时间：2013-11-29 分类：工业设计
摘 要：本文系统介绍加固高边坡的预应力锚固的设计流程、施工工艺以及检测手段, 具有较强的现实意义。
关键词：高边坡,加固,预应力锚索
0 前言
预应力锚索加固技术用于岩土工程产生于20世纪30年代, 之后广泛应用于高边坡加固[1]、滑坡治理[2]、深基坑支护[3]、堤坝加固[4]等领域, 我国最开始采用锚索技术是在20世纪60年代, 但当时由于材料及施工条件的限制, 该技术没有被获得广泛使用。近十几年来, 随着对预应力锚索的研究，在理论和施工工艺上的突破,进而推动了该技术的迅速发展。
1 加固高边坡的预应力锚索设计流程
1. 1 确定滑动面的强度指标及滑坡下滑力
滑动面的强度指标可直接通过现场的滑动面大剪试验获取。但少量大剪试验往往离散性较大，大量试验费钱费工又不现实，因此往往根据滑坡主轴断面采用反算法来确定，即根据当前的滑坡状态，据经验确定其稳定系数，再反算c、Φ值指标。对滑坡体所处稳定状态的评估带有很大的经验性，应据滑坡体变形现状来拟定。当滑坡处于蠕动阶段、滑动阶段时，现状稳定系数可分别在1.10-1.00、1.00-0.95范围内取值。
当滑动面形态典型时，可不通过上述反算滑面抗剪强度指标再正算下滑力的过程，直接根据现状稳定系数 、设计安全系数 、单宽滑体重量 以及滑面形态特征用下述公式估算下滑力 ：
式中 、 分别为下滑段、阻滑段的滑体重， 、 分别为 、 重心至滑面圆心铅垂线的力臂。
1.2 确定锚固力与张拉值
①、设计锚固力
设计锚固力根据滑坡下滑力来确定，设单宽滑坡下滑力为 ，则单宽滑坡所需锚固力为：
再根据滑坡的总下滑力来确定设计的总锚固力。
②、预应力损失与张拉值
为减少锚索锁定后的预应力损失，可通过以下三种途径：
(1)加大垫墩尺寸，减小锚墩底面对岩土体的压力水平。
(2)采用小吨位锚索，如500kN、750kN级锚索。
(3)多次张拉与超张拉。后一次张拉可补偿前一次张拉后的预应力损失;按超过设计预应力进行锁定前的超张拉，可弥补地层压缩徐变所致预应力损失。超张拉值根据测试和经验而确定，一般土体控制在25%以内，岩体则控制在10%以内。
1.3 确定锚索下倾角
理论上，单位长度锚索提供最大抗滑力时的下倾角 为：
1、仅考虑锚固段时： 2、仅考虑自由段时： 3、同时考虑锚固段和自由段的锚索最佳下倾角公式：由于灌浆施工的需要，一般取值为10°~ 30°。
1.4 内锚固段的长度及布设
锚固段的长度：考虑锚固段需提供足够的锚固力这一原则，一般最长取8-10m。
每根预应力锚索所承担的锚固力必须控制在容许锚固力的范围。
式中： 表示容许锚固力， 表示极限锚固力， 为安全系数
预应力锚索的极限锚固力通常由破坏性拉拔试验确定。
1.5 锚索结构和孔径的确定
(1)、钢绞线根数
根据单根锚索要求承受的锚固力和钢绞线的最小破断载荷，加一定的安全系数来确定锚索的钢绞线根数。
(2)、锚索体结构
对拉力型锚索，钢绞线呈同心状环列，中心全长插灌浆管。锚固段用扩张环和定位片束张呈藕节状;自由段各根钢绞线防锈防腐后，分别套上塑料管，再用箍环紧束成索;塑料管末端用胶带扎成止浆塞。
(3)、锚孔直径
锚孔直径据索体直径，并考虑砂浆体的空间来确定。4-8根钢绞线的锚索，锚孔孔径一般设计为90~115mm;9-15根钢绞线的大吨位锚索，锚孔孔径一般设计为115~135mm。据成孔机具，一般设计为110mm。
1.6 锚索吨位、间距和排数的确定
(1)锚索吨位
当失稳坡面较大时，宜尽量采用小吨位锚索来加固。虽然小吨位锚索比大吨位锚索的根数要多，因而造孔费用略高，但增大了加固面积，可减少未加固区滑体的残余变形，效果更好。
考虑到索体的构造，小吨位锚索的钢绞线最少要3-4根。一般采用4根钢绞线的500kN锚索及6根钢绞线的750kN锚索。
(2)锚索间距
治理滑坡的锚索为群锚，一般呈矩形排列，纵向成排，竖向成列。考虑群锚效应，锚索之间的间距应不小于锚体直径的5倍及1.5m，据经验一般取3～6m。
(3)锚索排数
根据设计总锚固力和单根锚索所能承受的锚固力确定锚索的排数。锚索排数一般由主轴断面向两侧递减，但要构成群锚，不宜少于2排。当锚索排数较多时，可分组(每组数排)布于滑面不同部位, 使加固均匀化。
2 预应力锚索的施工工艺要点
2.1工艺流程
锚杆锚固工艺流程：施工准备→拉拔试验→钻孔→锚索制作安装→注浆→张拉→锁定→封锚。
2.2施工准备
搭设脚于架后，根据设计图定出孔位，一般要求水平方向孔距误差不应大于50mm，垂直方向孔距误差不大于100mm。
2.3拉拔试验
正式施工前先施工试验锚索，进行拉拔试验，试验至破坏为止;反聩试验结果，以复核锚固段的设计。#p#分页标题#e#
2.4造锚孔
造锚孔的主要要求是保证孔深、孔径和孔的倾角。釆用专门的锚固钻机施工。钻进一般用风动凿岩钻机，无水风钻。需配备大型空压机，动力部分釆用风动或液压躯动。跟进的套管用拔管机拔出。
保证钻孔孔径;下倾角度偏差不大于1°。起钻50cm，以免沉碴影响有效孔深。达到深度后釆用高压风清洗孔壁，吹出沉渣。及时编录与反馈施工地质情况。
2.5锚索索体的制作与安装
采用φ15.24mm带护套的高强度、低松驰钢铰线制作，中置φ25塑料注浆管，四周环列钢绞线。对钢绞线作抗拉强度检测，确认已作防腐处理，并防锈除垢。锚索的锚固段要剥去钢纹线的护套，每间隔1.0m用扩张环和箍环扩束呈节状，锚索外套上加定位片以便入孔后居中，末端套φ60钢管作为导向帽。
自由段末端用胶带纸密封以防砂浆进入护套内。整根锚索稍长于设计长度，以伸出锚具供张拉。施工中锚索用人力插入锚孔中，端头露出孔外适当长度，作套锚具和拉拔之用。
2.6灌浆
为使砂浆灌注饱满，将灌浆管置于锚索中心并与锚索等长，釆用一定压力自孔底向上一次性灌注或釆用二次注浆工艺，不宜釆用孔口自流式灌浆方法，工期紧迫时可在砂浆中添加适量早强剂。
一般采用M30水泥砂浆注浆，采用普通425硅酸盐水泥，水灰比约0.42。采用自孔底一次有压注浆法，注浆压力0.4～0.8MPa，稳压3～5分钟。浆体凝固收缩后，从孔口补灌满盈。
2.7制抑制件
本线锚索的抑制件主要是垫墩。抑制件要紧贴坡面，立面与锚索垂直，采用立模现浇。为防冲刷，最后用浆砌石填平墩周。
2.8张拉
将孔口岩面凿平并与锚孔垂直，锚索从抑制件伸出后套上钢垫板和锚具，用张拉机对锚索实施预应力张拉。一般釆用多次多级张拉工艺，首先通过预张拉将各束钢绞线拉直，每级张拉要稳定一段时间以便锚索中预应力的传递和调整。两次张拉间的时间间隔较长，第二次张拉在第一次张拉的预应力基本稳定后进行，以弥补预应力损失。张拉的总吨位不小于设计吨位(含超张拉)。
为检验锚固段设计，可先进行锚索拉拔试验，达不到设计要求的则要修改设计。一般500kN锚索采用2次3级张拉，张拉吨位为200kN、400kN、550-625kN，超张拉比为10%-25%;750kN锚索采用2次4级张拉，张拉吨位为200kN、400kN、650kN、825--900kN，超张拉比为10%-20%。
垫墩混凝土初凝后方进行首次张拉，2次张拉间隔3-7d以上，每级张拉稳定5-10min以上。
2.9锁定与封头
超张拉后，锚索锁定于锚具上，强调锁定工艺，减少夹片内缩，以防预应力损失。
锁定后切除钢绞线余长，用C15混凝土封头以免钢绞线锈蚀。当预计锁定后预应力衰减过大时，要预留一定长度钢绞线并加高封头，以备重新张拉之用。
3 检测
对于动态施工的工程, 如隧道加固工程和分级开挖分级加固工程, 应对锚索进行检测, 确定适时锚索应力, 以供边坡稳定评判。现一般采用锚索测力计检测, 锚索测力计由压力传感器、电缆、读数表等构件组成, 此处不再作详述。
参考文献
[1]沈建国. 路堑高边坡加固与防护方案优选研究.北京:人民交通出版社, 2000
[2]周海清; 刘东升; 陈正汉. 工程类比法及其在滑坡治理工程中的应用. 地下空间与工程学报,2008
[3]杨光华. 深基坑支护结构的实用计算方法及其应用.岩土力学，2005
[4]谢海明; 陈济. 关于土石堤坝加固措施.科技创新与应用,2012
