[浅析边坡治理工程中压力分散型锚索的施工应用]压力分散型锚索原理

　　【摘 要】边坡失稳是生态环境和工程建设中经常遇到的广泛且严重的地质灾害之一，它给世界各国造成生命财产和经济建设的巨大损失。本文介绍了不均匀风化地层的高边坡采用普通拉伸型预应力锚索进行加固，由于地层变化造成锚固段不能保证完全进入中微风化岩层，锚索的承载力无法保证。经过现场试验对比后，采用承载性能较高的新型压力分散型锚索结构进行加固，并取得成功。结合重庆市某高速公路边坡60余m高的加固实践，介绍了该新型的压力分散型无粘结预应力锚索结构的现场试验结果以及施工应用，为同样地层的锚固工程提供一种新的解决方法。
　　【关键词】工程概况；压力分散型锚索；边坡治理；施工应用
　　1.工程概况
　　重庆市渝黔高速公路某一处高边坡，由于地质条件复杂,坡体为不均匀风化花岗岩地层，由于坡体强度差，加上坡体是一次性全部开挖，造成开挖后即出现不稳定迹象。边坡高60余m，地层为不均匀风化花岗岩，工程地质条件复杂，坡体含大量球状中微风化孤石，强风化土层呈粉质砂土状。坡底部开挖后形成的路基含水量较大，土质较软。路堑边坡高60余m，设计分6级，第一级高8m，第二、三、四、五级每级高10m，第六级高6～8m。每级设置平台，第三级平台宽10m，其余平台宽3m。第一、二、三、四级边坡坡率为1:1，第五级边坡坡率为1:1.25，第六级边坡坡率为1:1.5。坡体下部五级边坡主要采用预应力锚索肋柱防护，肋柱间距3.5m，上下设两排锚索，锚索穿过肋柱，与肋柱共同支护坡体，锚索上下间距第一级边坡为3.5m，其余均为4.0m。1级、5级锚索每束4根Ф15.24钢铰线，设计拉力：700kN；2、3、4级锚索每束6根Ф15.24钢铰线，设计拉力：1100kN，锚索孔孔径160mm。
　　工程中原计划是采用普通拉力型锚索结构，但是由于不均匀风化地层，无法保证锚固段进入微风化岩层的长度能够达到设计长度，进而无法保证锚固段承载力。针对这一情况，在施工现场，进行了原设计普通拉力型锚索和新型拉力分散型锚索的现场抗拔力对比试验。试验结果表明，新型压力分散型锚索结构承载性能优于普通拉伸型锚索，而且试验承载力达到设计要求。因此该边坡变更采用压力分散型锚索结构进行支挡，通过对治理后该边坡一年期的变形监测，该高边坡基本稳定，该边坡得到成功治理。
　　2.压力分散型预应力锚索
　　我国近几年发展起来的新型锚索结构压力分散型无粘结预应力锚索，因其受力结构合理、防腐性良好等特点，已在许多工程中得到应用。普通拉力型锚索，在锚固段前端受力集中，该部位浆体易产生开裂，其余部位拉力迅速减弱，不能充分利用周围岩土体的力学传递性能。压力分散型锚索，将无粘结锚索的拉力转化为对浆体的压力，多个承载体将拉力以压力形式分散作用于不同深度的岩土体上，将锚固段岩土体的抗拔性能充分均匀发挥。因此理论上压力分散型锚索承载性能优于普通拉力型锚索。
　　压力分散型无粘结预应力锚索，由若干个承载体单元在锚孔不同位置分别承担锚索的部分拉力，将锚索的拉力均匀分布，克服普通锚索拉力集中的缺陷；每个承载体单元由一根绕过承载体弯成“U”型的无粘结钢绞线组成，通过该结构锚索的拉力转变成压力作用在锚固体砂浆体上进行力的传递，普通锚索是使锚固体砂浆砼受拉进行力的传递，受拉后锚固体砂浆砼易产生破坏，砼受压能力远大于受拉能力，压缩型锚索锚固体砂浆砼受压后产生横向变形，与周围岩土体结合更加紧密，从而使锚固力增加，从理论分析上压缩分散型锚索在中风化及中风化以下地层中的锚固能力明显优于普通型锚索。另外，采用无粘结钢绞线可有效解决锚索长期防腐问题。
　　3.抗拔力试验
　　为对比原设计普通拉伸型锚索和新型压力分散型锚索的抗拔力性能，在坡体中上部地层均匀部位，两种锚索各布置两孔相同的试验锚孔，试验孔参数如下：压力分散型锚索：数量2孔，编号YL1、YL2；长度26m；4Ф15.24无粘结钢绞线两个承载体，承载体间距3.5m，孔径160mm。普通拉力型锚索：数量2孔，编号LL1、LL2；长度26m；4Ф15.24钢绞线，锚固段7m；孔径160mm。采用150t级千斤顶循环张拉方法进行破坏性张拉，用百分表纪录锚头位移，绘制荷载-位移循环加载曲线图。根据试验数据，绘制了两种锚索循环张拉的弹塑性位移曲线，见图1。
　　通过比较，两种锚索的弹塑性位移明显不同，普通锚索塑性位移随锚索拉力加大而不断增加，直到锚索被拉断破坏；压力分散型锚索塑性位移在达到一定拉力（600kN）以后几乎不再增加，说明压缩型分散型锚索抗滑移能力即承载性能大于普通锚索。
　　试验结果显示：压力分散型锚索在该坡体强0中风化岩层中即能够满足设计拉力的要求，锚索锚固段长度不需根据岩层的变化而变化，由此可解决锚索锚固段必须入岩问题。
　　4.施工应用
　　施工主要工序：测量放孔位，造孔，锚索的制作和安放，注浆；肋柱地基开挖，钢筋绑扎，模板制安，浇注砼，养护，锚索张拉，封锚；片石框架挖基，浆砌片石施工等。
　　4.1 压力分散型预应力锚索施工
　　4.1.1 测量放孔位
　　在坡面上根据设计孔位准确放出各锚索孔的位置，在孔位处打入短钢筋或木桩，并用红漆喷涂。
　　4.1.2 造孔
　　（1）搭建脚手架、安置钻机就位。在放好样的孔位上搭设脚手架，并安装钻机，钻机安装应做到“正、平、稳、固“确保钻机受力不摇摆、不位移。
　　（2）钻孔。根据本工程特点采用回转式钻机钻孔，回转式钻机钻头安装在套管的底端，有钻机带动钻杆给孔底钻头以一定的钻速和压力钻进地基。用罗盘仪或量角器测定钻机导向架的倾角，钻孔下倾与水平角为15°，实际钻孔深度按设计要求大于设计深度0.2m。在钻进过程中随时测量倾斜角度，为确保锚索施工不至于使边坡条件恶化，采用风动冲击回转钻进方法辅助长螺旋杆钻，风动潜孔锤冲击回转方法钻进成孔，岩层破碎时，应采用跟管钻技术，以使钻孔完整不坍孔；如遇坍孔，应立即停钻，进行固壁灌浆处理，水泥砂浆初凝后，重新扫孔钻进。