压力分散型预应力锚索加固边坡 的设计与施工 ■余锋 在运用预应力锚固体系加固路基边坡的过程中，工程技 术人员一直在努力改进预应力锚固体系的锚固效率，以提高 加固后边坡的稳定性和耐久性。传统加固边坡所采用的预应 力锚固体系多为拉力型锚索体系，虽然这种预应力锚固体系 工艺相对简单，但由于受其锚固段应力分布不均匀的受力特 性影响，决定了它无法提供大吨位锚固力以及不适应复杂地 层的局限性。而压力分散型锚索体系中，锚索的拉力由多个 承载体承担，在整个锚固体段内避免了粘结摩阻力的严重应 力集中现象。与拉力型锚索相比，它的锚固效果、经济效益 更好，且受力机理合理，故应用范围更广，代表了锚索加固 体系的新发展方向。 １．压力分散型锚索体系的设计 １．１极限承载力的确定 压力分散型锚索的极限承载力应满足下列三个基本条 件： Ｐ Ａ・ｆｐｔｋ Ｐ Ａ ・ｆｃ Ｐ 窟Ｄ・∑ｑ Ｌ 式中：Ａ为钢绞线的截面积（ｍｍ ）：ｆ 为钢绞线的强 度标准值（ＭＰａ）ｉ ｎ为承载体个数： 为水泥浆体截面面积 （ｍｍ ）； 为水泥浆体抗压强度标；隹值（ＭＰａ）；ｑｍ为第 ｎ载区段上的粘结摩阻强度标准值（ＭＰａ）：Ｄ为锚固段水泥 浆体直径（ｍｍ）；Ｌ 为第ｎ承载区的长度（ｍｍ）。 １．２锚固长度的确定 １ ２．１预应力锚索一般都采用粘结性锚固体，因此地层与 注浆体的粘结长度按下面公式计算： Ｌｆ＝ｋ・Ｐｄ ・ｄ－ｆｙ 式中：Ｌ 为地层与注浆体问的锚固粘结长度（ｍ）：ｋ为 安全系数； 为锚固设计锚固力（ｋＮ）：ｄ为锚固段的钻孔 直径（ｍ）：ｆ 为地层与注浆体间的粘结强度（ｋＰａ）。 岩地层的粘结强度一般需要通过试验确定，当无试验资 料时可参照一些经验值取定。英国学者小约翰和Ｂｒａｃｅ经研究 后建议在无剪力试验强度资料或未作现场承载力试验时，取 岩体单轴抗压强度的１／１０，较软弱岩石可取２／１０～３／１０倍单 轴抗压强度。Ｋｏｃｈ建议软岩的粘结强度为０．３５～０．７０ＭＰａ， 中硬岩取０．７～１ ０５ＭＰａ，硬岩取１．０５～１．４ＭＰａ。 １－２Ｉ２水泥注浆体与锚索体间的粘结长度按下式计算 Ｌｇ＝ｋ’Ｐｄ／（ｎ‘ 。ｄｇ‘ 同样，注浆体与锚索体问的粘结强度宜通过试验确定。 当无试验资料时，可按公路路基设计规范的推荐值或锚杆喷 射混凝土支护技术规范的推荐值选用。 １．２－３通过对锚固段粘结长度Ｌ和 分别进行计算，实际 锚固长度取两者之间的较大值，按现行规范要求其长度不应 小于３ｍ，也不宜大于１ Ｏｍ。 １ ３承载体的设计 压力分散型预应力锚索的设计原则就是应使每个承载体 的受力尽可能均匀，而每个承载体上所受的力应与该承载段 处水泥灌浆体表面上的粘结摩阻应力相平衡。因此，一般锚 索承载体的间距为３～４ｍ。对于由１８６０Ｍｐａ级无粘结钢绞线 组成的压力分散型预应力锚索体系中钢束，应采用挤压套将 钢绞线锁定在承压板上，这样有利于钢绞线强度的发挥，且 制作简单、经济。 ２．压力分散锚索的施工方案 经验表明，有许多路堑高边坡虽然设计合理，但由于施 工方法和工艺不当，或者工程措施未能及时实施，导致施工 中边坡失稳破坏造成损失。因此，除开合理设计以外，尚应 该按照科学的施工方法和工艺对边坡加固。 实际施工中由于不同作业组交叉施工，协调困难，一般 锚索施工要等到边坡成型后才能进行，而开挖成型的边坡， 常因土体自重及雨水的作用而发生坍塌现象，造成工程经济 上的损失和工期的延误。因此，用预应力锚索加固边坡时， 应尽可能做到开挖一级边坡，施工一级。在来不及施工锚索 时，也应做好临时防护设施并及时进行动态变形观测，以减 少不必要的损失。预应力锚索施工关键环节是钻孔、锚筋制 安、锚孔注浆和锚索张拉锁定等工序。 ２．１钻孔 首先按设计锚孔位置测量放样，钻机定位，钻 Ｌ下倾线 与水平面的夹角为１ ５。。其钻机导轨倾角误差不超过±１。，方 位误差不超过±２。。在钻进过程中，严禁开水冲钻及冲洗孔 壁，控制好钻进速度，防止钻孔偏斜、扭曲和变径。对钻 压、钻速、地层和地下水情况等及时作好施工记录。￣￥ＴＬＴＬ 径、孔深不得小于设计值，并超钻５０ｃｍ。当钻进达到设计深 度后，不立即停钻，要稳钻３～５ｍｉｎ，以防在孔底熄火。钻 杆取出后，应及时用高压风将孔中岩粉及水清除７Ｌ￣Ｉ＇，且及 时安装锚索、注浆，以防坍孔。若钻进过程中遇有塌孔应立 即停钻，并采用注浆固壁方法处理，２４ｈ后重新开钻。 ２ｌ２清孔 钻孔达到设计要求后，采用高压空气将空中的粉末和水 全部清除出孔。 ２．３锚索的制作安装 压力分散型锚索由三个单元锚索组成，每个单元锚索分 别由两根无粘结钢绞线内锚于钢质承载体组成，钢绞线通过 特制的挤压簧和挤压套对称地锚固于钢质承载体上。截取钢 绞线总长度比锚索设计长度多出１．５ｍ作张拉工作段，在专用 弯折机上对称弯折钢绞线，放置承载体，用专用打包机将钢 绞线绑扎到承载体上。组装承载体应定位准确，挤压套通过 螺栓在承载体和限位片之间栓接牢固。每个锚孔口位置必须 设置一个架线环间距为１ ５ｍ左右，定位准确，绑扎牢固，注 浆管穿索应深入导向帽５～１ Ｏｃｍ，导向帽点焊、固定于最前 端承载板上，并留有溢浆孔。锚索制作完成并经检验合格 后，即可运至相应孔位进行安装。按照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。 ２Ｉ４注浆 首先按照经试验合格的注浆材料，以水灰比０．４～０ ５１；Ｉ； 例配制纯水泥浆。浆液要搅拌均匀，浆体强度不低于 ４０ＭＰａ。注浆管捆扎在锚索体中轴部位，注浆管头部距锚索 体末端为５Ｏ～１００ｍｍ。采用孔底返浆法注浆，一般注浆压力 为２．ＯＭＰａ左右，直至孔口溢出新鲜浆液为止。若发现孔口浆 面回落，要在３０ｍｉｎ内进行孔底压注补浆２—３次，以确保孔 口浆体充满。 ２．５锚索张拉 在注浆体与张拉台座砼强度达到设计强度８０％以上时， 即可进行锚索张拉作业，其张拉方法与一般预应力筋张拉基 本相同。张拉设备采用专用设备，并在作业前进行标定，锚 具、夹片等应经检验合格方可使用。台座承压面要平整，锚 具安装与锚垫板和千斤顶密贴对中，千斤顶轴线与锚孔及锚 筋体为同轴一线，确保承载均匀。压力分散型锚索，因各单 元锚索长度不同，要按照设计次序分单元，采用差异分步张 拉。即根据设计荷载和锚索长度计算确定差异荷载，根据计 算的差异荷载分单元张拉。先分步补足差异张拉之第一、二 步级张拉荷载增量，再分五级即设计荷载的２５％、５Ｏ％、 ７５％、１００％和１１Ｏ％张拉。在张拉最后一级时，要持荷稳定 １ ０～１ ５ｍｉｎ后方卸荷锁定。若锚索锁定４８ｈ内，有明显预应力 损失现象，要及时进行补偿张拉。 ２．６封锚 张拉完成后瞄孔注浆，截断钢绞线，浇注 混凝土封锚头。 ３．压力分散型锚索的质量检验 对预应力锚索进行质量检验，可获知锚索的受力大小和 状态，以评价已竣工的锚索工程质量是否满足设计条件的安 全系数，因此，这一环节至关重要。 ３．１检验方法 试验设备和工作程序与预应力锚索张拉基本相同，但应 注意： ３．１ １分级加荷时，起始荷载宜为锚索设计荷载的３０％， 最大检验荷载不能大于锚索承载力标准值的０．８倍。对于压力 分散型锚索，在以设计最大检验张拉荷载计算补足差异伸长 量后，同步张拉至锚索设计荷载的３０％作为起始荷载 ３．１．２在荷载每增加一级时，均应持荷稳定１ ｍｉｎ，并记录 位移读数。最后一级也要维持１ ０ｍｉｎ，如果在历Ｂ－，Ｊ１ ０ｍ ｎ内位 移超过１ ｍｍ，则该级荷载应再维持５０ｍｉｎ，并分别记录各级 位移量。 一 ３．２检验标准 判定预应力锚索质量合格应同时符合以下两个条件： ３＿２．１从５０％设计荷载至最大检验荷载之间所测量的总位 移量，应当超过该荷载范围内锚索自由段长度的预应力筋理 论弹性伸长量的８０％，且小于自由段与１／２锚固段长度之和的 预应力筋理论弹性伸长值； ３．２．２在最后一级荷载作用下的位移观测期内锚头位移稳 定，即在历时１０ｍｉｎ内位移不超过ｍｍ，或者２ｈ蠕变量不大 于２ｍｍ。 ３ｌ３检验结果 按技术规范要求，锚索检验数量不少于每种类型锚索总 数的５％，且不得少于３根。监理根据工程类型随机抽样确定 检验试验锚索。 ４．结束语 压力分散型预应力锚索在同一钻孔内设置多个单元锚固 体，这种锚固方法能使粘结应力较均匀地分布在整个锚固长 度上，故能更有效地利用地层强度，克服拉力型锚索的不 足，并且由于采用无粘结钢绞线组成，它的防腐性能和耐久 性大大优于普通拉力型锚索，因此在边坡加固工程中具有广 泛的应用前景。 （作者单位：湖北华祥路桥建设工程有限公司）