摘 要：介绍了高速公路高边坡采用框架加予应力锚索加固边坡的施工工艺和锚索的造孔：锚索编束；锚索入孔后的高压注浆锚索运输及进扎锚索张拉等施工经验。经验收和半年的监测证明是有效的。
关键词：高边坡予应力锚索施工
1. 概述
预应力锚索施工在桥梁工程、水利工程等领域已较普遍使用，而应用于高速公路的高边坡上还是近几年的事。
在高速公路施工中，遇到高边坡，往往会出现地质条件不够理想。岩石的风化、蹦塌严重，尤其在深路堑施工时，造成临空面较高，如果再加上构造裂隙发育，就会使路堑边坡形成不稳定势态，设计部门就要采取加强边坡防护，提高稳定性的积极措施。除了采用土层锚杆的锚杆喷射混凝土支护外，在最近通车的同三国道福建段的福宁高速公路霞浦段中，采用了预应力锚索组成的框架梁防护形式，使预应力锚索施工进一步在高边坡工程中得到应用。
其实预应力锚索组成的框架梁防护形式(见图1)，是利用一定强度的水泥砂浆在有效深度的锚孔底端与周边岩石形成具一定强度的锚固体，而后在锚索的预应力作用下，将不稳定的山体部分稳固地与稳定山体组成整体，确保边坡的稳定，不使构造裂隙进一步发展，从而达到防护目的。下面就预应力锚索施工在同三国道福宁高速公路A1 4标段E匝道右侧边坡中应用情况作一介绍。

图1 框架垂直坡面正视图
2 地质概况
同三国道福宁高速公路A14标段E匝道，是在霞浦互通区内，位于霞浦城东南约1.5公里，跨越丘陵与河谷单元。E匝道右侧边坡处于在丘陵地貌单元，山地浑固，山坡较平缓，植被发育，总的地势为南高北低。E匝道是以路线半径为280m的曲线内侧切割山体斜坡。自然山坡坡度约25°～30°。从地貌形态分析，原自然山坡无明显不良地质现象。
由于坡体开挖面差异风化严重，岩石裂隙发育，2001年11月，当边坡开挖至第一、二级边坡时，坡体产生裂缝，并向上发展到坡顶附近。设计作了调坡卸载措施，并根据实际情况，又进行工程地质勘探。从不同的钻孔位置，发现边坡出露地层分为七层，分别为素填土、粉质粘土、砂质粘性土、全风化花岗斑岩(花岗岩)、强风化花岗斑岩(花岗岩)、弱风化花岗斑岩及微风化花岗岩等七层，其主要为花岗斑岩及花岗岩组成，岩石差异风化现象严重，开挖面顺坡方向为软硬不均的岩土组合，弱风化岩层破碎，垂直裂隙十分发育、裂隙中充填砂土，顺坡向易产生崩塌和滑坡，由于开挖原因导致岩土体应力失衡。在降雨集中和雨量较大的季节，岩土体易受水侵蚀软化，形成不利界面。
因此，设计作出了对EK0+080～EK0+208段第二、四级的部位采取了预应力锚索框架加固，而后第二级又向西延伸了16m。
3 预应力锚索框架加固
预应力锚索框架加固分别布置于EK0+064～EK0+208第二级和EK0+088～EK0+184第四级边坡。每片框架宽8 m，间距4 m，框架横梁与竖肋截面均为0.5×0.5 m；每一级各设上、下二排采用压力分散型的锚索。单孔锚索设计拉力为600kN，由6根中15.24高强低松驰无粘结钢绞线配以承压板和挤压套等制作；其锚索长度：第二级的EK0+064～EK0+120段为25 m和23 m； EK0+120～EK0+192段为30 m和28 m；EK0+192～EK0+208段为25 m和23 m。第四级的EK0+088～EK0+120段为28 m和26 m；EK0+120～EK0+184段为30 m和28 m；EK0+192～EK0+208段为25 m和23 m。它们的锚固段长均为9 m。锚索钻孔孔经为130m m，向下俯斜25°。锚索锁定预应力为500kN。
4 预应力锚索框架加固施工
1．框架施工
预应力锚索框架是边坡锚固工程的抑制构件。由于它的形成将整个被加固范围内的临空面表面受到了框架平面的覆盖，使加固的整体性得到加强。同时，它又是预应力钢绞线锚固结构的锚垫着落点。因此，它的施工质量的优劣，直接影响着预应力锚索的加固。
施工工艺程序见图2

图2 框架、格子梁施工工艺流程框图
其中钢筋混凝土工程与一般混凝土结构一样，必须符合相关的施工及验收规范。所不同的即在混凝土灌注前，必须将锚具中的螺旋钢筋、波纹管和锚垫板按设计要求固定在横梁与竖肋交点处的钢筋上，方向与锚孔方向一致，摆放要平整。浇捣时必须仔细，确保混凝土密实。并不能使锚具走动。在锚索下孔注浆后，即进行结构框架的施工，施工采用分片进行，每片由两至三根竖肋及其横梁、顶梁、底梁组成，两相邻框架接触处(横梁、顶梁、底梁)留2cm宽伸缩缝，用浸沥青木板填塞。
由于框架底面受坡面凹凸情况影响，凸出部位采用局部打凿，凹人部位，可先用Cl0混凝土衬垫，再进行钢筋安装；凹入量不大的可一次性与C2 5混凝土一起浇筑。
混凝土浇筑后，安排了专人养护。在混凝土达到设计强度后，才能进行锚索张拉。
2．锚索施工
施工工艺程序见图3

图3 预应力锚索施工工艺流程框图
本施工的主要特点是单孔复合锚固体系的压力分散型锚索，并具有一定下俯角度的锚索，因此不论在造孔、锚固，张拉等都有其特殊性。
在施工中使用的主要设备是：
施工准备除了临时设施建设和组织施工人员熟悉图纸，做好技术交底、施工放样外，着重进行材料和机具的准备。同时进行适应施工操作、既安全又可靠的脚手架搭建等工作。

造孔
根据锚孔下倾与水平夹角为2 5°的要求及测放后的孔位，准确安装固定钻机，并严格认真进行机位调整。夹角的偏差控制在土1，方位偏差控制±2°；
钻进方式，采用无水干钻，禁止采用水钻。为确保锚孔深度，实际钻孔深度要大于设计长度0.5m：
钻孔的过程中，对每个孔的地层变化、钻进状态、地下水及一些特殊情况要作现场记录。如遇到地层松散、破碎时，则采用跟套管的钻进技术，以使钻孔完整不坍。如遇坍孔，应立即停钻，对钻孔进行固结灌浆处理，待水泥浆初凝后，重新清孔钻进：
成孔后，采用高压风清孔，风压在0.2～0.4MPa，将孔内岩粉及水体全部清出孔外。在此经监理检查后，再进行下一步工序。
锚索编束
锚索编束前：要确保每根钢铰线顺直，不扭不叉，排列均匀，对有死弯、机械损伤及保护套破损的应剔出。
下料：均采用机械切割、严禁采用电弧。其长度为：锚索设计长度+结构竖肋厚度+千斤顶长度+限位板厚度及张拉操作所需长度的总和。张拉操作余量，一般取150mm为宜。
承载体安装：根据下料好的钢绞线，下端头分别按设计锚固段中心每3米处安装承载体，其尺寸必须准确。钢铰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，其连接强度满足设计张拉的要求，即大于200KN。
注浆管安装：注浆管应满足设计要求，具有足够强度，保证注浆施工过程中注浆顺利，不堵塞、爆管或破损拉断。注浆管捆扎在锚筋体中轴部位，管的头部距锚筋体末端为50～100mm。捆扎时不宜采用镀锌材料。
隔离架安放；将予先加工好的隔离支架分别在锚固段范围内每隔1.0m安装一个，自由段范围内每隔1.5m安放一个隔离架，梆扎时不宜采用镀锌材料。
为使下锚顺利，在锚索体完成隔离支架和紧箍环的组装之后，在锚索体底端接装导向帽，宜采用绑扎不宜焊接。
锚索运输及进孔
锚索运输：主要依靠人工扛抬在边坡上搬运。搬运前仔细核对该搬运的锚索长度与即将进入所对应设计孔位的锚孔深度是否相符，确认无误，才能组织人员抬至孔口。避免错运，造成费工费时，甚至酿成质量事故。搬运时，不得损坏各部位，凡有损伤的必须修复。扛抬各支点向距不得大于2m，其弯转半径不宜太小。
进孔：在成孔高压清孔后，立即将锚索进孔。入孔安放时，应防止锚索挤压，弯曲或扭转。锚索人孔的倾角和方位应与锚孔的倾角和方位一致，要求平顺推送，在锚索安装承载体的一端先人孔。先慢慢人孔，摆正方向，然后加快速度推送，依靠锚索重力及惯性下滑。尽量不要停顿，严禁抖动、扭转和串动，防止中途散索和卡阻。如中间卡住，可稍拨出一点再下推，直至下到设计深度。若遇锚索进孔困难，再用高压风吹洗孔一次，若还不行，再用钻进冲孔、扣孔，直到锚索入孔安装就位为止。
高压注浆
压浆前应对压浆设备压浆管、注浆管等进行完好、畅通的检查。在管路连接后可用清水压注检查，确保设备和管路运转正常，无漏浆、爆管等问题发生。
一旦锚索人孔安装后，应及时压浆。本工程注浆采用孔底返浆法，全段一次性注浆，防止中途停止较长时间。高压注浆压力宜大于2.5MPa，注浆至锚孔孔口溢出浆液时，方可停止注浆。注浆作业过程中按规定的“锚孔注浆施工记录表”做好注浆记录，并进行整理。每批一次注浆都进行浆体强度试验，且不得小于两组，保证满足设计强度要求。
注浆材料采用P.032.5级普通硅酸水泥(425#)配制的水泥浆，不得使用PH值小于4.0的酸性水，水灰比宜为0.45，浆体强度不小于40MPa。注浆浆液应搅拌均匀，随搅随用。浆液应在初凝前用完，并严防石块，杂物混入浆液。
注浆结束后，应将设备注浆管、枪和注浆套管等清洗干净，以便重复使用。
张拉
锚孔内的锚固段浆体和结构框架砼7d后或强度大于1 5.0MPa时，即可进行张拉。
张拉前应对张拉设备进行率定，要对孔口的钢垫板，钢铰线清理好，承压面应平整，依次套人锚垫块、工作锚夹片、限位板，确认编号的钢铰线，而后吊装张拉机具就位，有待张拉。
在正式张拉前按张拉设计要求先分别对单元锚索进行张拉，对各单元锚索在同等荷载条件下因自由段长度不等而引起的弹性伸长差，要给予补偿，待补偿后，才可同时张拉各单元钢铰线。
正式张拉前取10～20％设计张拉值进行预张拉，对其预张拉1～2次，使其各部位接触紧密，钢铰线完全平直，而后进行整体张拉。正式张拉分两次进行，第一次张拉作业值为设计值之一半，第二次张拉作业值至超张拉值，每次张拉宜分5～6级进行，除第二次张拉需稳定30分钟外，其余每级稳定5分钟，并分别测量记录伸长量，对同一结构单元上锚筋张拉原则上要求同步进行，确保结构受力均匀，在第一次张拉作业宜先左右后中间，先上下后中间，先对角线后中间的作业原则进行，第二次作业顺序同第一次。预应力张拉采用“双控法”控制。张拉过程中，对油泵操作要严格把关，加压速率不能过快，要求平稳，速率一般取0.1MPa/s，注意观察千斤顶活塞的运行状态，确保张拉安全进行。同时将实际伸长值与理论计算值进行比较，实际伸长值与理论伸长值相差在范围规定内时说明张拉锁定效果良好的。
预应力筋锁定后48h内，若发现有明显预应力损失大于锚索拉力设计值的10％，应进行补偿张拉。
锚筋锁定后，须用机械切割余露锚筋，严禁电弧烧割，并应留长5～10cm外露钢筋，以防拽滑。最后用水泥净浆注满锚垫板及锚头各部分空隙，并按设计要求采用不低于20MPa的砼封锚处理，防止锈蚀和兼顾美观。对要做锚索试验的暂不封锚，待试验完成后再按要求进行封锚。
锚索试验
锚索试验本工程根据实际情况共做了基本试验、工艺试验和验收试验三种。
基本试验是为确定锚索极限承载力和获得有关设计参数而进行的试验：验收试验是为检验锚索施工质量和承载力是否满足设计要求而进行的试验。
根据规范规定，本工程的试验应进行不少于3根的基本试验(抗拔力检测)和锚索总数的5％ (6根)的验收试验。以验证锚固质量的可靠性，其最大试验荷载不应超过钢铰线强度标准的0.8倍。其中工艺试验结合了基本试验一起进行。
有关基本试验的标准，省高速公路工程指挥部暂定为不出现下列情况的视为不被破坏：
1．锚头位移不收敛，锚固体从岩土层中拔出或锚索从锚固体中拔出；
2．锚头位移量超过设计允许位移值；
3．后一级荷载产生的锚头位移增量
超过前一级荷载产生位移增量的二倍：锚索材料拉断。
试验结果均未出现上述情况，验收试验也都取得监理和业主的满意。
4 结束语
为了对永久性锚索预应力变化进行长期观监测，我们在施工范围内布置了四个锚索测力计，经长达半年之久的监测，测量结果是1#～4#锚索测力计的长期应力损失分别为4.2％、5.76％、6.6％、2.57％，完全达到规定指出的“当锚索预应力损失小于10％时则为稳定”的要求。
从整个施工过程中反映，施工质量是确保的。作为预应力锚索应用在高速公路的高边坡加固工程中，是防止边坡开挖形成临空面较高，而使边坡不稳定势态发展，稳定山体有着非常明显的效果。