陈卫华
（广东鸿高建设集团有限公司，广东，东莞，523000）
【摘 要】随着锚固材料和施工技术的不断完善和发展，预应力锚索在岩土锚固方面的应用也愈加广泛。本文主要阐述了预应力锚索的作用机理，介绍了预应力锚索的施工方法及其在高边坡加固中的应用，希望能够给予广大同行们以借鉴和参考。
【关键词】预应力锚索；高边坡；锚固
引言
在进行高边坡工程施工时，坚硬的岩石的某些软弱结构面会出现剪切面，剪切面主要是因为滑体的下滑力超过了抗滑力才产生，在这种情况下，预应力锚索加固技术应运而生。我国主要是从二十世纪六十年代采用预应力锚索加固技术，这个技术特别适用于比较陡的边坡，且具有施工方便，稳定性好的优点，尤其是近几年国内在锚固材料方面不断进步，该技术也得到了广泛的发展。但在工程应用中，仍然会有锚固不理想的效果导致加固失败。所以，为了避免这种情况的发生，加强对预应力锚索技术在高边坡加固中的应用研究是非常有意义的。
1．预应力锚索的加固机理
预应力锚索主要由锚头、索体和张拉段三部分构成。锚头采用的是高强度低松弛的预应力钢绞线，索体是用来连接锚头和张拉段的，而张拉段位于锚索的根部，每各一米设置扩张环，在每两个扩张环中间用铁丝捆绑来增加摩阻力，将拉力从索体传到地层。
图 1 预应力锚索结构示意图
1- 锚具 ; 2- 承压板; 3- 台座; 4- 支挡结构;5- 钻孔; 6- 自由隔离板; 7- 预应力锚索; 8- 注浆体
预应力锚索加固高边坡的优点在于为断层和软弱结构提供了强有力的主动支护，这也是其他支护结构不具备的，因为钻孔的深度大，可以对深层的不稳定体进一步加固，还能够施加大吨位预应力。预应力锚索的加固机理就是通过索体传递拉力到地层来提高周围地层的抗剪强度，以维持地层开挖面的稳定性。
2．预应力锚索的破坏形式和承载力分析
预应力锚索的破坏形式主要有四种：锚索被拉断、锚固体从浆土界面处脱出、锚索在浆筋界面处脱出、连锚带土一起拔出。前面三种是属于锚索的强度破坏问题，最后一种是锚索和土体稳定性破坏问题。第一种情况主要在锚索的极限拉力小于设计拉力时出现，需要锚索具有一定的抗拉强度，比较容易满足。第二种破坏形式要求张拉段有足够的长度、锚索有适当的截面尺寸。第三种破坏由地层对张拉段的粘着力大小决定。对第四种破坏方式来说，锚索的承载力主要取决于水泥注浆体对锚索的握裹力和地层对张拉段的粘着力。
3．预应力锚索在高边坡加固中的应用研究
通过对预应力锚索的加固机理和破坏形式，我们可以发现高边坡加固时的成果取决于锚固段有否有效、锚索是否具有足够的强度以及预应力的施加和保持，这些都和锚索的防锈蚀有很大的联系。
3.1锚固段的研究
3. 1. 1锚固段的土层应满足的要求
锚固段应该放置在较为稳定的土层中，以保证锚固土层可以提供给锚固体足够的粘结强度。有三种类型的地层不适合作为锚索的支护地层，分别是有机质土层（容易造成锚固体的腐蚀），相对密度小于1.3的松散地层（锚固体单位面积上的摩阻力太低），还有液限大于50%的土层（会产生明显徐变）。
施工期间要尽量合理的安排施工场地，并且做好与施工场地隔断的工作，避免边坡支护时危及到边坡下部的安全。还要按照设计坡率进行削坡，确保边坡的坡率小于设计坡率，边坡在开挖时要分级开挖，每开挖一级就及时支护，支护工作做好后再进行下一级的边坡开挖。
3.1.2选择钻孔直径
综合考虑锚固力大小和施工器具等因素后，一般采用的钻孔直径是85mm、90mm、105mm、150mm。
3.1.3锚固段长度选择
在确定锚索锚固段的长度时，要分别对地层和注浆体之间的粘结长度以及注浆体和锚索体之间的粘结长度进行计算，取两个值中最大的，最终求得的值还要满足大于3m小于10m。
3.2关于预应力锚索的布置研究
3.2.1整体布置
对于预应力锚索在高边坡上的布置需要考虑高边坡的破坏形态和结构面的影响。如果边坡有发生滑动破坏的可能性，锚索最好是设置在不稳定体的中心位置以下的区域；如果高边坡存在崩塌的可能性，锚索最好还是放置在不稳定体中心位置以上的区域；而相对风化比较严重的高边坡，则要尽可能的均匀布置锚索。
3.2.2锚索的间距和安装角度
锚索布置过密会因为产生群锚应力而降低锚固效率，布置过稀会影响高边坡的局部稳定。
锚索的水平和垂直间距不宜大于四米，防止应力太过集中，但也不要小于两米，避免群锚效应。对于高边坡来说，锚索的安装角度以15～35°为最好，角度越大，抵抗侧压力的水平分力越小，竖向分力越大，竖向分力的增大会增加边坡的下滑力。
3.3预应力锚索的防腐
在锚索的不同部位采用不同的防腐设计，永久性锚索采用双层防腐，临时性的锚索采用相对简单的防腐。
3.3.1 锚固段的防腐
永久性锚索的锚固段可以采用波型防护管防腐，在钢索和防护管之间的空隙填充水泥注浆体，但前提是不会发生有害裂缝，也可以只用水泥注浆体，不过在这时钢索一定要居中，每隔两米放置个定位器，保证水泥注浆体的保护层厚度大于等于20mm。临时性锚索的锚固段的保护层要大于等于10mm。
3.3.2自由段的防腐
临时锚索的防腐方法是用润滑油涂刷之后再用塑料布包裹，永久性锚索是塑料布上再涂润滑油或者防腐漆，最后套上防腐塑料管。最好是在进行这些常规防腐后，用水泥浆填充自由段的空隙，防止积存雨水。
3.3.3锚头的防腐
临时性锚索的锚头主要是用沥青防腐。永久性锚索如果不需要再次张拉，锚头可以用沥青涂刷后再用混凝土封死，如果不需要重新张拉，可以用盒具密封，但盒具的空腔里必须用润滑油填充。
3.4预应力吨位的确定和张拉力控制
3.4.1预应力吨位的确定
合理的预应力吨位由加固力的大小、加固范围、锚索间距和岩体的弹性模量决定，还要根据锚固土层的形状来确定，锁定吨位时要考虑徐变和钢绞线松弛引起的预应力损失。锚索锁定吨位时主要利用锚索测力计进行监控，预应力损失可通过超张拉克服。如果边坡为主要结构面走向平行坡面的岩质边坡，需要采用较大的预应力吨位。
3.4.2张拉力的控制
只有在锚固体和台座的混凝土强度都大于15MPa时，才可以进行张拉。在张拉开始前，为了使各个部位的接触紧密，采用0.1～ 0.2倍的设计轴向拉力值对锚索进行预张拉 1～2次，然后分级施加张拉力，逐渐增加至超张荷载。超张拉值取在设计荷载的10%~15%，若地层较为松软时还可以取更大些。如果预应力的损失值超过了设计张拉力的10%就要进行补偿张拉。
4．结语
预应力锚索作为一种主动的高边坡支护结构，施工简便，能够起到快速加固边坡的作用，不仅保证了工期，而且还可以减少常规的路基支护方式带来的材料和人力损失。不过在施工过程中一定要注意锚固段土层的选择、预应力锚索的设置和预应力锚索的防腐，建立健全质量保证体系，严格把关，还要选取适当的安全系数来控制预应力张拉，以确保锚固效果。
参考文献：
[1]刘心灵. 预应力锚索在高陡边坡支护中的应用[ J] . 山西建筑, 2007, 33( 18): 96-97.
[2]林才奎，杨红军，方建勤，廖树忠，等.复杂地质条件下隧道施工安全保障技术[M].北京：人民交通出版社，2010.
论文作者:陈卫华
论文发表刊物:《工程建设标准化》2016年3月总第208期
论文发表时间:2016/6/13
标签：预应力论文; 锚固论文; 地层论文; 土层论文; 拉力论文; 吨位论文; 结构论文; 《工程建设标准化》2016年3月总第208期论文;