彭磊PENG Lei

（中铁十五局集团有限公司，上海200070）

0 引言

“十四五”以来，贵州高速公路建设持续保持高位运行，截止2021 年 11 月，贵州省高速公路综合密度继续保持全国第一，高速公路不断向山区深处延伸，但由于贵州复杂的水文地质条件，全区域基本都位于易滑岩组区，高速建设受到地质、地形及技术指标严格限制，建设过程中不可避免出现了大量高填深挖边坡，边坡地质风险日益攀升。平均每年全省营运高速公路汛期排查发现地质灾害点约为1600 处。如何有效提高边坡耐久性、品味性、兼容性，并处理好边坡与构筑物的协调共生关系是当前行业面临的巨大挑战，也是亟需解决的平安百年瓶颈。

本文依托贵州剑河至黎平高速公路项目，采用分析设计意图、核对实地水文地质条件、调查走访当地群众、动态调整施工参数等方法，对高边坡预应力锚索施工过程及发挥效果进行实地应用分析，并提出改进意见。

1 高边坡预应力锚索的应用

1.1 工程概况 剑黎高速公路项目地处黔东南地区，山高谷深、比邻水源保护区且板岩地质特征突出，线路内存在由残积层、风化岩石、坡积物、岩溶崩塌堆积等构成的堆积体，没有外力影响时基本处于临界状态，若因建设需要对其进行局部开挖，遭受卸荷松弛和雨水淋滤，其结构即会迅速破坏，强度快速下降，将出现大范围的变形失稳，形成堆积体边坡扰动带。鉴于堆积体固有的块体松散、易于渗水、施工扰动快速失稳的特点，堆积体段施工“宜跨不宜挖”。由于地形陡峻，岩质软硬不同、岩层厚薄不同的砂岩、砾岩、页岩、石灰岩呈互层或夹层分布，特别是施工中深挖方破坏了岩体应力平衡，易诱发山体滑坡、崩塌等边坡灾害。

为了高边坡施工期及运营期稳定可靠，设计采用了抗滑桩、挡土墙、预应力锚索锚杆等防护措施，如图1。其中本标段预应力锚索共有13087m。按锚索内拉筋和水泥浆体传力方式的不同，可将锚索分为拉力集中型锚索、压力集中型锚索、荷载分散型锚索，其中荷载分散型锚索又可分为拉力分散型锚索、压力分散型锚索、拉压分散型锚索。以下介绍承压板式压力分散型锚索的施工要点，锚索采用无粘结钢绞线，钢绞线和锚固体之间用PE 管隔离，钢绞线底部通过挤压套固定在承压板上，顶部通过锚具固定在墩座处，如图2。

图1 边坡防护类型使用频率（贵州在建高速不完全统计）

图2 承压板式压力分散型锚索示意图

1.2 锚索体制作安装 锚索下料应整齐准确，误差不大于±50mm，按需预留张拉端长度。该锚索为压力分散型锚索，采用无粘结高强度低松弛钢绞线，对钢绞线不同单元和钢筋锚接头进行醒目可靠的标记。下料还应注意各单元锚索长度是不同的，本段锚索长度为20m、22m、24m，故自由段长度分别为 15m、17m、19m，锚固段长度L1、L2、L3均为5m。

挤压套、挤压簧安装准确，挤压顶推进应均匀充分，施工中严格控制钢绞线挤压套挤压工艺，并抽样3%进行检测，确保单根挤压强度不低于200kN。组装承载体时应定位准确，挤压套通过螺栓在承载体和限位片之间栓接牢固。架线环间距为1.0～1.5m，应准确定位、绑接牢固，锚孔孔口位置必须设置一个架线环。注浆管穿索安装准确定位，绑扎结实牢固，应深入导向帽5～10cm。导向帽可点焊固定于最前端承载板上，并应留有溢浆孔，保证孔底返浆。所有的钢质部分均应均匀涂刷防腐油漆。

锚筋体摆放顺直，不扭不叉，排列均匀。锚筋体安装时按设计倾角和方位平顺推进，严禁抖动、扭转和串动，防止中途散束和卡阻。安装完成后，不得随意敲击锚筋或悬挂重物。

1.3 锚孔注浆 锚孔钻造完成后应及时进行锚筋体安装和锚孔注浆，原则上不得超过24 小时。锚索注浆采用水灰比0.4～0.5 的纯水泥浆，浆体强度不低于40MPa，其中锚固段遇土质或砂土状强风化岩层且富水时应采用二次高压劈裂注浆法来提高地层锚固力。锚孔注浆必须采用孔底返浆方法（注浆压力一般为2.0MPa 左右），直至孔口溢出新鲜浆液，严禁抽拔注浆管或孔口注浆；如发现孔口浆面回落，应在30 分钟内进行孔底压注补浆2～3 次，确保孔口浆体充满。当采用二次劈裂注浆提高地层锚固力时，以浆体强度控制开始劈注时间（一次注浆体强度为5MPa），需在二次注浆管的锚固段内设花孔和封塞，二次注浆的高压注浆管应采用镀锌铁管或钢管。注浆材料加入聚丙烯腈纤维（PAN），掺入量为每方 1.8～2.0kg（纤维抗拉强度不小于700MPa）。

1.4 锚索张拉 在注浆浆体与台座混凝土强度达到设计强度80%以上时，方可进行张拉锁定作业。按总数的5%且不得少于3 根的锚索进行多循环张拉验收试验，按总数的95%的锚索进行单循环张拉验收试验。

在全部工程锚索经抽样进行验收试验并符合上述有关规定和要求条件后，方可按照有关设计要求张拉锁定程序进行张拉锁定和封锚工作。锚索正式张拉前，应取10～20%的设计张拉荷载，对其预张拉1～2 次，使其各部位接触紧密，钢绞线完全平直。张拉分级系数mi 为0.25-0.5-0.75-1.0-1.1，每级持荷时间为2～5min，超设计1.1 倍张拉持荷时间为10～20min。

锚索采用高强度、低松弛无粘结预应力钢绞线，其标准强度Rby=1860MPa。锚索张拉控制力P=450*1.1=495kN，各单元锚索长度分别为L1=20m，L2=15m 或L1=22m，L2=17m 或 L1=24m，L2=19m 或 L1=26m，L2=21m 或L1=28m，L2=23m（设计张拉力P 一般均需超张拉至110%，Ln 为n 单元的长度，每单元由两根锚索组成），设定钢绞线弹性模量E=1.95×105MPa，单根钢绞线截面面积A=140mm2，以锚索长20m 计算为例：

伸长量：

ΔL1 =（P*L1）/（E*A） =123750*20000/195000/140 =90.7mm

ΔL2=（P*L1）/（E*A）=123750*15000/195000/140=68mm差异伸长量：

ΔL1-2=ΔL1-ΔL2=90.7-68=22.7mm

差异荷载增量：

ΔP1=E*A*ΔL1-2*2/L1=195000*140*22.7*2/20000=61971N=62kN

表1 千斤顶和油压表对应关系标定值

据千斤顶与油压表检测数据一次线性关系，可得其一次线性方程：y=13.377x-2.2231（y：负荷，kN；x：压力表值，MPa）

表2 相应张拉力时油表读数

1.5 应用效果 压力分散型锚索有多个锚固单元，每个单元承担一部分荷载，使最大粘结应力相对小、应力分布范围广、相对均匀，相对于拉力集中型锚索能够充分利用锚固长度内的底层强度，充分发挥注浆体抗压不抗拉的特性，提高了锚索的耐久性。缺点是，施工工艺比较复杂，实际施工中注浆效果不理想，浆液中往往混有少量泥土，导致承压板附件的注浆体被压碎，影响锚索的支护能力。

2 高边坡预应力锚索应用中存在的主要问题

2.1 成本至上 在PPP 为主流建设模式的背景下，大部分项目成本控制渐成唯一导向，勘察设计作为控本的强力手段，被成本控制所绑架。边坡防护费用从初设伊始就被天然压缩，大部分建设项目随着工程深度的不断推进，抱着“垮哪补哪”的态度被动追加边坡防护费用，基于成本控制的“挤牙膏式”费用追加规律极为明显，但综合变更成本其实更高，这种“投资就必须见效益”的PPP 管理理念对勘察深度和设计方案的选择产生了极其深远的负面影响。

2.2 勘察深度不足 失去勘察的设计是没有灵魂的，然而受制于技术手段单一、人员素质低下、勘察周期急迫、经费投入不足，往往导致“勘不出、勘不准、勘不实”的情况，技术上仅采用调绘、钻探等常规手段，现场地质编录人员流动性较大、水平参差不齐，勘察设计工期压缩严重，高速公路勘察工期一般控制在1～3 个月，只有铁路行业的一半不到；勘察设计费用也偏低，据悉高速公路勘察费用约为5800 万元/百公里，仅为铁路勘察费用的二分之一，必要的勘察投入无法得到保证，必然导致后期大量的变更，目前高速公路平均每百公里边坡变更费用高达2100 万，不难预见变更数量、数额跟勘察周期存在较强的相关性，妄想通过“压缩勘察成本来实现总体控本”的想法殊为不智。

2.3 点锚、条锚式滥用 高边坡防护工程中锚固工程应用较多，以框架锚索运用最为普遍，因造价低、工期短、施工便利，框架锚索衍生出十字点锚、地梁锚、井字锚等多种形式，但部分设计单位无视现场实际地质条件、生搬硬套，造成了点、条锚的滥用。某处滑坡区上覆为残积、坡积碎石土，下伏基岩为三叠系下统飞仙关组（T1f）砂质泥岩，强风化层砂质泥岩、碎石土结构较为松散，在松散岩土体坡面采用十字锚索进行加固，不能充分发挥锚索反力的有效性，有悖于锚索预加固的理念，造成边坡滑塌的必然发生。

2.4 同级边坡多元化防护 边坡工程的防护形式多样、作用不一，防护形式的有效组合固然有降本增效的优点，但在同一级边坡综合使用时更应深入考虑风险性和可实施性。但是同级边坡不同的防护形式，对组织、工艺、机械设备、人员均有不同要求，需要生产要素的多次投入，过程成本增加，施工亦极为不便；另外，勘察工作的深度需要充分的支撑依据。若结合边坡特点，将同一形式的防护（如框架锚索）单元间距适当进行调整，也可同样达到节省造价的目的，盲目采用这种“一级边坡多种防护”的形式可能会适得其反。

2.5 施工中问题频发 防护工程中锚索施工质量问题最多，几乎囊括所有工序：施工方案中锚索作业支架计算未考虑水平推力（钻孔设备造成），钻孔记录显示终孔时仍处于强风化岩层与设计要求不符，钢绞线未按设计要求采用无粘结钢绞线，使用有粘结钢绞线的自由段未涂抹防腐油脂或油脂不饱满，锚固段长度与设计不符，注浆强度未检验，框架钢筋安装与设计不符，无钢筋保护层确保措施，锚垫板安装角度随意，未施工锚斜托，钢绞线张拉采用单根张拉方式与设计要求不符，隐蔽工程质量追溯性差。

3 预应力锚索施工中好的做法

增加钻探量，采用“空、天、地”综合勘察手段：综合利用卫星遥感、无人机、双管单洞钻探、EH4 大地电磁法物探等方式，长周期的精细化勘察作业，为选线提供有利的依据、为防护形式补强提供支撑基础、极大的降低工程地质风险。大力推行边坡机械化施工，采用自行登高式锚杆钻机、挖机装配式钻孔设备，保障风险可控；建立边坡坡口开挖线多方复检制度，保障开挖坡率可控；强化工序衔接组织管理，保障逐级开挖、防护、绿化秩序可控。

4 边坡防护发展方向探讨

4.1 健全监测预警体系 近年来，高速公路地质灾害的危害性日益凸显，监测预警作为地质灾害风险减缓的重要措施之一，逐渐受到重视。但当前市场自动化监测应用普及率并不高，一是基于成本控制，施工阶段的监测手段基本上以施工单位人工自测为主；二是自动化监测存在滞后性，通常并未结合施工同步开展监测工作；三是目前没有自动化监测技术的统一标准，监测预警预判亦是参差不齐；四是监测预警信息未有效集成运用。

4.2 打造智慧边坡 重点从“规划协同推进、把牢建设阶段转换关口、狠抓勘察设计源头、构建全寿命周期系统、践行绿色低碳理念、完善评价指标体系、开展科研创新公关、严守质量安全红线、推动市场良性发展、集成山地边坡经验”等十方面内容着手，采用北斗高精度定位与时空智能技术，精准感知、实时监测、智能分析、在线监控、预警预报、人技联防和全流程闭环处置的边坡风险管理体系，进一步提升边坡可靠性与安全防护能力，推动实现边坡绿色及数字化赋能，构建智慧边坡体系。在设计中就坡体及工程结构的感应设施、设备进行细化设计，做到同步设计、同步施工、提前运营，实现“联动”；在规划实施过程中应考虑新老基建融合发展、集约共建，在对象边坡处预留电力接引、5G 基站站址、通信管道等条件，做到“路通、电通、网通”，使感知体系完全适应各种应用场景；构建在建高速公路边坡大数据中心，成规模、成体系的开展边坡大数据应用，通过先期量的积累、完成后期质的提升，最终实现山地边坡的智慧化升级，可分区域、分类型、分气候对边坡临界状态进行诊断，提前进行预加固，实现本质安全。

4.3 开展科研创新攻关，推动工艺转型升级 以创新驱动高质量发展，针对锚索现有工艺预应力层层损失的特点，开展锚索工艺微创新升级攻关。当前现场加工锚索的情形较为普遍，但多出现油脂不饱满、胶套破损、自由段和锚固段长度控制不到位等情形，可将锚索纳入钢筋加工厂或小构厂统一集中加工，此外针对框架十字点处配筋复杂的特点，将十字点处框架钢筋笼也纳入统一加工，用定制钢筋笼适配无法移动的锚杆（索）点位，推动边坡防护的装配式施工。推广塑钢模板以保证框格梁外观线形可控，推广无粘结钢绞线以减少预应力损失，推广挖机装配锚杆钻机以淘汰主线边坡支架施工。

5 结语

预应力锚索通过尽可能少地扰动被锚固岩土体，由锚固段提供预应力，有效地提高了被锚固岩土体的稳定性，是一种高效、经济的岩土加固技术，已广泛地运用于边坡的加固防护。但是，也必须看到从勘察开始就被压缩的费用投入，勘察手段的应付差事，防护形式的错误使用，施工建设期的偷工减料，运营期的被动追加投资与边坡抢险，如此种种环节的推诿扯皮、利益拿捏，愈发显得构建智慧边坡的势在必行，为此，需要行业上下游各方联动，共筑品质边坡。