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摘要：在高速公路工程中，做好高边坡防护工作，不仅能提高工程的整体质量，也有利于延长公路使用年限，获得经济效益和社会效益的最大化。本文结合实际案例，首先介绍了高速公路高边坡防护方式，然后分析了锚索防护工程的施工工艺要点，指出预应力锚索防护方案的参数计算方法，最后阐述了工程监控和质量控制措施，以供参考。
关键词：高边坡；防护方式；监控；质量控制
高边坡指的是土体边坡高度在15m以上、岩体边坡高度在30m以上，由于受外力因素的作用明显，容易发生崩塌、滑坡等灾害。为了降低灾害风险，减轻灾害带来的损失，必须采用有效的防护方案，常见如喷锚防护、土钉墙防护、植物防护等。防护施工期间，加强监控和质量控制，才能保证高边坡的稳定性。以下对此进行探讨。
1．高速公路高边坡防护方式
1.1 工程防护
工程防护主要包括以下几种：勾缝、喷涂、石砌护坡、砂浆抹面、护面墙等，不同防护方式适用于不同的坡面条件。第一，砂浆抹面适用于坡面完整、没有坡面剥落的情况；喷涂防护适用于路基易风化、坡面不平整的情况。这两种防护措施的优势是施工简单、效果良好；缺点则是水泥使用量大，工程造价高，因此一般在重点工程中使用。第二，勾缝和灌浆防护，主要用于坚硬岩石坡面，能避免水分渗透缝隙，造成路基损害。第三，如果路基和大型河流交汇，此时就要采用护面墙防护，虽然造价成本较高，但能减轻河水、地面水对边坡的冲刷作用。
1.2 植物防护
第一，喷射植生植物护坡。针对岩石边坡，可以铺设镀锌铁丝网，然后把植物种子洒在坡面上，植物在生长过程中能发挥出防护作用。第二，客土植生植物护坡。在高边坡的坡面上挂网，然后利用人工或机械喷填一定厚度的客土。根据当地气候和地质条件的不同，合理选择种子和基质配方，主要用在无法绿化的护坡上，优势是植物生长速度快，防护效果好。第三，液压喷播植草技术。首先将草籽、肥料、粘着剂、改良土壤按照一定比例混合，然后利用机械加压将其喷射到边坡上，优势是施工简单、草籽发芽均匀，而且造价低、适用范围广。第四，土工网植草护坡。利用土工网进行防护，兼具坡面加固、植物防护两种功效，目前在公路边坡防护工程中普遍应用。
1.3 挡土墙结构
高边坡防护工程中，挡土墙结构主要分为三种：第一，重力挡土墙，利用自身重力作用，具有结构简单、施工方便的特点。第二，加筋挡土墙，由填土、拉筋条、墙面板组成，利用填土和拉筋条之间的摩擦力，能有效降低土体的侧压力，从而稳定边坡结构。第三，锚定式挡土墙，属于轻型挡土墙的范畴，主要由混凝土立柱、挡土板组成，墙面和锚杆结合后，能提高坡面土体的稳定性。
2．高边坡锚索防护工程的施工工艺
2.1 工程概况
贵州省沿河至榕江高速公路剑河至榕江段，是贵州省“678 网”中、“第二纵”沿河—德江—思南—石阡—镇远—剑河—榕江的末段。本项目起点连接沪昆国高，终点连接厦蓉国高水口至都匀段，项目实施是贵州省东部地区南下珠三角经济区和环北部湾经济圈的又一条高速通道。本项目纵贯贵州中东部的剑河、榕江两县，项目区旅游资源富集，是贵州省旅游发展总体规划中两个综合旅游区——凯里镇远及黎从榕综合旅游区的骨干旅游通道，对促进黔东南州社会经济发展有重要的作用。
剑榕TJ12标段，起点桩号K86+913，位于四百坡隧道中心位置；终点桩号K94+020，位于宰告隧道起点，路线全长7.107公里。贵州当地多雨，一般每年晴天在100天左右，主要集中在7-9月份，不利于路基施工，且工期压力大。其中，深挖路基较多，尤其是深挖路基的顺层边坡易造成滑坡，因此高边坡的监控与质量控制是本项目的重点。以坡锚索防护为例，介绍工艺技术要点。
2.2 工艺要点
第一，锚孔钻造。依据施工图纸和设计要求，进行测量放样，将锚孔位置确定在坡面上，并准确标记，要求锚孔的方位误差控制在±2cm以内，倾角误差控制在±1°以内。钻进作业时，采用无水干钻法，钻进孔径和深度要大于设计值，其中钻头直径大于设计孔径，实际深度比设计深度高出20cm，且保证断面尺寸满足设计要求，质量验收标准件下表1。完成钻孔后，及时清理孔底泥土，并安装锚固件，进行锚孔注浆，将作业时间控制在24小时内。
第二，锚索安装。在锚索的制作上，使用钢绞线或高强度钢丝，编束前保证钢绞线或钢丝顺直，不能出现扭曲或交叉，均匀排列后按照设计尺寸下料。编束时应该进行牢固捆扎，不能使用镀锌材料；锚索自由段使用塑料管进行包裹，密封后使用铅丝捆扎，并进行防腐处理。在锚索的安装上，塑料套管内径要比筋骨外径大5-10mm，有利于顺利快速穿套，避免张拉胀裂。一次注浆管捆扎在锚索中轴，促使注浆管头和锚索末端相距5-10cm。整个锚索的长度，应该超出预留长度1-1.5m，并且按照规格、长度、型号进行编号。
第三，锚孔注浆。注浆材料的配置，严格按照设计要求确定，一般灰砂比控制在1:1—1:2，水灰比控制在0.38-0.45，水泥砂浆比例控制在0.4-0.45，并且根据实际情况添加外加剂。浆体强度控制在2MPa以上，依据锚固体积和地层特点，确定注浆压力、数量、时间等参数，并且自下向上分段注浆。
第四，地梁和框架制作。地梁和框架一般采用现场浇筑，要求满足以下要求：①钢筋接头要相互错开，在同一个截面上，钢筋接头的数量不能超过总数的50%；如果截面上游焊接接头，那么距离就要控制在1m以上。②钢筋混凝土地梁和框架中的立柱，应该埋进地面标高下50cm以上，并且使用C25等级的混凝土进行浇筑。③混凝土灌注前，将波纹管、螺纹钢筋、锚垫板等按照设计要求固定在钢筋上，和锚孔方向保持一致，然后进行浇筑、振捣。④锚索框架的施工，采用分片施工法，每片包括立柱、横梁、顶梁。相邻两个框架的接触部位，应该预留伸缩缝2cm左右，并且使用沥青木板进行封堵。
第五，预应力锚索张拉。锚索张拉期间，锚垫板台座的承压面保持平整，和锚索的轴线方向处于垂直状态；千斤顶、锚孔、锚索的轴线处于同一直线上，锚头不能压弯、偏折，必要时利用钢垫片进行调整。当锚固体和台座混凝土的强度达到设计值的80%，可以进行张拉；确定张拉顺序，并分析相邻锚孔的影响。临时张拉、永久张力，应力分别控制在极限应力的65%、60%。
3．预应力锚索防护方案的参数计算
3.1 锚索拉力
锚索拉力的计算公式是T=Ecosα/cosβ，式中E指的是坡体下滑力，α指的是滑坡面倾角，β指的是锚索和水平位置的夹角。其中E计算公式如下：
E=KWisinαi+Ei-1[cos(αi-1-αi)-sin(αi-1-αi)tanφi]-Wicosαitanφi-CiL
式中K代表安全系数，一般取值1.05-1.25；Wi代表第i条滑块的重量，αi、αi-1代表第1条、第i-1条滑块在边坡位置的倾角，φi代表第i-1条滑块在边坡滑面上的摩擦角，Ci代表第i-1条滑块所在边坡滑面的黏聚力，L代表边坡滑面的长度。
3.2 锚固长度
锚索锚固长度的计算公式是：L=Fs×P/nπdτ，式中Fs代表安全系数，取值一般在1.4-2.2之间；P代表预应力锚索的轴向拉力值设计值；d代表锚固体直径；τ代表锚固体和孔壁之间的粘接强度。
3.3 截面积
预应力锚索的截面积计算公式是：A≥γNa/εfy，式中γ代表边坡重要系数；Na代表锚索轴向拉力设计值；ε代表锚索的抗拉工作条件，永久性、临时性锚索分别取值0.69、0.92；fy代表锚索的抗拉强度设计值。
3.4 每孔钢绞线根数
依据设计锚固力P、钢绞线的强度P1，每孔锚索的钢绞线根数n计算公式如下：n=Fs×P1/Pmax。式中Fs指的是安全系数，一般取值在1.7-2.2之间；Pmax指的是锚索材料的极限张拉荷载。
3.5 伸长值
以后张法为例，预应力钢绞线的伸长值ΔL计算公式如下：ΔL=P×[1-e-(KL+μθ)]/(KL+μθ)。式中P代表钢绞线的张拉断的张拉力；e代表钢绞线的弹性模量，取值2.03×105MPa；K代表孔道内每米偏差对摩擦造成的影响系数，取值0.15%；L代表张拉断到计算机截面的孔道长度；μ代表孔道壁的摩擦系数；θ代表孔道切线夹角之和。
4．高边坡防护工程的监控和质量控制
4.1 工程监控
为了提高高边坡防护施工的可靠性，以及人员设备的安全性，在施工全程和竣工后2年以内进行监控。其中，施工期间的监控措施如下：设置专人进行安全巡视；实时检测防护坡体；指导边坡开挖作业；调整防护结构设计。在监控点的布设上，一般设置在受力复杂、稳定性差、工程扰动大的部位。具体监控内容包括地表裂缝、坡面变形、地下水位、孔隙水压力、防护结构应力变化等。其中，边坡施工和监测应该同步进行，两者反复交叉，其作业流程如下：清表放线→边坡开挖→动态跟踪监测→评估是否满足稳定性要求→本级开挖完成→本级加固→整体开挖完成→继续监测，下级开挖→再次评估，是否满足稳定性标准→回填。
从工程实践经验来看，高边坡防护工程的监控要点，包括以下三个方面：第一，裂缝监测。安排专人进行人工巡视，观察边坡防护工程的整体形态，确定有无出现裂缝。一旦发现表面裂缝，应该在裂缝处埋设专业观测装置，分析裂缝的变化规律和破坏趋势，并制定有效的处理方案。第二，坡面监测。对于边坡坡面的监测，一般是在平台上设置变形观测点，利用高精度的全站仪进行观测，并采用直角坐标法计算数据。分析测量数据，可以掌握坡面的几何外观变化情况，绘制出边坡各点的滑动示意图。以此作为预警信息的依据，不仅操作简单，而且将微观性和宏观性结合在一起。第三，沉降和水平位移监测。在沉降观测上，主要是在边坡上埋设观测桩，通过前后数据的变化计算出高差，就能得出沉降量。在水平位移监测上，则是利用位移边桩，和沉降观测的原理和方法一致。而且，在暴雨天气时段，是边坡质量问题的高发时期，应该提高监测频率。
4.2 质量控制
防护工程施工期间的质量控制措施如下：确认边坡开挖揭露的情况，监测边坡开挖后的变形，评价边坡稳定性。施工单位负责现场施工监控，勘察设计单位积极配合施工，监理单位则协调各方，及时发现问题不足，并优化防护方案，提高施工的信息化、规范化。
结语
在高速公路工程中，针对高边坡进行防护，能有效预防崩塌、滑坡等地质灾害。文中以贵州省沿河至榕江高速公路为例，介绍了锚索防护工程的应用，其中工艺要点包括锚孔钻造、锚索安装、锚孔注浆、地梁和框架制作、预应力锚索张拉。预应力锚索防护方案的参数计算，应该从锚索拉力、锚固长度、截面积、每孔钢绞线根数、伸长值五个要素入手。另外，施工期间要做好监控和质量控制工作，提高防护工程的稳定性和安全性。
参考文献
[1]贾强.浅谈高边坡防护工程的勘察设计与施工[J].中国高新技术企业,2016,(3):108-109.
[2]张俊.公路高边坡防护方式及施工质量控制的探析[J].建筑工程技术与设计,2015,(18):617-617.
论文作者:唐贵祥1,唐桂龙2
论文发表刊物:《防护工程》2017年第29期
论文发表时间:2018/2/9
标签：防护论文; 代表论文; 锚固论文; 工程论文; 预应力论文; 质量控制论文; 挡土墙论文; 《防护工程》2017年第29期论文;