预应力锚杆在高速路边坡运用

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1、资料 预应力锚杆、锚索在高边坡防护中的应用 1预应力锚杆、锚索在高速公路高边坡防护中的应用摘要：预应力锚杆(索)已经是高边坡防护工程中越来越重要的手段，结合陇南市政府办公驻地不稳定边坡治理工程预应力锚杆(索)在高边坡防护工程中的施工实践，介绍其施工工艺和施工注意事项，可供类似工程参考。关键词：预应力锚杆；高边坡防护1 概述在高边坡工程中,当潜在的滑体沿剪切滑动面的下滑力超过抗滑力时，将会出现沿剪切面的滑移和破坏。在坚硬的岩体中，剪切面多发生在断层、节理、裂隙等软弱结构面上。在土层中，砂性土的滑面多为平面，粘性土的滑面一般为圆弧状。有时也会出现沿上覆土层和下卧基岩间的界面滑动。为了保持边坡的稳定

2、，一种办法是采用大量削坡直至达到稳定的边坡角；另一种办法是设置支挡结构。在许多情况下单纯采用削坡或挡墙往往是不经济的或难以实现的。这时可采用锚杆(索)进行加固。采用锚杆(索)加固高边坡，是岩土锚固技术在高边坡工程中的应用，它是利用锚杆(索)周围地层岩土的抗剪强度来传递结构物的拉力或保持地层开挖面的自身稳定，由于锚杆、锚索的使用，使锚固地层产生压应力区并对加固地层起到加筋作用；可以增强地层的强度，改善地层的力学性能；可以使结构与地层连锁在一起，形成一种共同工作的复合体，使其能有效地承受拉力和剪力，并能提高潜在滑移面上的抗剪强度，有效地阻止坡体位移。这是一般支挡结构所不具备的力学作用。在岩土锚固中

3、通常将锚杆和锚索统称为锚杆。由于这种技术大大减轻结构物的自重、节约工程材料并确保工程的安全和稳定，具有显著的经济效益和社会效益，因而目前在工程中得到极其广泛的应用。最早使用锚杆的是 1911 年美国矿山巷道支护中利用的岩石锚杆，1918 年西利西安矿山开始使用锚索支护，1934 年舍尔法坝采用了预应力锚杆（索） 。目前各类岩石锚杆已达数百种之多，并且许多国家和地区先后都制定了锚杆规范或推荐性标准。我国在 50 年代开始应用岩石锚杆，60 年代开始大量采用锚固技术，特别是在我国矿山巷道、铁路隧道、公路隧道、排水遂洞等地下工程中大量采用普通粘结型锚杆与喷射混凝土支护。近年来随着高速公路的迅猛发展，

4、在公路边坡、大型滑坡治理中更多采用预应力锚索加固技术。岩土锚固技术几乎遍及土木工程的各个领域，如边坡、基坑、隧道、坝体、码头、船闸、桥梁等。2 锚杆的结构锚杆是一种将拉力传至稳定岩层或土层的结构体系，主要由锚头、自由段和锚固段组成，如图1、图 2 所示。(1)锚头：锚杆外端用于锚固或锁定锚杆拉力的部件，由垫墩、垫板、锚具、保护帽和外端锚筋组成。(2)锚固段：锚杆远端将拉力传递给稳定地层的部分锚固深度和长度应按照实际情况计算获取，要求能够承受最大设计拉力。(3)自由段：将锚头拉力传至锚固段的中间区段，由锚拉筋、防腐构造和注浆体组成。(4)锚杆配件：为了保证锚杆受力合理、施工方便而设置的部件，如定

5、位支架、导向帽、架线环、束线环、注浆塞等。1台座； 2锚具；3承压板； 4支挡结构；5钻孔； 6自由隔离层；7钢筋； 8注浆体；Lf自由段长度；La锚固段长度。Lfa资料 预应力锚杆、锚索在高边坡防护中的应用 2TniniiNiiPLcfk11)(图 1 锚杆结构示意图图 2 锚索结构示意图按是否预先施加应力分为预应力锚杆(索)和非预应力锚杆(索)：非预应力锚杆是指锚杆锚固后不施加外力，锚杆处于被动受载状态；非预应力锚杆通常采用、级螺纹钢筋，锚头较简单，如板肋式锚杆挡墙、锚板护坡等结构中通常采用非预应力锚杆。预应力锚杆是指锚杆锚固后施加一定的外力，使锚杆处于主动受载状态；预应力锚杆在锚固工程中

6、占有重要地位。预应力锚杆的设计与施工比非预应力锚杆复杂，其锚筋一般采用精轧螺纹钢筋（2532）或钢绞线,目前在公路滑坡处治中广泛采用预应力锚索加固技术。3 锚杆(索)加固边坡的应用在土层中，边坡安设锚杆（索）后所提高的安全系数可用下式条分法公式计算： (1)式中， 是作用在第 条滑面上的法向力； 是作用在第 条滑面上的切向力； 是第 条滑iiTiic面上的粘聚力； 是第 条滑面长度； 是锚杆锚iLN固力沿滑面法向的分力； 是锚杆锚固力沿滑面切T向的分力； 是滑面上的摩擦系数。f在岩体中，由于岩石产状及软硬程度存在严重差异，岩石边坡可能出现不同的失稳和破坏模式，如滑移、倾倒、转动破坏等。锚杆的安

7、设部位、倾角为抵抗边坡失稳与破坏最有利的方向，一般锚杆轴线应当与岩石主结构面或潜在的滑移面呈大角度相交，如图 4 所示。 图 3 锚固边坡的稳定性分析1台座； 2锚具；3承压板；4支挡结构；5自由隔离层；6钻孔；7对中支架； 8扩张环；9钢绞线； 10架线环；11注浆体； 12导向帽；Lf自由段； La锚固段。1fa03GiP锚 固 段滑 动 面资料 预应力锚杆、锚索在高边坡防护中的应用 3(a)锚杆平衡滑动力 (b)锚杆抵抗转动破坏 (c)锚杆抵抗倾倒图 4 锚杆增强岩石边坡的稳定性锚杆在边坡加固中通常与其它支挡结构联合使用，例如：(1)锚杆与钢筋混凝土桩联合使用，构成钢筋砼排桩式锚杆挡墙。

8、排桩可以是钻孔桩、挖孔桩或劲性砼桩，锚杆可以是预应力或非预应力锚杆，预应力锚杆材料多采用刚绞线（预应力锚索） 、四级精轧螺纹钢（预应力锚杆） 。锚杆的数量根据边坡的高度及推力荷载可采用桩顶单锚点作法和桩身多锚点作法。在边坡支护中排桩式锚杆挡墙主要用于下列情况: 位于滑坡区域的边坡支护、路堑开挖造成的牵引式滑坡或路堤引发的推力式滑坡、工程滑坡可能性较大的潜在滑坡区域的边坡支护，在抗滑桩难以支挡边坡推力荷载时，宜采用预应力锚索抗滑桩结构，如图 5 所示。 边坡切坡后，由于外倾软弱结构面形成临空状楔体塌滑可能性较大，造成危害性较大的边坡。 高度大于 12 米、稳定性较差的土层边坡，此时由于抗滑桩悬臂

9、较长，承受的弯矩过大，为了防止抗滑桩破坏，可采用单锚点或多锚点作法。 坡顶 0.5 米内有重要建筑物或较大荷载的、类岩石边坡和土层边坡宜采用排桩式锚杆挡墙支护。 图 5 滑坡处治的预应力锚索抗滑桩结构(2)锚杆与钢筋混凝土格架联合使用形成钢筋砼格架式锚杆挡墙，锚杆锚点设在格架结点上，锚杆可以是预应力锚杆（索）或非预应力锚杆（索） 。这种支挡结构主要用于高陡岩石边坡或直立岩石切坡，以阻止岩石边坡因卸荷而失稳。如图 6 所示。(3)锚杆与钢筋混凝土板肋联合使用形成钢筋砼板肋式锚杆挡墙，这种结构主要用于直立开挖的、类岩石边坡或土质边坡支护，一般采用自上而下的逆作法施工。如图 7 所示。(4)锚杆与钢

10、筋混凝土板肋、锚定板联合使用形成锚定板挡墙。 图 6 钢筋砼格架式锚杆支护这种结构主要用于填方形成的直立土质边坡，如图 8 所 示。图 7 钢筋砼板肋式锚杆挡墙 图 8 锚定板挡墙(5)锚杆与钢筋砼面板联合使用形成锚板支护结构，适用于岩石边坡。锚杆在边坡支护中主要承担岩石压力，限制边坡侧向位移，而面板则用于限制岩石单块塌落并保护岩体表面防止风化。锚板可根据岩石类别采用现浇板或挂网喷射混凝土层。(6)锚钉加固边坡，在边坡中埋入段长而密的抗拉构件与坡体形成复合体系，增强边坡的稳定性。这种方法主要用于土质边坡和松散的岩石边坡，加固高度较小，多用于临时边坡加固。锚杆(索)施工锚杆施工包括施工准备、造孔

11、、锚杆制作与安装、注浆、锚杆锁定与张拉等五个环节。预 应 力 锚 索滑 动 面抗 滑 桩 钢 筋 砼 纵 梁 预 应 力 锚 索滑 动 面钢 筋 砼 横 梁滑 动 面肋 柱 锚 杆挡 土 板 滑 动 面挡 土 板肋 柱 锚 定 板锚 杆资料 预应力锚杆、锚索在高边坡防护中的应用 41 、施工前的准备工作施工前的准备工作包括施工前的调查和施工组织设计两部分。施工前的调查是为施工组织设计提供必要资料，其内容有：锚固工程计划、设计图、边坡岩土性状等资料是否齐全；施工场地调查，施工对交通的影响情况；施工用水、用电条件调查；边坡工程周边可能对施工造成影响的各种状态调查；该工程紧靠东江，防止未净化的工程用

12、水直接排入江中；掌握作业限制、环保法规或地方法令对施工造成的影响；其他条件的调查，如施工用便道、气象、安全等条件。在对上述内容作调查、并掌握详细资料后，应制定施工组织设计，确定施工方法、施工程序、使用机械、工程进度、质量管理和安全管理等事项。施工组织设计书包括工程目的、工程概要、设计锚杆规格和锚固力要求、工程进度、组织编制表、使用机械、临时设施、使用材料、作业程序及人员配备、施工管理与质量控制计划、安全管理计划、应交付工程验收的各种技术资料、施工管理程序图表等 13 个方面的内容。2 、施工工艺(1)钻孔准确放出各锚杆孔的位置，搭设脚手架，架装潜孔钻机并稳固。用仪器测定钻机导向架的倾角（与水平

13、面夹角为 15 度），在钻进过程中随时检查倾斜度，钻孔端部的斜偏尺寸不应大于锚杆长度的 2%。为确保锚杆施工不至于使边坡地质条件恶化，采用无水干钻。钻进过程中如遇到严重塌孔，应立即停止钻进，进行注浆固壁处理（注浆压力 0.10.2MPa），注浆 36 小时后重新扫孔钻进。相邻锚杆施工方位调整平行，严格定向定位，钻机安装牢固，钻孔口径为 130mm。钻孔采用回转钻进方式，钻进时采用泥浆循环护孔，钻孔达到设计深度后，继续超钻2050cm。钻孔完毕后，用高压风清除孔内残留物。钻孔是锚固工程费用最高、控制工期的作业，因而是影响锚固工程经济效益的主要因数。锚杆钻孔应满足设计要求的孔径、长度和倾角，采用适

14、宜的钻孔方法确保精度，要使后续的杆体插入和注浆作业能顺利地进行。一般要求如下：在钻机安放前，按照施工设计图采用经纬仪进行测量放线确定孔位以及锚孔方位角，并作出标记。一般要求锚孔入口点水平方向误差不应大于 50mm，垂直方向误差不应大于 100mm。确定孔位后根据实际地层及钻孔方向选取适当的钻孔机具并确定机座水平定位和立轴倾角(即锚孔倾角)，钻机立轴的倾角与钻孔的倾角应尽量相吻合，其允许的误差只能是岩心管倾角略大于立轴倾角，不允许有反向的偏差出现。开孔后，尽量保持良好的钻进导向。在钻进过程中根据实际地层变化情况，随时调整钻进参数，以防止造成孔斜偏差。在边坡锚固的钻孔过程中应注意岩芯的拾取，并尽量

15、提高岩芯采取率，以求不断地准确地划分地层、确定不稳定岩土体厚度，判断断裂破碎带、滑移面、软弱结构面的位置和厚度，从而验证设计所依据的地勘资料，必要时修改设计。锚孔深度应超过设计长度 0.51.0m，同时锚孔锚固段必须进入中风化或更坚硬的岩层，深度一般不得小于 5 米。(2)锚杆制作与安装在锚杆制作上，棒式锚杆的制作十分简单，一般首先按要求的长度切割钢筋，并在外露端加工成螺纹以便安放螺母，然后在杆体上每隔 13m 安放隔离件以使杆体在孔中居中，最后对杆体按要资料 预应力锚杆、锚索在高边坡防护中的应用 5求进行防腐处理，这样棒式锚杆的制作便完成。而对于多股钢绞线的锚杆（如图 2 所示）制作较复杂，其锚固段的钢绞线呈波浪形，自由段的钢绞线必须进行严格的防护处理。对于锚杆(索)总的要求如下：严格按照设计进行钢筋（或钢绞线）选材。对进场的钢筋或钢绞线必须验明其产地、生产日期、出厂日期、型号，并核实生产厂家的资质证书及其各项力学性能指标。同时须进行抽样检验，以确保其各项参数达到锚固施工要求。对于预应力锚固结构，优先选用高应力、低松弛的钢绞线，保证其与混凝土有足够的粘结力(握裹力)，同时应保证预应力损失后仍能