提要:近年來預(yù)應(yīng)力錨桿施工技術(shù)在鐵路工程中已得到廣泛應(yīng)用,本文通過分析錨桿在各種土體加固中的作用機(jī)理,結(jié)合京九復(fù)線龍川至東莞段預(yù)應(yīng)力錨桿在高邊坡防護(hù)工程中的施工實(shí)踐,介紹其施工工藝和施工注意事項(xiàng),并提出幾點(diǎn)體會(huì),可供類似工程參考。1、概述在鐵路路基的高邊坡防護(hù)工程中,當(dāng)潛在的滑體沿剪切滑動(dòng)面的下滑力超過抗滑力時(shí),將會(huì)出現(xiàn)沿剪切面的滑移和破壞。在堅(jiān)硬的巖體中,剪切面多發(fā)生在斷層、節(jié)理、裂隙等軟弱結(jié)構(gòu)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(shí)也會(huì)出現(xiàn)沿上祖土層和下臥基巖間的界面滑動(dòng)。為了保持邊坡的穩(wěn)定,一種辦法是采用大量削坡直至達(dá)到穩(wěn)定的邊坡角另一種辦法是設(shè)置支檔結(jié)構(gòu)。在許多情況下單純采用削坡或擋墻往往是不經(jīng)濟(jì)的或難以實(shí)現(xiàn)的。這時(shí)可采用錨桿進(jìn)行加固。采用錨桿加固高邊坡,是巖土錨固技術(shù)在高邊坡工程中的應(yīng)用,它是利用錨桿周圍地層巖土的抗剪強(qiáng)度來傳遞結(jié)構(gòu)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(chǎn)生壓應(yīng)力區(qū)并對(duì)加固地層起到加筋作用可以增強(qiáng)地層的強(qiáng)度,改善地層的力學(xué)性能可以使結(jié)構(gòu)與地層連鎖在一起,形成一種共同工作的復(fù)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(qiáng)度,有效地阻止坡體位移。這是一般支擋結(jié)構(gòu)所不具備的力學(xué)作用。由于這種技術(shù)大大減輕結(jié)構(gòu)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(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益,因而目前在工程中得到極其廣泛的應(yīng)用。最早使用錨桿的是1911年美國(guó)礦山巷道支護(hù)中利用的巖石錨桿1918年西利西安礦山開始使用錨索支護(hù),1934年舍爾法壩采用了預(yù)應(yīng)力錨桿索。目前各類巖石錨桿已達(dá)數(shù)百種之多,并且許多國(guó)家和地區(qū)先后都制定了錨桿規(guī)范或推薦性標(biāo)準(zhǔn)。我國(guó)在50年代開始應(yīng)用巖石錨桿,60年代開始大量采用錨固技術(shù),特別是在我國(guó)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(jié)型錨桿與噴射混凝土支護(hù)。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(yù)應(yīng)力錨桿加固技術(shù)。巖土錨固技術(shù)幾乎遍及土木工程的各個(gè)領(lǐng)域,如邊坡、基坑、隧道、壩體、碼頭、船閘、橋梁等。2、錨桿的結(jié)構(gòu)錨桿是一種將拉力傳至穩(wěn)定巖層或土層的結(jié)構(gòu)體系,主要由錨頭、自由段和錨固段組成：錨桿按是否預(yù)先施加應(yīng)力分為預(yù)應(yīng)力錨桿和非預(yù)應(yīng)力錨桿：非預(yù)應(yīng)力錨桿是指錨桿錨固后不施加外力，錨桿處于被動(dòng)受載狀態(tài)；非預(yù)應(yīng)力錨桿通常采用Ⅱ、Ⅲ級(jí)螺紋鋼筋,錨頭較簡(jiǎn)單,如板助式錨桿擋墻、錨板護(hù)坡等結(jié)構(gòu)中通常采用非預(yù)應(yīng)力錨桿。預(yù)應(yīng)力錨桿是指錨桿錨固后施加一定的外力,使錨桿處于主動(dòng)受載狀態(tài)；預(yù)應(yīng)力錨桿在錨固工程中占有重要地位。預(yù)應(yīng)力錨桿的設(shè)計(jì)與施工比非預(yù)應(yīng)力錨桿復(fù)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(yù)應(yīng)力錨索加固技術(shù)。3、錨桿加固邊坡的應(yīng)用3.1 在土層中,邊坡安設(shè)錨桿索后所提高的安全系數(shù)可用下式條分法公式計(jì)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(zhǎng)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(chǎn)狀及軟硬程度存在嚴(yán)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(zhuǎn)動(dòng)破壞等。錨桿的安設(shè)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(yīng)當(dāng)與巖石住結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)聯(lián)合使用：3.2.1錨桿與鋼筋混凝土樁聯(lián)合使用，構(gòu)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(yù)應(yīng)力或非預(yù)應(yīng)力錨桿，預(yù)應(yīng)力錨桿材料多采用四級(jí)精軋螺紋鋼。錨桿的數(shù)量根據(jù)邊坡的高度及推力荷載可采用樁頂單錨點(diǎn)作法和樁身多錨點(diǎn)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(shè)點(diǎn)在格架結(jié)點(diǎn)上，錨桿可以是預(yù)應(yīng)力錨桿或費(fèi)預(yù)應(yīng)力錨桿。這種支擋結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)主要用于直立開挖的Ⅲ、Ⅳ類巖石邊坡或土質(zhì)邊坡支護(hù)，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(jié)構(gòu)主要用于填方形成的直立土質(zhì)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(hù)結(jié)構(gòu)，適用于巖石邊坡。錨板可根據(jù)巖石類別采用現(xiàn)澆板或掛網(wǎng)噴射混凝土層。3.2.6錨釘加固邊坡，在邊坡中埋入長(zhǎng)段而密的拉坑構(gòu)件與坡體形成復(fù)合體系，增強(qiáng)邊坡的穩(wěn)定性。這種方法主要用于土質(zhì)邊坡和松散的巖石邊坡，加固高度較小，多用于臨時(shí)邊坡加固。4、工程應(yīng)用實(shí)例4.1工程概況：京九復(fù)線龍川直東莞段里程K2 242+800-K2 243+760段線路總長(zhǎng)960m，本標(biāo)段地勢(shì)起伏大，為雙繞地段，有多處高路塹邊坡開挖及防護(hù)工程。錨桿工程在本標(biāo)段有較多運(yùn)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(hù)形式：第1級(jí)坡面垂直8m，坡率1：0.5，錨桿框架梁防護(hù)；第2、3、4、5級(jí)單級(jí)垂直10m，坡度1：0.75，預(yù)應(yīng)力錨桿防護(hù)，底梁支護(hù)；第6級(jí)坡面垂直10m，坡率1：0.75，底梁錨桿防護(hù)。4.2錨桿施工錨桿施工質(zhì)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(yīng)根據(jù)施工條件和地質(zhì)條件選擇適宜的施工方法，認(rèn)真組織實(shí)施。在施工過程中如遇與設(shè)計(jì)不符的地層，應(yīng)及時(shí)報(bào)告設(shè)計(jì)人員，以作變更處理。錨桿施工包括施工準(zhǔn)備、造孔、錨桿制作與安裝、注漿、注漿鎖定與張拉等五個(gè)環(huán)節(jié)。4.2.1施工前的準(zhǔn)備工作施工前的準(zhǔn)備工作包括施工前的調(diào)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(zhǔn)備放出各錨桿孔德位置，搭設(shè)腳手架，架裝潛孔鉆機(jī)并穩(wěn)固。用儀器測(cè)定鉆機(jī)導(dǎo)向架的傾角（與水平面夾角為25°），在鉆進(jìn)過程中隨時(shí)檢查傾斜度，鉆孔端部的斜偏尺寸不應(yīng)大于錨桿長(zhǎng)度的2%。為確保錨桿施工不至于是邊坡地質(zhì)條件惡化，采用無水干鉆。鉆進(jìn)過程中如遇到嚴(yán)重塌孔，應(yīng)立即停止鉆進(jìn)，進(jìn)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(jìn)。相鄰錨桿施工方位調(diào)整平行，嚴(yán)格定向定位，鉆機(jī)安裝牢固，鉆孔口徑為Φ100mm。鉆孔采用回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)方式，鉆進(jìn)時(shí)此阿勇泥漿循環(huán)護(hù)孔，鉆孔達(dá)到設(shè)計(jì)深度后，繼續(xù)超鉆20～50cm。鉆孔完畢后，用高壓風(fēng)清楚孔內(nèi)殘留物。一般要求錨孔入口點(diǎn)水平方向誤差不應(yīng)大于5mm，處置方向誤差不應(yīng)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(jiǎn)單，一般首先按要求的長(zhǎng)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(duì)桿體按要求進(jìn)行防腐處理，這樣棒式錨桿的制作便完成。對(duì)進(jìn)場(chǎng)鋼筋要進(jìn)行校直，除銹處理，然后，按照施工設(shè)計(jì)長(zhǎng)度進(jìn)行斷料，其長(zhǎng)度誤差不應(yīng)大于50mm。一般實(shí)際長(zhǎng)度應(yīng)大于計(jì)算長(zhǎng)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(duì)于 Ⅱ、Ⅲ級(jí)鋼筋連接時(shí)宜采用對(duì)焊接或雙面搭焊接，焊接長(zhǎng)度不應(yīng)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(shè)計(jì)作防腐處理和定位處理。錨桿放入鉆孔之前，應(yīng)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(shè)計(jì)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(yīng)與鉆孔角度保持一致，在入孔過程中，注意避免移動(dòng)對(duì)中器，避免自由長(zhǎng)度段無粘結(jié)護(hù)套或防腐體系出現(xiàn)損傷。錨桿插入孔內(nèi)深度不應(yīng)小于錨桿長(zhǎng)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(gè)重要環(huán)節(jié)，注漿質(zhì)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(zhì)量和關(guān)注方式在很大程度上決定了錨桿的粘接強(qiáng)度和防腐效果。因此在錨桿珠江施工應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格把握漿材質(zhì)量、漿液能力、注漿工藝和主講質(zhì)量。一般要求：（1）按設(shè)計(jì)規(guī)定選擇水泥將材料。選用水泥標(biāo)號(hào)425#的新鮮普通硅酸鹽水泥，對(duì)進(jìn)場(chǎng)水泥應(yīng)復(fù)查力學(xué)性能。攪拌漿液所用水中不含有影響水泥正常凝結(jié)、硬化的有害物質(zhì)。選用砂料的含泥量按重量計(jì)不得大于3%，砂中有害物質(zhì)（如云母、輕物質(zhì)、有機(jī)物、 硫化物等）含量應(yīng)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(yīng)大于3%。外加劑的品種與用量由試驗(yàn)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(kuò)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(rùn)土，其摻量不宜大于水泥用量的5%。（2）注漿作業(yè)應(yīng)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(shí)間內(nèi)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(yán)禁將導(dǎo)管拔出漿液面，以免出現(xiàn)斷桿事故。實(shí)際注漿量不得少于設(shè)計(jì)錨索的理論計(jì)算量，即注漿充盈系數(shù)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(yīng)注意：一次常壓注漿作業(yè)應(yīng)從孔底開始，直至空口溢出漿液；對(duì)錨固體的二次高壓注漿應(yīng)在一次注漿形成的水泥結(jié)石體強(qiáng)度達(dá)到5.0Mpa時(shí)進(jìn)行，注漿壓力和注漿時(shí)間可根據(jù)錨固體的體積確定，并分段依次由下至上進(jìn)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(shè)備使錨桿桿體自由段產(chǎn)生彈性變形，從而對(duì)錨固結(jié)構(gòu)施加所需求的預(yù)應(yīng)力值。在張拉過程中應(yīng)注重張拉設(shè)備選擇、標(biāo)定、安裝、張拉荷載分級(jí)、鎖定荷載以及測(cè)量精確度等方面的質(zhì)量控制，一般要求如下：（1）張拉設(shè)備要根據(jù)錨桿桿體材料和鎖定力的大小進(jìn)行選擇。選擇時(shí)應(yīng)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(xiàng)多用。同時(shí)張拉設(shè)備應(yīng)能使預(yù)應(yīng)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(shè)備還應(yīng)能拉錨以確定預(yù)應(yīng)力荷載的大小。（2）張拉前應(yīng)對(duì)張拉設(shè)備進(jìn)行標(biāo)定。對(duì)于1000kN以下的千斤頂，可用2000kN的壓力機(jī)標(biāo)定，標(biāo)定的數(shù)據(jù)與理論出力誤差小于2%。（3）安裝錨夾距前，要對(duì)錨具進(jìn)行諸葛嚴(yán)格檢查。錨具安裝必須與孔道對(duì)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(yù)拉，每根預(yù)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(tái)（或梁）等構(gòu)件的混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度方能進(jìn)行張拉，同時(shí)必須把承壓支撐構(gòu)件的面整平，將臺(tái)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(yīng)按一定程序和設(shè)計(jì)張拉速度（一般為40kN/min）進(jìn)行。正式張拉荷載要分級(jí)逐步施加，不能一次加至鎖定荷載。分級(jí)施加荷載和觀測(cè)變形的時(shí)間可按表1執(zhí)行。表1 錨桿張拉荷載分級(jí)機(jī)觀測(cè)時(shí)間表

注：N1為錨索設(shè)計(jì)拉力，即最終鎖定荷載。
摘自豆丁網(wǎng)