路堑多级高边坡阶梯分层加固施工关键技术探讨

曾联金

摘 要：在山区修建公路时，经常会遇到深挖路堑，在这种情况下，往往采用预应力锚索格子梁植草防护的形式对路堑高边坡进行防护。保证施工质量及安全，是此类工程的重中之重。本文以某高速公路项目为背景，对路堑多级高边坡阶梯分层加固施工关键技术进行探讨。

关键词：路堑高边坡;预应力锚索;格子梁;动态监控

中图分类号：U418.52文献标识码：A文章编号：1003-5168（2021）15-0104-04

Abstract： When building highways in mountainous areas， deep cuts are often encountered. In this case， pre-stressed anchor cables and lattice beams are often used to protect the high side slopes of the cuts. Ensuring construction quality and safety is the top priority of this type of project. This paper took a highway project as the background， and discussed the key technology of multi-level high side slope step-by-step reinforcement construction.

Keywords： high cutting slope;prestressed anchor cable;lattice beam;dynamic monitoring

预应力锚索格子梁植草防护作为一种路基边坡防护形式，被越来越多地应用到各等级公路中，尤其是在高速公路中的应用最为广泛。该防护形式具有支护高度不受限制、造价低、自重轻、稳定性好等优点，在路堑高边坡支护中发挥着重要作用。此工艺通过格子梁承受来自锚索的预应力，然后再传递至被锚固的路堑边坡土层中，从而改变路堑边坡土体受力状态，以达到稳固路堑边坡的目的[1]。

1 工艺流程

预应力锚索格子梁植草防护的工艺流程为：施工准备→搭设脚手架平台→钻机就位→钻进成孔、清孔→锚索安装→砂浆准备→注浆→锚索养护及格子梁施工→混凝土养护→锚索张拉、锁定→锚头封闭。具体施工流程如图1。

2 预应力锚索技术操作要点

2.1 作业平台搭设及受力验算

2.1.1 作业平台搭设。作业平台采用Φ48 mm×3.5 mm的Q235钢管搭设，三向间距均为1.5 m。最下缘钢管固定于坡脚边沟沟底，其余立杆均沿坡面固定于边坡土层或岩体内，斜杆使用3层钢管搭设。最下缘的部分作为斜撑，并固定于坚实的地面上。作业平台搭设简图如图2所示。

2.1.2 作业平台受力验算。

①选用材料的相关参数。Q235钢管的荷载为0.038 4 kN/m，抗拉强度、抗弯强度及抗压强度设计值取205 N/m2，弹性模量取206 000 N/mm2。惯性矩取12.187 cm4，截面抵抗矩取5.08 cm3，截面積为4.893 cm2，回旋半径为1.578 cm;钢管每米重3.841 kg;脚手板自重标准值0.4 kN/m2。

②受载分析。第一，恒载。恒载主要是作业平台结构自重，包括构件自重、扣件自重、杆件自重。计算简图如图3所示。查阅《建筑施工脚手架实用手册》[2]可知，步距为1.5 m，柱距为1.5 m，折合到面荷载的值为0.279 kN/m2，自重为23.7 kN。

第二，活载。活载主要是施工荷载，包括作业人员、材料及施工机具自重、风荷载。

作业人员荷载值取2 kN/m2;施工机具荷载值取8.5 kN，单层荷载值按每3跨布置潜孔钻机1台，则施工机具均布荷载值为1.3 kN/m2;垂直方向的风荷载按式（1）计算。

③作业平台计算。作业平台的荷载传递路径为：水平横杆→立柱。纵横向水平杆的内力以及变形按《建筑施工脚手架实用手册》表4-33计算。

普通黏土经过碾压处理可到达此基底承载力，满足施工要求。

2.2 锚索张拉及锁定

预应力锚索的张拉以及锁定应注意以下几方面问题。

第一，锚索处的格子梁表面必须平整，且与预应力锚索轴线保持垂直。

第二，格子梁混凝土强度在设计强度的80%以上时才可以进行张拉作业，张拉完成后，及时进行注浆及封锚。

第三，张拉设备及仪器必须经校准后方可进行张拉作业，并且设备应配套标定、配套使用。

第四，锚具、夹具及千斤顶应紧密贴合，千斤顶、孔道及锚索轴线应保持一致，以确保张拉力均匀且在同一条轴线上。

第五，在张拉锚索体之前，锚索应编束，先取10%～20%设计张拉力进行张拉，确保锚索平顺，各部位紧密贴合，受力均匀，最后再按张拉程序张拉。

第六，锚索体分为5级张拉，即分别用设计张拉力的0.25倍、0.5倍、0.75倍、1倍、1.2倍进行张拉。第5级需要稳压20～30 min，前4级需要稳压2～5 min，并及时记录张拉情况。记录内容包括油表读数、张拉力、异常情况、变形情况等。

第七，若无异常，及时进行注浆，浆液配合比应经配合比试验确定，注浆应饱满，若发现注浆不饱满，应及时进行二次注浆。浆液严禁采用人工拌制。多余的外露钢绞线，应采用砂轮切割机切除，并及时按要求封锚[3]。

2.3 钢绞线理论伸长值计算

2.3.1 锚索体及张拉设备的主要设计参数及有关要求

第一，预应力筋使用4束Φ15.2 mm的高强度低松弛钢绞线，钢绞线经编束后制作成锚索体。钢绞线标准强度[fpk ]=1 860 MPa，公称直径为15.24 mm，公称面积取140 mm2，弹性模量[E]=1.95×105 N/mm2。

第二，张拉力按[0.75 fpk ]控制，根据公称面积换算，张拉力为195.3 kN。

第三，钢绞线的锚固段长9 m，自由段长15 m，千斤顶工作长0.35 m。

第四，经标定，使用的张拉设备的线性回归方程为：

式中：[Y]表示压力表读数值，MPa;[X]表示荷载值，kN。

2.3.2 预应力筋的张拉程序。张拉设备主要有千斤顶、油泵、锚具、夹具及油表等。张拉设备必须经具有相关资质的单位检测、标定后才可投入使用。若张拉超过200次，使用超过6个月，或设备出现异常情况时，必须重新进行标定。标定证书应妥善保管，备查。

锚索张拉分5级进行，预应力筋的张拉程序：0→25%×[σcon]→50%×[σcon]→75%×[σcon]→100%×[σcon]→120%×[σcon]。

具体来说，第1级张拉力[P1]=0.25×781.2 kN=195.30 kN;第2级张拉力[P2]=0.50×781.2 kN =390.60 kN;第3级张拉力[P3]=0.75×781.2 kN =585.90 kN;第4级张拉力[P4]=1.00×781.2 kN =781.20 kN;第5级张拉力[P5]=1.20×781.2 kN=937.44 kN。

2.3.3 预应力筋张拉后的理论拉伸长值（mm）及理论油表读数（MPa）计算。计算公式：

式中：[P]表示预应力筋的平均张拉力，kN;[L]表示预应力筋的长度，mm;[A]表示预应力筋的公称面积，取140 mm2;[E]表示预应力筋的弹性模量，取1.95×105 N/mm2。

张拉数据如表1所示。

2.3.4 预应力筋的伸长率偏差解决办法。预应力筋张拉时，应以控制张拉力为主，辅以伸长值作为校核，预应力筋实际与理论伸长值的偏差应满足设计文件的要求。若设计文件未规定，则两者的偏差应保持在6%以内，否则必须停止张拉，并查明产生偏差的原因，采取措施纠正。对于已出现偏差过大现象的预应力筋，应返工处理，重新张拉，直至偏差值满足要求。

2.4 路堑高边坡开挖及加固过程动态监控技术

为保证路堑高边坡开挖及加固施工过程的安全，应按设计及规范要求全过程进行施工监控，及时、准确掌握边坡土体的受力及变形情况，并根据监测数据，有针对性地采取措施，例如，改变施工方法，优化机械、人力、资金等的配置，从而减小事故发生的概率和事故的严重程度[4]。

2.4.1 监测项目。路堑高边坡开挖及加固过程中的主要监测项目有土体变形、土体内地应力、土压力、锚索内力等。

2.4.2 监测方案。

①土体变形监测。在每级开挖及加固时，在边坡顶部、中部及下部设置水平位移、竖向位移监测点。水平位移监测包括边坡土体、格构梁部位的水平位移监测，该监测手段能够清楚地了解在边坡开挖及支护各阶段、各部位的水平变形量。根据设计及规范要求，在监测时可以使用高精度的全站仪。在每级开挖时，通过布置测斜管，可以进行土体深层位移监测。位移（测斜）监测的项目主要是边坡坡内土层（岩层）的倾斜值，因为测斜管埋深较深，比边坡开挖的深度大，所以可以将最下缘的初始监测点看作不动点。

②土压力监测。边坡开挖后，在采用预应力锚索格构梁加固时，进行支护结构土压力监测，同时，安放土压力盒，边坡分级开挖加固时，进行土压力监测。

③土体应力状态监测。边坡开挖后，在采用预应力锚索格构梁加固时，进行边坡土体内部应力监测，监测目的在于根据土体内部的应力变化情况，控制预应力锚索施加预应力的大小，保证施工过程的安全性。监测点根据边坡潜在的滑动面位置确定，在监测点分别安放水平土压力盒和竖向土压力盒，边坡分级开挖加固时，进行土体内应力监测[5]。

④内力监测。锚索内力是反映预应力锚索格子梁支护结构的受力状况及安全状况的最直接的指标之一，可以详细描绘出锚索体的实际受力随时间变化的情况。监测点应选择在受力较大且有代表性的位置，按本工法施工时，每个边坡开挖分段至少选取一个断面作为监测点，而且在一个断面内，每级开挖边坡至少选取1根锚索进行内力监测。当地质条件较为复杂时，可增设锚索内力监测点。

3 结语

路堑高边坡施工往往属于危险性较大的工程，在施工前，应编制专项施工方案。对于高度超过30 m的岩质边坡以及高度超过20 m的土质边坡，还需要对编制的专项施工方案进行专家论证。从这方面来说，在施工中应高度重视施工质量及安全，避免发生群死群伤事故。工程实践表明，严格按照有关规定进行预应力锚索及监控量测施工，能大幅提升工程质量，减小工程事故发生的概率。

参考文献：

[1]梁瑞臻.预应力锚索治理路堑边坡滑坡施工技术研究[J].中华建设，2011（10）：126-127.

[2]杜荣军.建筑施工脚手架实用手册[M].北京：中国建筑工業出版社，1994.

[3]郑向荣.水利工程施工中边坡开挖支护安全监控方法研究[J].水电站机电技术，2020（11）：163-164.

[4]林吉，李其泉.某公路高边坡崩塌成因与治理[J].华东公路，2000（3）：67-69.

[5]林伟.高速公路路堑边坡防护、绿化、景观综合处治[J].中外公路，2002（3）：66-67.