高速公路路基边坡滑坡治理的锚索技术分析

雷雄

（湖南省高速公路集团有限公司邵阳分公司，湖南长沙 410000）

0 引言

在高速公路工程建设过程中可能出现边坡结构失稳，甚至坍塌的情况。经过多年的理论研究和实践验证，专家们提出了一种能较好地保持边坡稳定性的预应力锚索加固技术。研究以某高速公路工程为例，全面阐述了预应力锚索加固技术在公路路基边坡防护中的应用，旨在有效促进我国高速公路交通基础设施的发展。

1 高速公路边坡防护设计原则及防护措施

1.1 边坡防护设计原则

边坡防护的基本原则是提高结构的稳定性，在保证边坡结构稳定的同时，做到节约能源、保护环境等。在进行路基边坡防护设计时应充分融入绿色节能设计思想，营造生态、环保、安全、可靠的边坡防护景观。

1.2 高速公路边坡常用防护措施

对于坡度较小、地质条件较好的地区，建议采用绿化措施进行边坡防护。目前，常见的边坡防护技术包括生态防护、锚固防护、柔性防护等。锚固防护是指通过设置锚杆、锚索实现边坡结构的加固，在进行锚索安装时应准确确定钻孔位置，严格控制注浆压力、浆体配比等环节，保证满足设计需要。生态防护技术包括三维植被网防护、喷播客土防护、土工格栅植草防护等。生态防护技术可用于缓坡易种植的边坡，可有效提高边坡结构的稳定性[1]。

2 工程概况

某高速公路合同段总长2.38km，其中包括一个滑坡治理工程、一座高架桥、三条隧道。施工过程中，在K9+800—K9+920 区间出现比较严重的塌方，工程设计部门立即组织有关人员对现场的具体地质条件进行综合勘查，并结合工程的具体情况采取了相应的加固措施，主要包括调节滑坡纵坡坡度、卸除载荷、整体排水、锚索加固、地梁加固。以雷公山滑坡体中的K9+900—K10+200 区段为实例，进行边坡防护技术的研究。

3 工程边坡加固项目采用的方案

第一，整体排水工程施工。在右侧坡度最大的边坡顶部设置阶梯状截水沟；在一、二级边坡表面分别设导水孔，安装导水管，管径为60mm，采用塑料材料制成。

第二，滑坡体右侧边坡加固。对于一级边坡K9+900—K10+200 区段，采用高度7m 的C20 混凝土挡土墙、人字形钢筋混凝土植草进行边坡防护，并在距离墙角500mm 处设有深排水口，呈梅花状布置，间距2m，长度20m；二、三级边坡采用锚索地梁进行加固防护，锚索规格为4φ15.24，地梁横向间距3m，纵向3排，每个锚孔的设计吨位为500kN，锚杆长度8～12m；二级边坡表面K9+900—K9+952、K9+079—K9+093 区段、四级边坡采用喷洒草籽的方式进行绿色防护。K8+900—K9+200 段右侧边坡加固工程方案示意图见图1。

图1 K8+900—K9+200 段右侧边坡加固工程方案示意图

第三，高速公路施工和运营期间的监测。为了及时掌握边坡结构的稳定情况，施工方应在滑坡的特定部位分别设置两个深层监测断面，即K8+980 段、K9+050 段均设置2 个监测孔，孔间距为30m。根据施工现场的具体情况，确定监测孔的具体位置和孔深，但孔深不能小于25m。在施工过程中应做到每日监测1～3 次；在高速公路运营期间，应做到每周监测1～3 次，根据滑坡体的实际状况，确定具体的监测内容，如水位、位移等。

4 锚索施工原理

第一，按技术规范依次进行边坡开挖和修整，然后对假定滑动面土体进行钻孔作业。钻孔到一定位置，同时在土体完全稳固的情况下设置孔道。孔道口为锚索的自由端，其底面则为锚索锚固端。锚索由钢丝绳制成，经过孔底设置于外部孔道口。经过一段时间的养护，混凝土与孔道完全结合，从而达到加固边坡的效果。第二，锚索可分为锚头、自由端、锚固端三大部分。锚固端分为内部锚固端、外部锚固端两部分，外部锚固端起到张力作用，内部锚固端起到固定锚索的作用。自由端的作用是传递锚索的张力。锚头是锚索的联结构件，同样可分为内锚头、外锚头两类。内锚头主要有机械结合、胶结等多种连接形式，外锚头主要采用螺栓等连接形式。锚索结构如图2 中所示。第三，锚固是安装锚索的关键环节。预应力锚索由于施工工期长、施工技术要求高、施工工艺复杂，在全面掌握锚索施工原理才能确保锚固施工质量。

图2 锚索结构示意图（单位：mm）

5 预应力锚索施工技术要点

5.1 锚索钻孔施工要点

在锚索施工中，钻孔质量是影响锚杆施工整体质量的关键因素。根据工程实践经验，参照有关资料，总结出不良地质条件下该高速公路工程在采用的锚索钻孔施工要点：

第一，布设锚索孔时应做到精准定位、合理布局；钻孔前要确保钻机就位。

第二，施工过程中应根据测量数据调整钻孔导向架，使其倾斜角度保持在30°，实时监测倾斜角度，确保其处于合理范围。同时应确保钻孔顶部、锚索的夹角误差在3%以内。

第三，为了防止施工过程中出现路基边坡失稳，可根据实际情况采取干钻方式施工。在进行锚索钻孔时，如发生塌孔应及时中断钻孔作业，彻底查明塌孔原因，并采取相应的处理措施，待达到施工安全要求后方可继续施工。

第四，在施工中应对锚索安全过程进行合理控制，确保钻机安全、可靠。

第五，为了方便后续施工，应钻至设计深度30cm以下。

5.2 锚索钻孔纠偏工艺要点

第一，根据边坡的实际情况进行钻机定位和倾角控制。钻进深度达到0.2～0.3m 时，内应对孔的倾角情况进行检测，并进行严格校核。

第二，钻孔位置偏差的影响因素很多，例如边坡失稳、人为操作措施等。在实际施工过程中应针对不同的工程条件合理地调节排渣设施、钻杆、设备校核、孔口导流器等设备的各项参数，通过对钻孔进行调节可有效避免孔眼倾斜。

第三，钻进过程中应根据边坡周边的特殊地质条件合理选择相应的钻孔参数。

5.3 锚索制造及安装要点

锚索材料是影响整个边坡稳定防护施工成败的关键因素，直接决定了施工质量和施工安全。因此，在实际施工前，应严格按照施工设计要求仔细检查锚索材质、规格、型号以及质量证明材料等，从源头上杜绝不合格材料，有效确保锚索材料质量[2]。

第一，选择规格为4φ15.24 的无黏结、低松弛、高强度钢绞线，设计强度不小于1860MPa；锚索孔设计吨位500kN，锚具选用OVM15-4 型锚具。

第二，根据施工现场的地质条件确定合理的孔深、锚固长度。

第三，下放锚索前应认真检查孔道，确认孔道内部完整、通畅。实际安装锚索时应密切监测锚索的变形情况，如发生明显变形需采取措施及时有效纠偏。

第四，严格按照施工设计要求开展钻孔作业，钻孔作业结束后应及时检查钻孔情况，保证钻孔质量符合施工设计要求。

第五，连接承载板、预应力锚索时，应使用钢绞线穿过钢板圆孔，借助挤压簧、挤压套压接，再根据一定的承载体间距拼装成完整的锚杆体系。

第六，按照2m 间距设置锚固段隔离架，避免钢绞线缠绕，保证承载体处于钻孔中间处；在各锚索外露部位做清晰记号。

5.4 锚索的注浆要点

5.4.1 注浆配合比设计

进行注浆施工时应选用强度等级为P·O42.5R 的硅酸盐水泥；对于裂缝较为严重、浆料用量较多的部位，应严格按照施工设计要求先进行回填作业再开始锚索施工。对于破碎区域可以使用水灰比为1∶1～0.45∶1 的水泥浆做注浆补强处理；束线施工结束后应适当减少钻孔浆体中减水剂掺加比例，确保不超过1%，同时水灰比应由原有的1∶1～0.45∶1降低至0.38∶1[3]。

5.4.2 注浆施工工艺要点

注浆质量对于锚索的安装质量及其承载力有直接影响。

第一，浆体材料配比对预应力锚索的加固效果有很大影响，在工程实践中一般使用水泥砂浆进行注浆。

第二，合理提高注浆压力可以提高注浆质量和施工效率。正常情况下采用封堵注浆管口及插入注浆管的方式增加注浆压力。

第三，为防止注浆管道发生堵管，在注浆之前应充分了解注浆浆料的性能，如和易性，保证浆料性能满足施工设计要求。

5.5 张拉、锁定和封锚锚索要点

张拉作业采用高强度、低延展的钢绞线，并根据锚索材料、受力状态等多种因素选择合适的张拉设备，通过计算确定张拉时的关键控制参数，将参数数值输入张拉设备中，以确保张拉过程可控，提高张拉效果。

第一，张拉预应力锚索时必须确保张拉设备运行状态正常，确认锚墩强度、注浆强度等控制指标需符合施工设计要求后方可进行张拉。

第二，根据该高速公路路基边坡实际情况选择间歇式张拉方式进行预应力锚索张拉。首先张拉至设计值的90%；保持张拉14d 后开始第二次张拉，张拉至设计数值的110%。利用相关检测设备对预应力锚索张拉效果进行检测，确认主要控制指标参数是否达到施工设计要求，如达到要求可开始封锚，否则应再次进行张拉作业，直至达到施工设计要求。

第三，该高速公路路基边坡预应力锚索张拉按照分组、分级、依次张拉的原则。划分张拉等级前应先对锚索进行标记，再绘制出锚索分布图、张拉顺序图。

第四，预张拉钢绞线，再逐渐增加荷载直至设计标准后锁紧，保持14d 进行第二次张拉作业，即0—miσcon—mσcon（持续锁定10～20min；其中，mi 为张拉分级系数，取0.25、0.5、0.75、0.9、1.1；m 为超载安装系数，取1.1；σcon 为设计张拉值）。

第五，按照预应力锚索张拉分组、分级情况对钢绞线进行依次张拉，再根据事先标号的序号进行第二次张拉；张拉过程中应逐级增加载荷，严控载荷增加速率，确保不超过0.2σcon/min。

第六，张拉完全部钢绞线并锁紧后需仔细检查钢绞线及锚具质量。清理多余钢绞线，用水泥封闭锚头，最后清理现场[4]。

6 检测锚索施工质量、边坡稳定情况

6.1 检测锚固工程施工质量

完成预应力锚索施工后应检测其长度、抗拔性能、张拉质量，确保各项指标满足施工设计要求。

第一，抗拔性能检测。加载1.5 倍设计荷载时，预应力锚索状态正常，伸长量不超过合理范围，符合施工设计要求。

第二，长度检测。检测锚索长度，确保其不足值不超过0.5m，同时总长度不小于设计值的90%。

第三，张拉质量检测。锚索张拉荷载检测值需要达到设计荷载的0.9～1.1 倍，同时张拉后的锚索状态需良好，伸长量应满足施工设计要求。

6.2 监测边坡稳定情况

在失稳滑坡体安装预应力锚索，设置滑坡体位移监测点，进行持续1 年的位移及受力变化监测。根据监测结果可知，随着时间的推移，锚索应力呈现降低趋势，整体上边坡稳定性呈现增加趋势，同时锚索应力远超警戒值。

7 结语

通过结合某高速公路滑坡治理工程实践，研究边坡防护设计原则、边坡防护设计形式、锚索施工原理、锚索造孔纠偏工艺要点、锚索制造及安装要点、预应力锚索施工工艺、锚索安装及施工要点、注浆施工要点等，通过锚索施工质量、边坡稳定情况实际检测可知采用预应力锚索加固可有效提高高速公路路基边坡结构的稳定性，值得推广应用。