吴广 WU Guang
（贵州工程应用技术学院土木建筑工程学院，毕节 551700）
（School of Civil and Architectural Engineering，Guizhou University of Engineering science，Bijie 551700，China）
摘要： 预应力锚索技术作为公路高边坡工程中一项新型锚固技术，达到提升土体锚固的强度，增强边坡岩体稳定性的作用。随着我国公路工程的快速发展，预应力锚索施工技术越来越完善，应用的范围也越来越广，本论文对预应力锚索施工工艺进行了介绍，希望对公路高边坡的加固提高技术帮助。
Abstract： As a new anchor technology in highway high slope engineering， prestressed anchor technology can improve the strength of the soil anchor and enhance the slope rock mass stability. With the rapid development of highway engineering in China， the prestressed anchor rope construction technology is improving greatly， and is more and more widely used. The prestressed anchor rope construction technology is introduced in this paper， and it hopes to provide technical help for highway high slope reinforcement.
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关键词 ： 预应力锚索技术；公路高边坡；空压机
Key words： prestressed anchor technology；highway high slope；air compressor
中图分类号：U416.14 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2015）18-0063-03
作者简介：吴广（1984-），男，贵州毕节人，贵州工程应用技术学院土木建筑工程学院，助理工程师，本科，研究方向为道路与桥梁工程。
0 引言
我国在公路的高边坡防护工程中采用的传统施工工艺主要有圬工挡土墙、护面墙及护坡等结构物[1]。改革开放后我国经济的进入了快速发展的阶段，人们出行对公路的运行质量和舒适度要求不断地提高，基于传统工艺在公路高边坡防护的施工方法，其所需要的工程量比较大，在地质复杂地段，传统施工工艺无法控制边坡的稳定性[2]，所以，在这中情形下预应力锚索技术作为高边坡防护的施工工艺就如雨后春笋一样应运而生，其在公路高边坡防护中的作用显而易见的，为我国在公路高边坡的加固和防护作用上提供了坚实有力的质量保障。
1 预应力锚索在工程施工中的工艺原理、流程
1.1 预应力锚索施工工艺原理
为了了解锚索在高边坡中的作用机理，现从锚索在高边坡中的受力状态进行分析；首先，一般将锚固段的水泥浆或者砂浆看作成自由体，其次，就是在锚固段在受到外拉力的作用时，外拉力则通过钢绞线把握裹力传递给钢绞线周围的砂浆或者水泥浆包裹体中，最后，钢绞线产生的握裹力通过锚固段四周的地层摩阻力传递给需要锚固的稳定地层中；总之，预应力锚索体在实现高边坡锚固时，除了自身需要具有足够的断面积承受拉力外，还必须要接受以下条件制约：
①锚固段的砂浆或者水泥浆需要有承受外拉力作用时钢绞线产生的握裹力的极限抗拉力能力；②锚固段地层必须拥有足够的摩擦力来承受来自砂浆或者水泥浆传递的极限拉力；③锚固段地层即使在最不利的环境条件下必须满足其刚度、强度、整体稳定性要求。
1.2 预应力锚索施工工艺流程
预应力锚索施工流程：施工准备（施工测量、搭设脚手架、钻机就位）→锚索孔钻造→清孔→锚索制安→锚索孔注浆→框架梁（锚梁、锚墩或十字架梁）施工→锚索孔张拉锚固→验收、封锚施工。其中主要的施工过程有两个：第一是锚索孔成孔的技术要求，在锚索孔成孔的技术关键中，防止锚索孔孔壁坍塌、卡钻是首要工作任务；第二是锚索孔在孔道压浆过程，在注浆的技术关键中，把控锚索孔底的空气、岩（土）沉渣和地下水体排出孔外，才能确保注浆饱满密实，锚索才能与土体形成有效的整体性，进而发挥锚索在高边坡中的应用。
2 预应力锚索施工准备阶段工作
2.1 钻孔设备的选择
在公路施工中，高边坡施工具有一定的难度，所以，为了保证施工的安全性，尽量选择适应能力强的轻型设备，能够随意调动动作方向的设备[3]，比如，利用全风动潜孔钻机时选用的钻机，该设备在公路高边坡施工中表现出其灵活性、施工操作的便捷性，在进度方面，YG800型钻孔速度比较快，加快了施工单位在高边坡防护中的进度，进而缩短对开挖土体边坡加固时间，为公路高边坡防护和加固争取了有利的时间。其次，QZ-120K潜孔钻机，有较强的结构优势，人工搬运方便，施工效率较高。
2.2 动力、张拉设备选择
在公路施工单位中，动力设备的选择多半是空压机，尤其是在山区施工，利用空压机能够保证在钻孔、成孔方面的施工质量，同时能够满足施工中对钻孔、成孔的深度要求。根据以往的施工经验，假如，钻机的耗风量在9～12m3，那么、施工单位一般会选择配备两台12m3的移动式空压机[4]，就可以满足现场施工要求。在公路高边坡灌浆施工中，结合实际的施工现场需要及施工工艺的要求，张拉设备在选择时必须符合工地现场实际需求，才能保证灌浆施工质量和施工进度的有序进行，据了解现在大多数施工单位都是选择单孔式砂浆或者水泥浆灌注的方式，因为，这种单孔式的灌浆量相对较少，能够满足在高边坡上施工的灵活性，所以，施工单位一般在张拉设备选择上大多都采用YCD-1500配套式高压油泵与千斤顶的张拉设备。
3 预应力锚索技术施工主要步骤
3.1 钻孔施工
钻孔工作作为预应力锚索施工的第一步工作，因此其是公路高边坡施工中的基础环节，在施工过程中质量关是施工单位在现场一定要严把的。因为，锚索孔的钻孔质量成败可以这样说直接关系到公路高边坡施工质量。为了避免受地质环境等影响，进行开挖边坡实地勘察是有必要的。施工前为了保证孔位满足设计及施工规范要求，在钻孔施工前，在搭建脚手架过程中应严格按照施工要求进行施工操作，脚手架上必须安装特定的专用钢管，对其进行加固固定，最后将钻机安装在专用钢管上并加固处理。其次，施工人员根据罗盘指向调整钻机的方向，使钻机钻孔孔径方向与设计要求大致相同。最后，施工人员检查钻机位置、预留长度及倾角与设计对比比较，满足设计要求后方可施工。在钻孔施工过程中，施工人员一定要注意，当钻机遇到地质较软或者破损区时，及时调整钻机的行进速率，这样可以及时降低发生坍孔的概率，保证钻孔的施工质量。
3.2 编索及下索施工
在实际施工过程中，为了保证材料的不浪费在编制锚索之前，施工人员需要对材料用量进行精确计算，按照施工图设计长度、施工规范要求以及相关计算公式，计算出锚索编制需要的钢绞线下料长度，用L表示预应力钢绞线长度，计算公式为：
L=Ls+Lf+Lm+Ld+a
式中，Ls是指锚索索孔深度，Lf是指测力厚度，Lm是指锚具厚度，Ld是指机械设备的张拉位移程度，a是指对张拉设备之外长度的调节作用。计算出实际预应力的长度后，再结合施工现场实际情况进行施工下料工作。在下索施工中，施工单位应做好管理工作，避免因管理工作的不到位造成预应力钢绞线的损坏，施工人员利用切割机对钢绞线进行处理后，为了避免下料后钢绞线出现松散、锈蚀以及钢绞线磨损等现象，必须对出问题的钢绞线及时更换处理。
3.3 锚索注浆、框架梁砼施工
预应力锚索灌浆施工可分为自由端灌浆和锚固段灌浆，灌浆材料主要是水泥浆，其具有膨胀性小、强度高、易灌注、操作简单等优点，在应用过程中没有任何腐蚀作用长度；锚索注浆均采用一次注浆过程，其原理是孔底返浆法施工方法，施工中先将自由端涂抹防锈油，然后给锚索套上波纹管，管内必须注满黄油，并严格按照设计及规范要求封闭两端，均采用一次性将锚索的锚固段、张拉段注满砂浆或者水泥浆，以锚具排气孔不再排气且孔口浆液溢出浓浆作为注浆结束的标准。
框架梁的主要形式是正方形，混凝土标号多采用C30，人工对边坡进行修整后绑扎钢筋，如果锚索与框架骨架钢筋有干扰时，局部调整箍筋的间距保证锚索的顺直，安装模板且调直，在锚索位置安装PVC管后，安装定向箍筋、定位管及固定锚垫板，最后，进行框架梁混凝土的施工。
3.4 锚索张拉及封锚施工
预应力锚索在张拉时，必须在孔内砂浆或者水泥浆以及外锚头等达到设计等级强度后方可进行张拉施工。先进行现场的张拉试验后，确定张拉工艺流程。根据设计及规范要求锚索的张拉及锚定必须分级进行。在完成张拉6～10d后必须进行一次补偿张拉，最后进行锚定工作。在进行补偿性张拉工作后，用钢尺从锚具顶面量起，量出5～10cm钢绞线后，用机械切割剩余部分，禁止使用电弧烧割。锚垫板及锚头空隙部分用水泥净浆注满，锚头采用不低于20MPa的砼或水泥砂浆进行封锚，以防止钢绞线外露锈蚀和保证整体美观性要求。
4 工程实例
4.1 工程地质、水文资料
在本工程高边坡锚索施工段，地处云贵高原地形起伏大，山坡侧底部冲沟发育，俗称“鸡爪形”地形，路堑依山开挖，自然坡率陡峻，坡度35℃～50℃，平均地面高程在900～1100m之间，表面岩层多为强风化砂岩，大部分均已是半岩半土结构松散状态，其特点就是遇水软化、强度降低，极易发生滑塌、滑坡和崩塌等地质病害。工程所处属北亚热带温凉湿润季风气候，水热资源适中。夏无酷暑，冬无严寒，各地多年平均日照时数1101.8~1780.2小时，年平均气温105~15.0℃，一月平均气温4.3~17℃，七月平均气温17.6~24.9℃，稳定通过10℃的有效积温2544.6~4617.1℃；雨量充沛，年平均降水量848.6~1394.4毫米，月变率大，70%左右的降水量集中在5至9月；无霜期205~297天。
4.2 预应力锚索分布
本合同段内的预应力锚索，分布于YK57+020～YK57+200段，挖方边坡高度为40m的高边坡；自然坡率45°～50°，挖方数量较大，由于地质比较复杂，且该段坡体表面均为强风化砂岩，坡面岩体有潜在的滑移面，为了防止表层滑塌的风险，在边坡的中下部采用预应力锚索格梁进行边坡加固设计。锚索分布情况如表1所示。
4.3 锚索施工主要机械设备
预应力锚索施工主要机械设备如表2所示。
4.4 预应力锚索的主要设计参数
预应力锚索的主要设计参数见表3所示。
4.5 预应力锚索承载力检测方法
根据设计要求，锚索要求的试验荷载为700kN，按照规范规定，检测最大加载为770kN，检测时施加荷载依次为设计荷载的0-0.25、0-0.5、0-0.75、0-1、0-1.1，加载速率为50kN/min。因此，实际的检测荷载量为175kN、350kN、525kN、700kN、770kN；拉拔时用钢尺进行伸长量的测定，精度为1mm，试验每级荷载测读3次，稳定时间为15min，记录应变值和稳定时间。
4.6 预应力锚索检测结果
YK57+020～YK57+200高边坡二级边坡，YK57+020～YK57+150高边坡三级边坡，锚索为6根?准s15.24mm，标准抗拔强度为1860MPa的高强度、低松弛的无粘结预应力钢绞线编制。设计荷载700kN，锚索长22m、24m；检测结果汇总见表4。
4.7 预应力锚索检测结果分析
本次检测的锚索均为6束的预应力锚索，加载后的残余伸长量均很小，接近为零，说明锚索处于材料的弹性变形的范围之中，进而说明了实际的锚固力大于设计锚固力。将实际检测伸长量与理论伸长量作对比如表5、6，可以看出每一级的实际伸长量均小于理论伸长量。
5 结语
综上所述，随着我国国民经济持续提升和交通行业快速发展，预应力锚索技术在高边坡的应用是显而易见的，所以，推广锚索技术工艺在公路高边坡施工中的应用；一方面，不仅加快公路边坡土体的稳定性，同时，有效地降低了施工的工程量及难度。针对目前预应力锚索技术施工来说，施工工艺有一定的难度，很多工艺技术需要现场把控，因此，对施工人员的专业性和管理水平有一定的要求。施工过程中结合公路高边坡现实状况及相关施工规范，循序渐进地遵守设计、规范章程，与此同时，施工单位在选择机械时必须考虑实际地形情况，这样才能凸显预应力锚索技术在公路高边坡防护的应用。
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参考文献：
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[2]张金保.浅谈公路高边坡病害治理工程中的预应力锚索施工[J].青海交通科技，2012（2）：37-38.
[3]李培峰.预应力锚索技术在公路高边坡施工中的应用[J].科技传播，2014（1）.
[4]孙遂巧.预应力锚索技术在某公路高边坡施工中的应用浅析[J].科学时代，2012（12）.