

在高边坡安全稳定理论研究方面，熊宝林等[1]对预应力锚索格子梁进行三维有限元模拟，计算安全系数，证明加固体系安全稳定。赵久欢[2]对高边坡预应力锚索格构梁体系固坡机制进行研究，以边坡安全系数为控制指标提出该类支护结构的优化设计参数。向安田[3]对高边坡预应力锚索格梁的承载机制进行研究，确定锚索的荷载传递原理和破坏机制，分析锚索预应力损失的一般规律及其影响因素。

在高边坡预应力锚索框格梁施工方面，倪初冬等[4]对锚索施工工艺流程、施工注意事项进行探讨，提出锚索施工的关键为钻孔深度、锚索安装、注浆、预应力张拉质量，尤其锚索的张拉工作是关键。徐来银[5]、陈小金[6]、靳永贵[7]分别从不同角度介绍高边坡预应力锚索框格梁施工工艺技术，但均未说明哪些工序是保证高边坡预应力锚索框格梁支护体系安全运营的关键。

研究多从力学理论以及施工流程进行独立分析，结合施工分析质量影响受力变化较少。文章在这些研究的前提下分析预应力锚索框格梁施工各个环节，以江西省广吉（广昌—吉安）高速公路中的一段高边坡施工为研究对象，基于路堑边坡岩土体较破碎、松散，易发生坡面滑塌的围岩性质，分析关键工序施工质量对高边坡预应力锚索框格梁支护体系的影响。

2 预应力锚索框格梁受力体系失效分析

（1）受外界自然条件变化的作用，围岩性质发生改变，锚索的锚固力对地层密度变化反应敏感。

（2）锚索孔内黏结介质性质变化，孔内黏结介质的横向破坏或断裂，锚固效果急剧恶化。

基于这两种失效原因，保证预应力锚索框格梁安全稳定的关键在于施工过程中减少高边坡扰动，做好边坡防护，减少自然环境对边坡的侵蚀作用；预应力锚索成孔、注浆形成均匀稳定的固结体。

3 预应力锚索框格梁关键工序施工技术

3.1 地表截流排水

边坡开挖前，在坡顶依据山形特点，对山体表面地形地貌进行截排水施工，截排水施工控制的关键为确保高边坡施工及运营阶段大气降水不会影响边坡的稳定以及冲刷侵蚀边坡，使地表水能够顺利地汇集进入截水沟，水沟边缘密实不会出现侵蚀现象，排水断面衔接顺畅便利水流通过。

3.2 锚索成孔

锚索成孔孔位、打设角度符合设计要求，成孔后孔径、孔深符合设计要求，注浆前孔内清洁无杂物，无缩孔现象。在实际施工过程中，成孔地层常出现岩石破碎、松软、饱和水等不良地质，需要根据实际工况采用跟套管工艺护壁；成孔优先采用干式成孔，防止钻孔过程中恶化斜坡基岩的地质条件，保证孔壁黏结性能，禁止喷水成孔；钻进过程中，严格控制成孔速度，防止钻具扭曲、变形、难以固定等事故发生；成孔后用高压空气（风压0.2～0.4 MPa）除去孔内的岩粉和水；插入锚索前观察成孔质量，围岩稳定时可直接插入锚索，围岩不稳定时可留置套管，在注浆过程中随注浆体位置变化逐渐拔出套管。

3.3 锚索体安装

正式将锚索体放到锚孔准备阶段，为了保证锚索体组装符合设计要求，必须对锚索体制作质量进行检查。

（1）清理干净锚孔内与锚孔外的周遭杂物。

（2）锚索体长度符合设计锚孔深度相符。

（3）锚索体没有非常态现象（如明显弯曲以及明显扭转等）。

（4）锚索防护介质不存在损伤情况。

正式将锚索体安放入锚内的过程中，应避免锚索体出现挤压、玩去或扭转情况，其如空倾角应与锚孔倾角在方位上保证一致性；推送时必须保证平顺，杜绝出现抖动、扭转或串动行为，避免中途出现散束和卡阻。

3.4 注浆

注浆材料为水灰比0.45～0.50的纯净水泥浆，浆液制备完成后立即使用；注浆前排出注浆管道内的空气，插入孔底，计算注浆液面位置缓慢拔出注浆管，保证浆液从孔底向孔口流动；注浆分两次进行，初次注浆完成后，设专人监控孔口浆液位置变化，发现液面收缩时，立即进行补浆直至浆液凝固至设计要求深度；采用跟套管护壁成孔锚索时，应先在套管内注浆至设计液面位置，依次拔管，拔一节管补浆一次，液面保持为设计深度。

3.5 张拉锁定

（1）锚筋张拉。

锚筋张拉程序中，应严格按照设计要求作业。边坡锚固工程的锚筋张拉宜采用超张拉，超张拉力值为设计拉力值的1.1～1.2倍。锚筋张拉力值宜分两次张拉作业施加，第一次张拉作业力值为设计张拉力值的一半，第2次张拉作业直至超张拉力值。每次张拉宜分为5～6级进行，第1次张拉需要稳定30 min，其余每级持荷稳定时间为5 min，分别记录每级荷载对应锚筋体的伸长量。

同一结构单元上的锚筋张拉应同步进行，确保结构受力均匀，避免局部变化和相互影响。如果受施工设备和结构条件限制，应结合上述两次张拉作业，根据结构单元受力特点与规律，按照合理的方式进行循环张拉。如采用循环张拉，在第1次张拉作业时，按照先左右后中间，先上下后中间和先对角后中间的作业原则进行，结合具体结构单元受力特点和锚孔布置情况，拟定合理的张拉方案。第2次张拉作业时，按照第1次张拉作业顺序循环张拉作业，直至张拉满足设定最大张拉荷载值。

（2）锚筋锁定。

锚筋张拉至设定最大张拉荷载值，持荷稳定10～15 min，卸荷进行锁定作业。锁定使用的锚具和夹片应符合技术标准与相关质量要求。发现有明显预应力损失时，应及时进行补偿张拉。

3.6 框格梁基面清理

框格梁一般露出地面0.1～0.2 m，现场对硬岩切割坡面进行确认可以使框格梁的埋深变浅，但需要设置砂浆组砌的瓦砾，使排水坡面保持平顺，以免坡面被排水侵蚀。框格梁立模前检查槽内基面，清除基面松动岩石及杂物，若框架梁槽挖空过多，超挖部分用同标号砂浆或混凝土回填。

3.7 框格梁浇筑

框格梁浇筑的关键为控制浇筑完成混凝土与基岩密贴，接触位置混凝土密实，无气孔、疏松等缺陷，预防混凝土离析和预防模版漏浆造成的烂根现象。

3.8 框格梁排水处理

框格梁浇筑完成拆模后，立即对框格梁与基岩接触边缘进行处理；处理的原则为控制坡面流水方向，确保流水汇集不会延框格梁边缘冲刷基岩；流水不会在框格梁内部汇集滞留，尤其在节点处，造成水体浸泡锚索与框格梁连接位置，导致该区域围岩性质变化造成锚索应力失效。

4 工程实例分析

广吉高速公路高边坡框格梁设计为矩形结构，这种结构会导致降雨后坡面水延框格梁边缘向锚索汇集。为减少水对预应力锚索框格梁支护体系的危害，应在施工过程中加强坡顶截排水施工技术及质量控制，确保坡顶水不会与坡面水交汇。锚索成孔阶段，根据围岩变化局部采用跟套管施工及注浆工艺确保注浆体施工质量；框格梁施工阶段，严格进行基面处理和浇筑质量控制，确保了框格梁与基面接触部位无缺陷；框格梁浇筑完成后，及时进行坡面排水处理，预防坡面水对框格梁接触基岩的冲刷、侵蚀破坏。

坡面框格布置如图1所示。

图1 坡面框格布置

5 结语

为了控制高边坡预应力锚索框格梁应力不在运营阶段失效，应在施工过程中通过工艺控制确保水害不会对框格梁与基岩接触位置产生冲刷侵蚀的危害以及注浆体不会产生断裂或破坏。地表截排水必须根据坡顶山体地形地貌以及地表岩体地质特征进行特殊设计，确保地表水不会对坡顶岩体产生冲刷侵蚀，尤其不会对截水沟产生冲刷、侵蚀破坏。注浆前应根据钻孔施工过程判断成孔质量，确保注浆形成均匀的柱状固结体，特殊条件下采用跟套管施工工艺回退注浆。框格梁施工完成后，立即进行缺陷消除和坡面排水处理，确保坡面水不会对框格梁与基岩接触面产生冲刷侵蚀后再进行锚索预应力施工。