李俊杰

（中铁十六局集团，北京100051）

0 前言

随着人们对锚索技术研究的深入和对锚固技术的逐步提高，以及相关技术的发展，边坡预应力锚索加固技术已广泛地用于岩土加固工程的各个领域。预应力锚索是通过主动建立的后张预应力场，来抑制减低、消除天然力场对工程地质体或构筑物所造成的危害。它能充分调用工程地质体或构筑物自身潜在的稳定性并改善其内部应力状态。在客运专线建设中多用于多山地区，不稳定路基高边坡的动态加固，适用于构造发育的岩质路堑高边坡,顺层及滑坡地段,软硬质岩互层路堑高边坡地段。

1 工程概况

石武客运专线SWZQ-9标DK1040+599.03～DK1041+258.26段路基设计为深路堑路基，DK1040+854～895左侧桩顶一级边坡和DK1040+875～915、DK1041+061～080、DK1041+190～235右侧桩顶一级边坡路堑开挖完成后形成最高约22m的软硬质岩互层路堑高边坡地段。通过对该边坡位移监控量测和动态分析，决定采用预应力锚索框架梁加固技术。

2 地质描述

该段路基的路堑边坡经过的地质为二长花岗岩，山体表层为坡残积粘性土，岩层从上至下以次为全风化花岗岩、强风化花岗岩和弱风化花岗岩。DK1040+875～915右侧桩顶一级边坡开挖后，坡体破碎，节理裂隙发育，且倾角倾向路基，坡体表现为坡残积粘性土，全风化变粒岩和块状强风化变粒岩，在块状强风化变粒岩和全风化变粒岩之间有一明显的结构面，边坡自稳能力差。受当地连续降雨影响，二级边坡坡体及平台整体向路基方向滑移，且有发展的趋势，导致一、二级边坡整体滑塌趋势。

3 高边坡动态分析

边坡开挖后,破坏了原山体的结构,形成了临空卸荷条件，坡体暴露时间过长,裂隙张开,结构面松弛,有利于边坡沿最不利结构面下滑,在已开挖的坡体中形成一潜在的滑移面,会促使阴影部分坡体向滑坡方向发展（见图1）。

图1 DK1040+875～915右侧边坡断面分析图（单位：m）

其不利因素主要有以下几个方面。

3.1 降雨影响

雨季的大量降雨,会使图中阴影部分坡体由于雨水下渗的影响,增大含水量,从而增大坡体的重量,减少土体粘聚力,促使下滑力增大,诱发滑坡。

3.2 地质因素

从已开挖的坡体主要表现为顶部坡残积粘性土，中间全风化变粒岩和底层块状强风化变粒岩，在块状强风化变粒岩和全风化变粒岩之间形成能渗水的潜在滑移面。由块状岩石组成的边坡，坡体本身是稳定的，但边坡的局部坡段有极发育的贯通节理,节理面上有变质矿物夹层绿泥岩,给边坡提供了滑移面。局部地层受构造作用的影响,岩层裂隙发育,岩体破碎,加之渗水的软化作用,岩层力学强度降低,边坡的自稳能力变差,也是诱发滑坡的因素之一。

3.3 地形地貌因素

路堑边坡背侧的山体局部地方有自然形成的池塘,使坡体内的水头线得到保持,且增加了山体裂隙水及滞留地表水,增强了坡体的不稳定因素。

4 预应力锚索作用机理及加固措施

4.1 预应力锚索作用机理

预应力锚索框架加固防护是把锚索锚固在地层深部稳固的岩体上,通过施加预应力,使锚固范围内的坡体挤压紧密,提高岩土的稳固力和层间正压力及摩阻力,阻止散岩体位移,从而达到加固边坡的目的。图1中通过对阴影部分坡体施加预应力,把坡体锚固于潜在滑移面下稳定的中微风化变粒岩中,保持坡面状态深入坡体内部大范围稳定。通过锚索孔的高压压浆,浆液能充填坡体裂隙和空隙,提高了坡体内破碎岩体的整体性和粘结强度,增强了坡体的整体稳定性。

4.2 锚固系统的对比

锚索体按受力方式一般分为拉力型锚索、压力型锚索等。拉力型锚杆是靠浆体与钢铰线间的粘结力，而压力分散锚杆是靠浆体端部钢质承载体来传力。拉力型锚索只有一个固定长度的锚固段,压力型锚索的锚固段是由几个单元的锚固段共同组成,结构的不同导致传力机制的不同。

根据该地段的地质情况，设计的锚索长度为20 m，采用的是拉力型锚索，锚固段的长度为10 m，自由端的长度为10 m。

4.3 锚索的杆体结构

锚索体由钢绞线、导向帽、扩张环、波纹管、锚垫板及锚头等部件组成，根据其受力状态可分三段。

锚固段：其作用是依靠浆体与周围岩土之间的摩阻力来提供锚固力;

自由段：主要起传力作用,长度与破碎岩层或滑体厚度有关;

张拉段：指锚头以外部分,为锚索张拉锁定预应力而预留,张拉锁定后割断钢铰线。

4.4 加固措施

对边坡坡体的加固主要集中在中部,将坡体锚固于稳定的底层块状强风化变粒岩中，考虑锚固段中的力学参数，在该坡面一级边坡上设计为锚索框架梁防护，锚索的线路方向间距为3 m，垂直方向锚索之间间距为3 m。锚索张拉力均采用400 kN,锚索框架梁中间采用挂网喷混植生防护。

5 施工工艺

预应力锚索施工流程：施工准备→锚孔钻造→锚索制安→锚孔注浆→框架梁施工→锚孔张拉锁定→验收封锚。

其主要施工环节有两个：一是锚孔成孔，锚孔成孔的技术关键是如何防止孔壁坍塌、卡钻；二是锚孔注浆，注浆的技术关键是如何将孔底的空气、岩（土）沉渣和地下水体排出孔外，保证注浆饱满密实。

5.1 施工准备

钻孔设备。岩层中采用潜孔钻机成孔；在岩层破碎或松软饱水等易于塌缩孔和卡钻埋钻的地层中施工，必要时采用跟管钻进技术。

5.2 锚孔钻造

（1）锚孔测放。根据工程立面图，按设计将锚孔位置准确测放在坡面上，孔位误差不得超过±20㎝。如遇既有刷方坡面不平顺或特殊困难场地时，需经设计监理单位认可，在确保坡体稳定和结构安全的前提下，适当放宽定位精度或调整锚孔定位。

（2）钻机就位锚孔钻进施工，搭设满足相应承载能力和稳固条件的脚手架，根据坡面测放孔位，准确安装固定钻机，并严格认真进行机位调整，确保锚孔开钻就位纵横误差满足规范要求。

（3）钻进方式：

钻孔要求须采用风动钻进，禁止采用水冲钻进，确保锚索施工不致于恶化边坡岩体的工程地质条件和保证孔壁的粘结性能。钻孔速度根据使用钻机性能和锚固地层控制，防止钻孔扭曲和变径，造成下锚困难或其它意外事故。

（4）钻进过程：

钻进过程中对每个孔的地层变化、钻进状态（钻压、钻速）、地下水等情况作好施工记录。如遇塌孔缩孔等不良钻进现象时，立即停钻，及时进行固壁灌浆处理（灌浆压力0.1～0.2 MPa），待水泥砂浆初凝后，重新扫孔钻进。

（5）孔位孔深：

钻孔孔位、孔深、斜度符合设计要求。为确保锚孔直径，要求实际使用钻头直径不得小于设计孔径。为确保锚孔深度，孔深不小于设计孔深并且实际钻孔深度大于锚索设计长度0.2 m以上。锚孔的倾斜度误差不超过±2°.

（6）锚孔清理：

钻进达到设计深度后，不能立即停钻，要求稳钻1～2 min，防止孔底尖灭、达不到设计孔径。在钻孔完成后，使用高压空气（风压0.2～0.4 MPa）将孔内岩粉及水体全部清除出孔外，以免降低水泥砂浆与孔壁岩土体的粘结强度。除相对坚硬完整之岩体外，不得采用高压水冲洗。若遇锚孔中有承压水流出，待水压、水量变小后方可下安锚筋与注浆，必要时在周围适当部位设置排水孔处理。如果设计要求处理锚孔内部积聚水体，一般采用灌浆封堵二次钻进等方法处理。

（7）锚孔检验：

锚孔钻造结束并经现场监理检验合格后，进行下道工序。孔径、孔深检查一般采用设计孔径、钻头和标准钻杆在现场监理旁站的条件下验孔，要求验孔过程中钻头平顺推进，不产生冲击或抖动，钻具验送长度满足设计锚孔深度，退钻要求顺畅，用高压风吹验不存明显飞溅尘碴及水体现象。同时要求复查锚孔孔位、倾角和方位，全部锚孔施工分项工作合格后，即可认为锚孔钻造检验合格。

5.3 锚索体制作及安装

安装前，要确保每根钢绞线顺直，不扭不叉，排列均匀，除锈、除油污，对有死弯、机械损伤及锈坑处剔出。锚索在锚固段，每隔1.0 m设置一个对中支架，使锚索居中，自由段每隔1.0 m用细铁丝绑扎，涂刷防锈油,套上Φ46 mm波纹管,管内注满黄油,两段封闭,外绕工程胶布封闭固定。也可以每单根钢绞线套一根Φ20～22 mm的PVC管，套管两端10～20 cm长度范围内用黄油充填，外绕工程胶布固定。锚索的防锈、防腐处理应满足铁路路基支挡结构设计规范中提出的各项技术要求。锚头顶面必须与锚索轴线垂直。

安装锚索体前再次认真核对锚孔编号，确认无误后再用高压风吹孔，人工缓缓将锚索体放入孔内，用钢尺量出孔外露出的钢绞线长度，计算孔内锚索长度（误差控制在50 mm范围内），确保锚固长度。

5.4 锚固注浆

注浆采用M35水泥砂浆,孔底注浆法，将自由段涂满防锈油，套上波纹管，管内注满黄油，并严格封闭两端，一次将锚索的锚固段和张拉段注满，不能留空隙。砂浆经试验比选后确定施工配合比。实际注浆量一般要大于理论的注浆量，或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。注浆压力一般不小于0.6～0.8 MPa,砂浆灌注必须饱满密实,第一次注浆完毕,水泥砂浆凝固收缩后,孔口应进行补浆.注浆结束后，将注浆管、注浆枪和注浆套管清洗干净，施工过程中，做好注浆记录。

5.5 框架梁施工

框架梁采用C35混凝土现浇,框架梁纵梁采用0.6 m×0.5 m矩形截面,横梁采用0.4 m×0.4 m矩形截面；首先基底先铺垫砂浆调平层，再进行钢筋制作安装，钢筋接头需错开，同一截面钢筋接头数不得超过钢筋总根数的1/2，且有焊接接头的截面之间的距离不得小于1 m。如锚索与竖梁箍筋相干扰，可局部调整箍筋的间距。在锚孔周围钢筋较密集，混凝土浇注要仔细振捣，保证质量。

5.6 锚索张拉及锁定、封锚

锚索张拉须在孔内砂浆及锚梁混凝土等达到设计强度的70%后进行,张拉前必须对张拉机具进行标定,避免出现应力误差。首先通过现场张拉试验，确定张拉锁定工艺。锚索的张拉及锁定分级进行，每级按设计预应力的25%递增,每级稳定5 min后,下一级才能进行,最后一级超张拉110%,并稳定20～30 min,为克服地层徐变等因素造成的预应力损失，张拉完成6～10 d后再进行一次补偿张拉，然后加以锁定。

补偿张拉后，从锚具量起，留出长8～10 cm钢绞线，其余部分截去，须用机械切割，严禁电弧烧割。最后用水泥净浆注满锚垫板及锚头各部分空隙，然后对锚头采用不低于20 MPa的混凝土进行封锚，防止锈蚀和兼顾美观。锚索张拉过程中应对锚索伸长及受力做好记录,核实伸长与受力值是否相符,为减少预应力损失,总张拉力应包括超张拉值,自由段为土层时超张拉值宜为15%～20%,自由段为岩层时超张拉值宜为10%～15%.

6 建议和体会

在锚索的设计、施工中，为确保高边坡采用预应力锚索加固的经济合理性、安全可靠度及验证锚索杆体预应力的准确性,用以确定岩土体力学参数,在预应力锚索施工前应进行锚索锚固试验（锚索拉拔实验）。该工程在DK1040+875～915右侧桩顶一级边坡设置五个试验孔,锚孔的自由段长度均为4 m，锚固段的长度分别为2 m、4 m、6 m、8 m和10 m。通过进行拉拔试验，得出用边坡预应力锚索对该段边坡进行加固设计是合理的，锚索的设计吨位对于该段路基施工是安全可靠的，是合理的。

[1]杨晓东主编.锚固与注浆技术手册[M]，北京：中国电力出版社.2009.