高速公路高边坡防护预应力锚索施工技术研究

张宁宁

（山西路桥第七工程有限公司，山西 晋城 048000）

1 工程概况

此高速公路工程项目全线长39.916km，起讫桩号为K10+338—K50+254，双向6车道，设计车速为120km/h。其中，K26+229—K38+515 段位于低山丘陵区，地势东高西低，沿线河谷主要为U 形，谷底较为狭窄，山体比较陡峭，上部覆盖了一层残破积黏土层（厚度为8～16m），下部为砂土状岩层（厚度为3～6m），底部是强风化变粒岩与弱风化片岩。项目现场地质条件复杂，边坡结构稳定性较差，必须采取合理、有效的高边坡防护措施。

2 加固方案与试验

选取具有代表性的路段（K26+500—K27+118）进行高边坡加固处治方案设计。边坡加固措施主要分为6级：①设计一级护面墙；②设计二级护面墙；③以交错方式构建预应力锚索框架，宽度为8.0m，间隔距离为8.0m，级别为一级，同时安装4孔锚索；④设计三维网植草护坡；⑤以交错方式构建预应力锚索框架，宽度为8.0m，间隔距离为8.0m，级别为二级；⑥设计三维网植草护坡。

措施③中预应力锚索框架的上排锚索长度为28m，下排锚索长度为24m，锚固段长度为8m，采用的拉应力为700kN。

措施⑤中预应力锚索框架的上排锚索长度为34m，下排锚索长度为30m，锚固段长度为10m，采用的拉应力为700kN[1]。

措施③和⑤使用的都是压应力分散式锚索（孔径为150mm） 和预应力钢绞线（直径为15.5mm，强度为1 800MPa），把锚索分成3 单元，每个单元包含长度一致的2根钢绞线。

高边坡加固施工之前，必须完成预应力锚索抗拉拔破坏试验，然后结合试验结果合理优化设计参数与安全系数等，从而确保高边坡加固处治效果。此项目中，高边坡预应力锚索的抗拉拔试验中，首先实施初始荷载加载，然后以循环加载方式一直加载至预应力锚索破坏。加载、卸载以及试验观测等情况详见表1。

表1 高边坡预应力锚索抗拉拔破坏试验结果

结合试验结果绘制锚索“荷载—位移量”曲线、“荷载量—弹性位移”曲线等，各曲线平顺，无突变点，表明采用的预应力锚索具备良好塑性，有效增强了高边坡结构的稳定性。预应力锚索的安全系数为2.5，满足规范中不小于2.0这一基本要求。

3 施工技术

此项目中高边坡预应力锚索施工流程详见图1。

图1 高边坡预应力锚索施工流程

3.1 边坡开挖

结合设计要求，采用分级分层方式进行边坡开挖，一边开挖一边支护，以免发生边坡坍塌。针对变形较为严重的边坡路段，采用分段跳挖方式，同时由两头至中间有序推进；针对石质边坡，采用弱爆破方法，严格控制爆破范围[2]。如果边坡开挖阶段出现地下水，必须采取措施把地下水及时排出。

3.2 钻孔与清孔

以拉线尺量的方法实现精准测放，采用铁钎与油漆标记锚固孔的位置。根据设计孔位与倾角要求布设钻机，同时采用测量设备对角度进行严格控制，以保证钻机导轨倾角误差不超过±1°，方位误差不超过2°[3]。结合项目施工现场地质条件与特点合理选择钻机，一般土层使用冲击回旋钻，岩层使用气动冲击钻。钻进阶段不可冲洗钻具与孔壁。根据要求对钻进尺寸和速度进行严控，以防止发生孔斜或变径。此项目高边坡土质包含土层与岩层，因此选择“冲击回旋钻+气动冲击钻”。施工中应保证孔径、孔深等参数符合设计要求，待钻孔至设计孔深后，采用高压空气（风压控制在0.2～0.4MPa）清除钻渣与积水，以促进水泥浆液与孔壁之间的良好黏结。

3.3 锚索制作与安装

以机械方式进行钢绞线切割。张拉端钢绞线的预留长度应不小于1.5m，同时以1.5m 为间隔距离，在钢绞线中设置架线环，从头端建立导向帽，以点焊方式与承载板进行固定连接，根据设计尺寸合理预留溢浆孔。以45 号钢为原材料制作承载体（厚度大于等于2cm），从锚索中间位置（通常为8～10cm 处）绑扎注浆管，同时在自由段与锚固段的交界处安装止浆带，从前端安装排气管[4]。此项目中的锚索结构如图2所示。

图2 预应力锚索结构

待预应力锚索制作完成后，立即实施锚索安装。必须确保安装角度与钻孔角度相同，以防止锚索弯曲。此外，根据要求安装抽、吸排气管，同时重点检查排气状况。

3.4 压浆

预应力锚索制作阶段，自由段的钢绞线用PVC 管封闭，同时在自由段与锚固段的交接位置安装止浆环。此项目中，灌浆设备为灰浆泵（型号为2-UB-4.5），使用的浆液为水泥砂浆（配合比控制在1∶1，水灰比为0.45），浆体的强度应不小于45MPa，灌浆压力控制为2.0～2.5MPa。以孔底为起点进行连续灌浆，当孔口溢出新鲜浆液后立即停止注浆。若孔口浆液出现了回落，则需要在30min以内持续补浆，补浆次数不少于2次。

3.5 框架梁与锚斜托

当单元锚索注浆施工完成之后，需要实施钢筋绑扎、模板安装与框架梁、锚斜托浇筑。钢筋安装阶段，需要从波纹管中穿入锚索，同时在框架梁钢筋网上进行波纹管固定处理，以保证锚斜梁承压面平整，同时斜梁与锚索轴线垂直。

3.6 锚索张拉与锁定

此项目选择液压穿心千斤顶（型号为1500）与高压电动油泵（型号为2-YBZ-49）实施张拉，需要提前对设备性能参数进行检查，然后精准标定千斤顶与高压泵等，以保证千斤顶轴线与锚索、锚孔轴线处在同一条直线上。张拉前，按设计预应力的10%～20%进行预张拉，对构件与各部位接触情况进行仔细检查，确保无误后按照程序进行正式张拉。最大张拉需要保证稳定持荷10～15min，其余各级别张拉持荷时间控制在5min。当预应力锚索实际张拉值符合预期、伸长量实际值与理论值偏差在6%之内，同时张拉处于稳定状态之后，立即进行锚索锁定[5]。

在预应力锚索处于锁定状态的48h，若出现预应力损失，则必须及时进行张拉力补偿，锁定状态完成之后应进行7d 连续性观测，若无任何异常则可以实施封锚。在封锚施工阶段，选择与框架梁强度级别一致的混凝土进行外锚头封锚，以防止预应力锚索加固系统出现锈蚀病害。

4 结语

本文结合某高速公路工程项目的实际情况，首先对高边坡结构加固方案与试验进行了分析，然后重点研究了高边坡预应力锚索施工技术，主要包括边坡开挖、钻孔与清孔、锚索制作与安装、压浆、锚索张拉及锁定等。实践表明，此高速公路高边坡防护采用的预应力锚索施工技术合理、可行，显著增强了高边坡结构的稳定性及安全性，为类似项目施工提供了参考。