预应力锚索高边坡防护与加固

浅谈预应力锚索高边坡防护与加固
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
abstract this paper systematicly introduces the design processes and the points of construction and testing means in the reinforcement engineering of prestressed anchor in high slope. it has strong practical significance. keywordshigh slopereinforcement prestressed anchor.
中图分类号：u418.5+2 文献标识码：a 文章编号：2095-2104（2013）
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：
对直线形滑面： ---------荷载增大法
----------强度折减法
对圆弧形滑面： -------荷载增大法
-------强度折减法
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。

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。