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提要:近年來預應力錨桿施工技術在鐵路工程中已得到廣泛應用,本文通過分析錨桿在各種土體加固中的作用機理,結合京九復線龍川至東莞段預應力錨桿在高邊坡防護工程中的施工實踐,介紹其施工工藝和施工注意事項,并提出幾點體會,可供類似工程參考。1、概述在鐵路路基的高邊坡防護工程中,當潛在的滑體沿剪切滑動面的下滑力超過抗滑力時,將會出現(xiàn)沿剪切面的滑移和破壞。在堅硬的巖體中,剪切面多發(fā)生在斷層、節(jié)理、裂隙等軟弱結構面上。在土層中,砂性土的滑面多為斜面,粘性土的滑面一般為圓弧狀。有時也會出現(xiàn)沿上祖土層和下臥基巖間的界面滑動。為了保持邊坡的穩(wěn)定,一種辦法是采用大量削坡直至達到穩(wěn)定的邊坡角另一種辦法是設置支檔結構。在許多情況下單純采用削坡或擋墻往往是不經濟的或難以實現(xiàn)的。這時可采用錨桿進行加固。采用錨桿加固高邊坡,是巖土錨固技術在高邊坡工程中的應用,它是利用錨桿周圍地層巖土的抗剪強度來傳遞結構物的拉力或保持地層開挖面的自身穩(wěn)定,由于錨桿、錨索的使用,使錨固地層產生壓應力區(qū)并對加固地層起到加筋作用可以增強地層的強度,改善地層的力學性能可以使結構與地層連鎖在一起,形成一種共同工作的復合體,使其能有效地承受拉力和剪力,并能提高潛在滑移面上的抗剪強度,有效地阻止坡體位移。這是一般支擋結構所不具備的力學作用。由于這種技術大大減輕結構物的自重、節(jié)約工程材料并確保工程的安全和穩(wěn)定,具有顯著的經濟效益和社會效益,因而目前在工程中得到極其廣泛的應用。最早使用錨桿的是1911年美國礦山巷道支護中利用的巖石錨桿1918年西利西安礦山開始使用錨索支護,1934年舍爾法壩采用了預應力錨桿索。目前各類巖石錨桿已達數百種之多,并且許多國家和地區(qū)先后都制定了錨桿規(guī)范或推薦性標準。我國在50年代開始應用巖石錨桿,60年代開始大量采用錨固技術,特別是在我國礦山巷道、鐵路隧道、公路隧道、排水遂洞等地下工程中大量采用普通粘結型錨桿與噴射混凝土支護。近年來隨著鐵路工程的迅猛發(fā)展,在邊坡、大型滑坡治理、高層建筑基坑中更多采用預應力錨桿加固技術。巖土錨固技術幾乎遍及土木工程的各個領域,如邊坡、基坑、隧道、壩體、碼頭、船閘、橋梁等。2、錨桿的結構錨桿是一種將拉力傳至穩(wěn)定巖層或土層的結構體系,主要由錨頭、自由段和錨固段組成：錨桿按是否預先施加應力分為預應力錨桿和非預應力錨桿：非預應力錨桿是指錨桿錨固后不施加外力，錨桿處于被動受載狀態(tài)；非預應力錨桿通常采用Ⅱ、Ⅲ級螺紋鋼筋,錨頭較簡單,如板助式錨桿擋墻、錨板護坡等結構中通常采用非預應力錨桿。預應力錨桿是指錨桿錨固后施加一定的外力,使錨桿處于主動受載狀態(tài)；預應力錨桿在錨固工程中占有重要地位。預應力錨桿的設計與施工比非預應力錨桿復雜,其錨筋一般采用精軋螺紋鋼筋功（Φ25—32）,目前在鐵路滑坡處治中廣泛采用預應力錨索加固技術。3、錨桿加固邊坡的應用3.1 在土層中,邊坡安設錨桿索后所提高的安全系數可用下式條分法公式計算：式中: Ni——作用在第i條滑面上的法向力；Ti——作用在第i條滑面上的切向力；
Ci ——第i條滑面上的粘取力；Li——第i條滑面長度；PN ——錨桿錨固力沿滑面法向的分力；PT ——錨桿錨固力沿滑面切向的分力；f ——滑面上的摩擦系靈敏。在巖體中，由于巖石產狀及軟硬程度存在嚴重差異，巖石邊坡或能出現(xiàn)不同的失穩(wěn)和破壞程度，如滑移、傾倒、轉動破壞等。錨桿的安設部位、傾角為抵抗邊坡失穩(wěn)與破壞最有利的方向，一般錨桿軸線應當與巖石住結構面或潛在的滑移呈大角度相交。3.2 錨桿在邊坡加固中通常與其它至擋結構聯(lián)合使用：3.2.1錨桿與鋼筋混凝土樁聯(lián)合使用，構成鋼筋混凝土排樁式錨桿擋墻。排樁可以是鉆孔樁或挖孔樁，錨桿可以是預應力或非預應力錨桿，預應力錨桿材料多采用四級精軋螺紋鋼。錨桿的數量根據邊坡的高度及推力荷載可采用樁頂單錨點作法和樁身多錨點作法。3.2.2錨桿與鋼筋混凝土格架聯(lián)合使用形成鋼筋混凝土格架式錨桿擋墻，錨桿錨設點在格架結點上，錨桿可以是預應力錨桿或費預應力錨桿。這種支擋結構主要用于高陡巖石邊坡或直立巖石邊坡，以阻止巖石邊坡因卸載而失穩(wěn)。3.2.3錨桿與鋼筋混凝土板肋聯(lián)合使用形成鋼筋混凝土板式錨桿擋墻，這種結構主要用于直立開挖的Ⅲ、Ⅳ類巖石邊坡或土質邊坡支護，一般采用自上而下的逆作法施工。3.2.4錨桿與鋼筋混凝土板肋、錨定板聯(lián)合使用形成錨定板擋墻。這種結構主要用于填方形成的直立土質邊坡。3.2.5錨桿與鋼筋混凝土面板聯(lián)合使用形成錨板支護結構，適用于巖石邊坡。錨板可根據巖石類別采用現(xiàn)澆板或掛網噴射混凝土層。3.2.6錨釘加固邊坡，在邊坡中埋入長段而密的拉坑構件與坡體形成復合體系，增強邊坡的穩(wěn)定性。這種方法主要用于土質邊坡和松散的巖石邊坡，加固高度較小，多用于臨時邊坡加固。4、工程應用實例4.1工程概況：京九復線龍川直東莞段里程K2 242+800-K2 243+760段線路總長960m，本標段地勢起伏大，為雙繞地段，有多處高路塹邊坡開挖及防護工程。錨桿工程在本標段有較多運用，至坡頂最高短距離為59.03m，巖石破碎i，多裂隙，有土石夾層。防護形式：第1級坡面垂直8m，坡率1：0.5，錨桿框架梁防護；第2、3、4、5級單級垂直10m，坡度1：0.75，預應力錨桿防護，底梁支護；第6級坡面垂直10m，坡率1：0.75，底梁錨桿防護。4.2錨桿施工錨桿施工質量的好壞直接影響錨桿的承載能力和邊坡穩(wěn)定安全，一般施工前應根據施工條件和地質條件選擇適宜的施工方法，認真組織實施。在施工過程中如遇與設計不符的地層，應及時報告設計人員，以作變更處理。錨桿施工包括施工準備、造孔、錨桿制作與安裝、注漿、注漿鎖定與張拉等五個環(huán)節(jié)。4.2.1施工前的準備工作施工前的準備工作包括施工前的調查和施工組織涉及兩部分。4.2.2施工工藝4.2.2.1鉆孔準備放出各錨桿孔德位置，搭設腳手架，架裝潛孔鉆機并穩(wěn)固。用儀器測定鉆機導向架的傾角（與水平面夾角為25°），在鉆進過程中隨時檢查傾斜度，鉆孔端部的斜偏尺寸不應大于錨桿長度的2%。為確保錨桿施工不至于是邊坡地質條件惡化，采用無水干鉆。鉆進過程中如遇到嚴重塌孔，應立即停止鉆進，進行注漿固壁處理（注漿壓力0.1～0.2MPa），注漿36h后重新掃孔鉆進。相鄰錨桿施工方位調整平行，嚴格定向定位，鉆機安裝牢固，鉆孔口徑為Φ100mm。鉆孔采用回轉鉆進方式，鉆進時此阿勇泥漿循環(huán)護孔，鉆孔達到設計深度后，繼續(xù)超鉆20～50cm。鉆孔完畢后，用高壓風清楚孔內殘留物。一般要求錨孔入口點水平方向誤差不應大于5mm，處置方向誤差不應大于100mm。4.2.2.2錨桿制作與安裝在錨桿制作上，棒式錨桿的制作十分簡單，一般首先按要求的長度切割鋼筋，并在外露段加工成螺紋以便安放螺母，然后在桿體上每隔13m安放隔離件以使桿體在孔中居中，最后對桿體按要求進行防腐處理，這樣棒式錨桿的制作便完成。對進場鋼筋要進行校直，除銹處理，然后，按照施工設計長度進行斷料，其長度誤差不應大于50mm。一般實際長度應大于計算長度的0.3～0.5m，但不可下的過短，以致無法鎖定或者給后續(xù)施工帶來不便。對于 Ⅱ、Ⅲ級鋼筋連接時宜采用對焊接或雙面搭焊接，焊接長度不應小于8倍鋼筋直徑，精軋螺紋鋼筋定型套筒連接。錨桿自由段必須按照設計作防腐處理和定位處理。錨桿放入鉆孔之前，應檢查孔道是否阻塞，查看孔道是否清理干凈，確保錨桿組裝滿足設計要求。珠江管宜隨錨體一同放入鉆孔，注漿管端部距孔底宜為50mm～100mm，錨桿放入角度應與鉆孔角度保持一致，在入孔過程中，注意避免移動對中器，避免自由長度段無粘結護套或防腐體系出現(xiàn)損傷。錨桿插入孔內深度不應小于錨桿長度的95%。4.2.2.3注漿施工錨固注漿是錨桿施工過程中的一個重要環(huán)節(jié)，注漿質量的好壞將直接影響錨桿的承載能力。錨孔一般采用水泥漿或水泥砂漿灌注，漿液的拌合成分、質量和關注方式在很大程度上決定了錨桿的粘接強度和防腐效果。因此在錨桿珠江施工應當嚴格把握漿材質量、漿液能力、注漿工藝和主講質量。一般要求：（1）按設計規(guī)定選擇水泥將材料。選用水泥標號425#的新鮮普通硅酸鹽水泥，對進場水泥應復查力學性能。攪拌漿液所用水中不含有影響水泥正常凝結、硬化的有害物質。選用砂料的含泥量按重量計不得大于3%，砂中有害物質（如云母、輕物質、有機物、 硫化物等）含量應低于1%～2%，砂的粒徑以中砂（平均粒徑0.3～0.5mm）較好，但要求含水量不應大于3%。外加劑的品種與用量由試驗確定，一般情況下加速漿體凝固的水玻璃摻量為0.5%～3%；提高漿液擴散能力和可泵性的表面活性劑（或減水劑），如三乙醇胺等，其摻量為水泥用量的0.02%～0.05%；為提高漿液的均勻性和穩(wěn)定性，防止固體顆粒離析和沉淀慘加的膨潤土，其摻量不宜大于水泥用量的5%。（2）注漿作業(yè)應連續(xù)緊湊，中途不得中斷，使注漿工作在初始注入的漿液仍具塑性的時間內完成；在注漿過程中，邊灌邊提注漿管，保證注漿管罐頭插入漿液面下50～80cm，嚴禁將導管拔出漿液面，以免出現(xiàn)斷桿事故。實際注漿量不得少于設計錨索的理論計算量，即注漿充盈系數不得小于1.0.（3）二次高壓注漿形成連續(xù)球型的注漿還應注意：一次常壓注漿作業(yè)應從孔底開始，直至空口溢出漿液；對錨固體的二次高壓注漿應在一次注漿形成的水泥結石體強度達到5.0Mpa時進行，注漿壓力和注漿時間可根據錨固體的體積確定，并分段依次由下至上進行。4.2.2.4錨桿的張拉與鎖定錨桿張拉控制力為520.8kN，超張拉10%。錨桿的張拉，其目的就是要通過張拉設備使錨桿桿體自由段產生彈性變形，從而對錨固結構施加所需求的預應力值。在張拉過程中應注重張拉設備選擇、標定、安裝、張拉荷載分級、鎖定荷載以及測量精確度等方面的質量控制，一般要求如下：（1）張拉設備要根據錨桿桿體材料和鎖定力的大小進行選擇。選擇時應考慮它的通用性，從而能使得它具備除可能張拉配磁錨具外、還能張拉盡可能多的其他系列錨具的通用性能，做到一項多用。同時張拉設備應能使預應力筋的拉力既能從已有荷載上增加或降低，又能在中間荷載下錨固，最后張拉設備還應能拉錨以確定預應力荷載的大小。（2）張拉前應對張拉設備進行標定。對于1000kN以下的千斤頂，可用2000kN的壓力機標定，標定的數據與理論出力誤差小于2%。（3）安裝錨夾距前，要對錨具進行諸葛嚴格檢查。錨具安裝必須與孔道對中，夾片安裝要整齊，裂隙扼要均勻，理順注漿管后依次套入錨墊板、工作錨、限位板、在限位板上用千斤頂預拉，每根預拉一定荷載后，再套入千斤頂、工具錨、工具夾片等。（4）張拉前，必須待錨固段、承壓臺（或梁）等構件的混凝土強度達到設計強度方能進行張拉，同時必須把承壓支撐構件的面整平，將臺座、錨具安裝好，并保證和錨索軸線方向垂直（誤差＜5°）.（5）張拉應按一定程序和設計張拉速度（一般為40kN/min）進行。正式張拉荷載要分級逐步施加，不能一次加至鎖定荷載。分級施加荷載和觀測變形的時間可按表1執(zhí)行。表1 錨桿張拉荷載分級機觀測時間表

注：N1為錨索設計拉力，即最終鎖定荷載。
摘自豆丁網