锚索挡土墙预应力锚索施工技术

锚索挡土墙预应力锚索施工技术
摘要：高速公路修建过程中很多位置需要修建挡土墙，但一些特殊位置挡土墙难以满足实际使用要求，此时需要结合实际情况修建预应力锚索挡土墙。

本文以某高速公路路段为研究对象，对预应力锚索施工技术方案进行了设计，详细介绍了预应力锚索施工过程的每个环节和步骤，最后结合笔者实践经验，总结了预应力锚索施工的质量控制要点。

通过研究可以进一步积累预应力锚索施工技术经验，促进此项技术在各工程领域的应用。

关键词：高速公路；挡土墙；预应力锚杆；施工技术
引言
在洞室加固、危岩锚定、边坡支护、滑坡整治等很多工程实践中都会用到预应力锚索技术，此项技术在工程中已经得到了非常广泛的应用。

已有的实践经验表明，预应力锚索施工技术可以达到很好的效果，获得了专家和技术人员的一致认可。

近年来我国建设了大量高速公路，很多位置需要通过锚索挡土墙对高速公路进行加固，而预应力锚索施工技术正好可以达到这样的效果，所以预应力锚索施工技术在高速公路锚索挡土墙中的应用也非常多。

本文主要以国内某高速公路K2329+845－K2330+950段挡土墙的加固工程为研究对象，基于预应力锚索技术进行施工，结果发现此项施工技术不仅施工进度快且成本较低，对周围自然环境的破坏也相对较小。

1.工程概况
某高速公路的K2329+845－K2330+950段所处位置有一段河流，河流对路基冲刷力度相对较大，属于季节性河流。

本路段的路基属于半挖半填路基，路基与河床之间有一定的高度差。

为了降低河道对高速公路边坡的冲刷，修建高速公路时在河床与路基之间修建了高度在7 m－16.5 m的浆砌片石挡土墙，墙下基础的高度在1.2 m－9.2 m范围内，且在前方堆积了很多开挖路基时丢弃的土方，土方中包含有很多碎石和大量块石。

土方可暂时阻断河道，避免河道对挡土墙造成
直接冲刷，使挡土墙处于相对稳定状态。

但随着雨水间接性冲刷以及部分土方外运，使得路基出现了下沉，进而导致高速路面出现裂缝，最大裂缝达到了10 mm。

挡土墙局部位置存在外移问题，且K2330+123－+236路段的挡土墙因为强度问题
直接被洪水冲垮。

为了保证高速公路的稳定可靠运行，现在需要对此范围内的挡
土墙进行加固处理，拟采用预应力锚索施工技术进行处理。

2.挡土墙锚索加固方案确定
在对高速公路现场基本情况进行详细勘察的基础上，技术人员和设计人员充
分结合工程特点及附近的地质情况，设计了三种加固方案：第一为注浆方案；第
二为挡土墙墙脚加固方案；第三为预应力锚索加固方案。

通过对不同方案的对比
分析，综合考虑加固效果和施工成本，最终确定了第三种方案，即预应力锚索加
固方案。

在此项加固技术的作用下，挡土墙中的大部分土压力都可以通过预应力
锚索进行承担，从而降低挡土墙自身的压力，为锚索挡土墙的稳定可靠运行奠定
坚实的基础[1]。

在对高速公路路基挡土墙的预应力锚索加固处理方案进行详细设计时，充分
考虑该路段挡土墙的高度，对于挡土墙高度大于14.27 m的区域共设计3排锚索。

锚索之间的纵向距离分别设计为3 m、3.5 m、4 m和6 m。

考虑该区域地形地貌
变化幅度非常大，所以每根锚索的具体长度需要充分结合实际情况确定：①当锚
索的锚固段需要在原状土层中埋设9 m长度以上时，整个锚索的长度应该超过14 m；②当锚索锚固段需要在微风化岩中埋藏深度超过6 m时，整个锚索的长度应
该超过12 m，孔的倾角在20°左右，孔深度在12 m－25 m范围内。

本工程案例中所有的锚索具有相同的型号，锚索均采用4×15.24、最高强度
达到1860 MPa的钢绞绳组成。

对于单根锚索允许使用的最大承载力为600 kN，
实际使用时将预应力张拉到400 kN即可，最终锁定时的张力为300 kN。

此预应
力大小已经能够满足本工程的实际使用要求，可以保证挡土墙服役过程的稳定性
与可靠性。

使用的锚具型号为XM15-4型，使用前需要对其质量进行严格检查，
达标以后才能投入应用[2]。

其他箍环、扩张环、锚垫板等非标准件，需要根据设
计图纸在现场进行加工制作后再使用。

利用52.5R普通硅酸盐水泥对锚孔进行注
浆处理。

如图1所示为挡土墙预应力锚索加固设计的剖面示意图，如图2所示为
预应力锚索的整体构造示意图。

图1挡土墙预应力锚索加固设计剖面示意图
图2预应力锚索的整体构造示意图
3.预应力锚索的施工技术分析
对高速公路锚索挡土墙开展预应力锚索施工时，涉及很多环节和步骤，每个
环节和步骤的施工质量都会对最终的加固效果产生直接影响。

因此需要对每个环
节重点把握和关注，确保施工质量，才能为预应力锚索的施工效果奠定良好基础。

3.1.造孔
使用的钻孔设备型号为MD-50，属于液压设备，施工平台利用钢管脚手架进
行搭设。

正式钻孔前需要对钻孔的角度及方位进行确定并检查，无误后才能进行
正式施工。

考虑到本地段的地形地貌比较复杂，钻孔过程中可能会出现卡钻、塌
孔等问题。

所以将钻孔直径确定为138 mm，放下直径为127 mm的套管后，利用
直径为110 mm的钻头一直钻到设计深度。

钻孔深度在12－25 m范围内，实际钻
孔时深度应该超过设计深度0.5 m左右即可。

钻孔过程中需要时刻对孔的倾角和
孔位进行监测，要求实际孔位与设计孔位偏差在±5 cm范围以内。

钻杆的直径为90 mm。

钻孔过程中需要配合使用高压空压机进行供风，共有2台型号为WY-9-
12/7的设备，可以提供的风量为每分钟9 m3－12 m3。

利用风机可以将孔内的砂
土等吹干净，从而保障水泥砂浆与孔壁之间的粘结效果。

3.2.编索
编索工作通常在锚索施工场地附近的空场地上完成。

首先要搭设架子，然后
按照下料长度将钢绞绳进行切割并放在架子上。

对钢绞线外观进行检查并去除表
面铁锈，满足要求后才能投入应用。

对于自由段先后涂抹三层防腐漆，确保涂抹
的均匀性，不得出现漏抹问题。

再利用沥青玻纤布进行裹缠，要求缠绕2层以上，最后用PVC塑料管进行穿套。

为了达到防水的效果，在自由段PVC塑料套管两端100 mm－200 mm的范围内利用黄油进行填充，然后利用防水胶布进行严密包裹。

将导向帽安装到锚索下端区域，在锚索的锚固段内需要安装多个扩张环，相邻扩
张环之间的距离为2 m。

注浆管从中间穿过，与导向帽之间的距离控制在5 cm－
10 cm左右[3]。

完成以上工作后利用扎环对锚固段进行捆扎，相邻扎环之间的距
离同样控制为2 m。

锚索编制完成后要求达到“平、直、顺”的效果。

3.3.锚索安装
对锚索进行正式安装前，需要利用高压风机对锚孔进行处理，确保孔内不出
现其他杂物，然后将锚索转移到孔口附近并开展穿索工作。

穿索安装过程中如果
发现阻力较大，不得利用蛮力进行穿梭。

因为在蛮力作用下可能会导致锚索扭曲，影响锚索的使用质量，降低其强度极限。

确实出现穿梭不顺畅问题时，应该重新
对锚孔进行清理，然后再次开展穿索工作。

穿索过程中应重点关注PVC护管以及
注浆管，不得损坏两个重要管道。

若出现损坏问题则需要重新处理[4]。

最后，穿
索时需要利用定位片对锚索的位置进行确定，确保锚索处在锚孔的中间位置。

完
成注浆工作后，利用保护层对锚索进行保护。

3.4.注浆
完成穿索工作以后需要立即进行注浆，注浆工序是整个预应力锚索施工中非
常重要的工序，会直接影响预应力锚索的强度极限。

注浆用的材料为52.5R普通
硅酸盐水泥，需要利用的注浆泵设备型号为HBW50/1.5。

水泥砂浆的水灰比为
0.45，并在内部使用了0.3%的FDN高效减水剂。

注浆过程中从孔底开始注浆，然
后逐渐向孔外移动，整个注浆过程尽量一次性完成。

注浆时的压力控制在0.4 MPa－0.6 MPa范围内，直到孔口出现冒浆现象为止。

如果注浆压力过大，会导致
更多的浆液向孔壁渗透，从而加大注浆量，增加施工成本。

相反，如果注浆压力
过小，可能会出现填充不密实的现象，影响最终的注浆施工质量效果。

根据实践
经验，注浆过程中实际注浆量通常为设计量的1.2－1.3倍。

因为注入孔内的浆
液会逐渐向孔壁渗透。

如果实际注浆量超过了设计量的2－3倍，说明出现了严
重的漏浆问题，需要停止注浆，采取措施对孔壁进行加固处理后，再次进行注浆。

3.5.立柱浇筑
立柱的材料为C20钢筋混凝土，位置为紧贴墙体胸坡，锚索张拉时需要将立
柱作为固定端，因此设置的立柱间距与锚索的纵向间距完全相同。

立柱下端设置
在墙体基础顶部位置。

本工程中考虑到挡土墙前侧堆放有土方，为了避免土方转
移后墙体失稳，具体施工时，针对三排锚索采用逐排施工的方式进行，首先对上
排立柱和锚索进行施工，然后对中排立柱和锚索进行施工，最后对下排立柱和锚
索进行施工。

3.6.锚索张拉及其锁定
对锚索进行张拉和锁定时，需要用到的设备主要包括千斤顶和油泵，在充分
考虑锚索设计承载力的基础上，最终选用的型号分别为YZW100和ZB4－500。

正
式对锚索进行张拉前，需要对压力表和千斤顶实施配套标定，同时绘制油压－张
力曲线图，以便后续对张拉过程进行监测。

张拉前还要确保水泥砂浆和立柱强度
达到了基本要求，还需要在立柱段锚索灌满水泥砂浆，同时将立柱上需要固定锚
索的区域进行清理，先后将锚垫板、工作锚板、千斤顶套入后，可以开展张拉工作。

锚索张拉时不得一次性将拉力升高至设计承载力，而应该分5级逐渐加载。

将预应力加载至每个应力级别后需要稍作停留，本案例中停留时间超过2 min。

通过逐级增加的方式将锚索的拉力增加至设计值，稳定10 min以上，最后进行锁定。

整个张拉过程中需要记录千斤顶活塞伸长量的数值，并将其作为锚索施工是否合格的重要依据。

本工程案例中，通过对观察数据并分析，认为锚索的施工质量是合格的，能够满足实际使用的基本需要。

3.7.封锚
完成锚索张拉及其锁定工作以后，需要继续观察几天时间，若没有出现其他问题则说明锚索施工质量达标，本工程中均没有出现其他问题。

若在观察的几天时间内发现存在其他问题，应该及时采取措施进行处理，确保无误以后才能进行封锚。

封锚前，可以利用人工方式操作砂轮机，对多出的钢绞绳进行切割处理。

对锚头的锚具进行除锈处理，并涂抹防腐油漆，要求涂抹3层以上，以达到防腐的效果。

基于钢筋网罩根据设计规范要求开展支模工作，最后利用C20混凝土进行封锚。

3.8.监测与验收
预应力锚索整个施工过程中需要做好监测控制工作，包括事前控制和施工过程的控制。

在施工过程中不仅要监测预应力锚索自身的施工情况，还需要对挡土墙以及高速路面裂缝宽度的变化情况进行监测。

根据监测结果对施工技术方案中的一些具体参数进行修正，达到动态设计的效果。

通过以上措施，能够及时规避挡土墙和高速路面出现变化。

完成施工工作后，需要对预应力锚索的张力进行检测，本工程根据行业规范标准，抽取所有锚索数量的5%进行检测。

经过检测后发现抽检合格率达到100%。

良好的合格率说明本文采取的锚索挡土墙预应力锚索施工技术方案是可行的，值得其他工程项目借鉴。

4.预应力锚索施工质量控制要点分析
本工程中预应力锚索施工取得了很好的效果，对锚索挡土墙的加固效果非常显著，主要得益于施工过程的严格把控，每个环节严格按照技术标准及规范要求
执行。

施工过程中不断收集施工信息，并对原方案开展动态设计、及时总结经验。

以下对本案例的施工质量控制要点进行分析。

第一，正式施工前需要组织相关技术人员和现场施工人员，做好组织设计及
每个工序的技术交底工作，确保所有人员都熟练掌握施工流程和技术标准。

所有
原材料包括锚索、锚杆、锚具等，进入施工现场后严格抽检，确保满足要求后才
能投入应用。

每道工序完成后都要进行检验，确保合格才能进入下一道工序，否
则整改直到满足要求为止。

每道工序特别是隐蔽工程必须做好记录工作[5]。

第二，基于逆作法对预应力锚索立柱进行施工，挡土墙前侧的土体基于分层
方式开挖，立柱要分段施工。

锚索采用从上到下逐排方式打入，等待上一层所有
立柱施工完毕并且锚索张拉锁定后，才能开展下一层土方开挖及后续工作。

第三，不得使用泥浆对锚索成孔进行护壁处理，在路基填土内基于套管跟进，作用是避免出现塌孔或者填土被掏空的问题。

实践过程中如果出现塌孔现象，需
要马上通过水泥砂浆进行注浆处理，达到强化孔壁的效果，等待水泥砂浆凝固以
后再扫孔，然后继续后续工序。

基于有压返向一次注浆方式对锚孔进行注浆，注
浆时如果发现注浆量达到设计量的2－3倍时，可以认为存在漏浆问题。

此时需
要在孔口利用岩粉、砾石等进行填塞。

再进行锚孔注浆，直到孔口浆满时为止。

第四，应该确保锚索处于居中位置，注浆应密实饱满，要求保护层厚度超过
25 mm。

完成注浆工作后28天内，材料强度应超过30 kPa。

只有达到以上要求才
能保证锚杆的抗蚀性和耐久性，为预应力施工过程提供保证。

对锚杆进行预应力
张拉并锁定前，需要保证锚固段砂浆强度达到设计要求。

具体操作时，锚杆的张
拉值可以控制在设计承载能力的75%－80%，整个张拉过程需要全程仔细观察并做
好记录工作。

第五，锚头、自由段、锚固段都要做好防腐工作，本案例采用双层防腐方式。

良好的防腐效果可以延长锚杆、锚索的使用寿命，要求施工过程不得对防腐层造
成破坏。

预应力锚索施工过程中，注浆时可能会堵塞挡土墙中已有的泄水孔，因
此完成锚索施工工序后，需要重新加工泄水孔。

5.结束语
在所述的高速公路挡土墙的加固工程案例中，基于预应力锚索技术进行施工，通过后期的监测及验收结果，发现锚索实际的伸长量与设计的伸长量基本吻合，
在规范标准要求的范围以内。

成功应用预应力锚索技术后，该区域的挡土墙得到
明显强化，路基沉降问题得到有效解决，后续高速公路路面没有出现裂缝问题。

当前阶段，预应力锚索技术在很多工程领域得到了应用，但不得不承认，此项技
术在实践时有很多关键的参数设定仍然缺乏理论依据，需要进行深入的分析研究，只有这样才能进一步推广预应力锚索施工技术的应用，提高我国工程领域的技术
水平。

参考文献：
[1] 姚一鸣. 基于FLAC3D的边坡稳定性及预应力锚索支护优化研究[J]. 中
国水运. 2022(12): 111-113.
[2] 梁伟锡. 预应力锚索技术在高速公路高边坡施工中的应用研究[J]. 工
程技术研究. 2023, 8(2): 207-209.
[3] 杨涛. 平利至镇坪高速公路高边坡防护预应力锚索施工技术[J]. 黑龙
江交通科技. 2022, 45(12): 37-39.
[4] 骆龙飞. 高速公路路基边坡滑坡治理中预应力锚索技术研究[J]. 交通
世界. 2022(21): 120-122.
[5] 冀佳. 高速公路工程高边坡治理预应力锚索施工技术[J]. 黑龙江交通
科技. 2022, 45(7): 61-63.
作者简介：朱晓丹，（1985-）男，彝族，云南省昆明市人，本科，工程师，研究方向：公路施工。