奉策紅（國網(wǎng)湖南省電力公司長沙供電分公司，湖南　長沙　410000）

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預應力錨索加固邊坡的設計方法探討

奉策紅（國網(wǎng)湖南省電力公司長沙供電分公司，湖南長沙410000）

近年來，隨著科學技術的迅速發(fā)展，預應力錨索工藝在建筑行業(yè)中獲得了較為廣泛的應用，將預應力錨索應用于邊坡加固工程中，可獲得較為良好的效果，在此背景下，本文從單根錨索設計錨固荷載、錨索截面積確定等方面，對預應力錨索加固邊坡設計方法進行了詳細的分析，以供參考。

預應力錨索；邊坡；加固；設計方法

1　引言

近年來，隨著社會經(jīng)濟的迅速發(fā)展，國家加大了對交通建設的投資，以高速公路為代表的高等級公路正在大規(guī)模建設，但在修筑高速公路過程中，有關建設部門遇到了大量技術問題，公路高邊坡加固為其中的一項主要技術問題。通過多數(shù)工程實踐經(jīng)驗與結果可知，預應力錨索是一種有效的邊坡加固技術，可有效解決邊坡加固過程中出現(xiàn)的技術問題，這就要求對其進行不斷深入的研究與探討，并采取適宜的措施解決其中存在的不足，以促進我國交通與經(jīng)濟的發(fā)展。

2　單根錨索設計錨固荷載及錨索截面積的確定

2.1錨索設計錨固荷載

對于錨固力設計，可通過邊坡不穩(wěn)定力確定［1］，具體如式（1）所示：

式中：Pd-錨索設計錨固力；T-邊坡不穩(wěn)定力；φ-滑動內摩擦角；α-錨索與滑動面相交處滑動面的傾角；φ-錨固傾角。對于作用在錨索上的荷載，主要包括土壓力、地震荷載等，針對此，在進行錨索加固設計時，通常只需要對主要荷載作用進行考慮即可。

此外，由錨桿噴射混凝土支護技術相關規(guī)范要求可知，相比于拉力設計荷載值，預應力錨索的鎖定值要稍大些，在公路路基設計規(guī)范中的規(guī)定也是相同的。一般情況下，在邊坡抗滑錨索錨固過程中，通常將拉力設計荷載作為鎖定荷載使用。

2.2錨索截面積的確定

通常情況下，預應力鋼絞線截面積可通過式（2）計算獲得：

式中：A-錨索體的截面積；k-安全系數(shù)；Fpok-錨索體（鋼絞線）材料破斷標準強度（kPa）。此外，在進行錨索操作時，若需要用到超張拉，工作荷載就有可能超過設計荷載值，此情況下，將式中的Pd（設計錨固力）用錨索工作錨固力Pω替代即可。

3　錨索錨固段長度

3.1錨固段長度主要影響因素分析

對于錨索系統(tǒng)的承載力，通常由錨索強度、錨索與水泥注漿體粘結強度、水泥注漿體與錨孔壁巖土體粘結強度對其進行一定的控制，然后將其最小值作為承載力設計值進行相關操作，上述各方面因素均與錨固段長度存在直接的關聯(lián)。在確定錨固段長度時，可用鋼絞線與注漿體間的握裹力將拉力傳至水泥漿體上，以合理調動水泥漿體與周圍土體之間的摩阻力，從而提供錨固力思路方式。

對于當前錨索破壞形式，主要包括以下幾種［2］：①錨索內鋼絞線被拉斷。②錨索與水泥漿體同時沿著地層孔壁接觸面劃出，從而被破壞。③錨索從水泥注漿體中被拔出。④錨索與巖體同時成倒錐形被拔出破壞。⑤外錨固系統(tǒng)破壞。

在實際工程中，后兩種形式破壞情況較為少見，所以錨索系統(tǒng)破壞形式除了鋼絞線拉斷之外，主要出現(xiàn)形式為水泥注漿體與地層孔壁接觸面滑移、錨索從水泥注漿體中拉出兩種。針對此，在進行設計時，需依據(jù)這兩種破壞形式確定合理的錨固段長度。

3.2錨固段長度的確定

（1）通常情況下，預應力錨索均采用粘結性錨固體，所以，對于地層與注漿體之間的粘結長度，可按照式（3）進行計算：

式中：Lr-地層與注漿體間的錨固粘結長度（m）；k-安全系數(shù)；Pd-錨固設計錨固力（kN）；d-錨固段鉆孔直徑（m）；frb-地層與注漿體間的粘結強度（kPa）。對于巖（土）地層粘結強度，通常需要以試驗方式確定。如果沒有試驗資料，可依據(jù)一些經(jīng)驗值進行確定。

（2）通常情況下，對于水泥注漿體與錨索體間的粘結長度，可通過公式（4）進行相應的計算，具體如下：

式中：Lg-注漿體與錨索體間的錨固粘結長度（m）；k-安全系數(shù)；Pd-錨索設計錨固力（kN）；dg-鋼紋線或鋼筋的直徑（m）；fb-注漿體與錨索體問的粘結強度（kPa）：n-鋼絞線或鋼筋的根數(shù)。相同的，對于注漿體與錨索體之間粘結強度，也需要依據(jù)試驗進行確定，如果沒有試驗資料，可依據(jù)公路路基設計規(guī)范推薦值進行確定。

4　錨索加固的整體設計

從實際情況來看，預應力錨索體系加固邊坡即為綜合加固方案設計，除了之前已經(jīng)設計的錨索設計錨固力、鋼絞線面積與錨固段長度，還要明確邊坡斷面結構形式、錨索體系等方面內容［3］。

4.1邊坡斷面形式的確定

對于邊坡斷面形式的確定，其是邊坡加固設計中最為基礎的一項環(huán)節(jié)。當土質路塹邊坡不低于20m時，地質情況通常較為復雜，如果采用一般的邊坡防護設計，幾乎無法確保邊坡穩(wěn)定性。同時，依據(jù)項目相關規(guī)范要求，如果土質路塹邊坡高度不低于20m，應先對邊坡穩(wěn)定性進行一定的計算分析，之后再確定其坡面形勢。當用地無限制，并且山丘高度無法確定時，可采取放緩邊坡、增加平臺寬度等卸載方式，以增加邊坡穩(wěn)定性。

4.2錨索體系的布置

在確定錨索間距時，需要對地層情況與錨索錨固力大小進行詳細的分析與合理的比較。如果錨索過于密集，可能會產(chǎn)生群錨效應，進而降低錨固力；如果錨索過于稀疏，則無法確保邊坡局部或是淺層的穩(wěn)定性。此外，還應采用鋼筋混凝土連接每列錨索外錨頭，通過應用此種錨索布置體系，可在整體坡面上形成均勻的受壓面，從而促進錨索體系加固作用的充分發(fā)揮。

4.3錨索長度

錨索總長度組成因素一般包括錨固段長度、自由段長度與張拉段長度。其中，對于錨固段長度的確定，通常按照上述方式進行；對于自由段長度，需要通過穩(wěn)定地層截面進行相應的控制，同時，自由段需深入滑動面以下不超過1m處，總長度必須超過5m；對于張拉段長度的確定，需依據(jù)施工所采用的張拉機具進行，通常選取1.5m左右。

4.4錨索的傾角

對于錨索傾角，應當以受力最優(yōu)，施工容易且滿足工程造價需求的方式確定，一般可按照式（5）進行計算確定：

式中：β-最佳錨固傾角（°）；θ-滑動面的傾角（°）；φ-滑動面內摩擦角（°）。

在計算出最佳錨固角β之后，還需在結合施工實際條件與技術經(jīng)濟對比結果的情況下，對其進行合理的調整，主要原因在于傾角過小不利于錨索注漿施工，而傾角過大則會導致錨桿提供的錨固力沿滑動面方向分力較小，從而導致抵抗滑體滑動能力較弱。針對此，通常需確保其實際值處于15～35°范圍內，該工程中錨索設計傾角選取15°。

4.5錨索的構造要求與注漿材料

一般情況下，預應力錨索涉及索體、張拉端、錨固端。同時，對于錨索內錨固段鋼束組，應將其組裝成波紋狀 （棗核狀），以充分發(fā)揮鋼絞線與水泥注漿體之間的摩擦力，進而在保持設計長度的基礎上，增加錨固力安全儲備。錨索系統(tǒng)中包含的擴張環(huán)與箍環(huán)不僅能夠使得鋼絞線形成波紋狀，還可使得鋼絞線處于錨孔中間居中位置。就當前情況來看，預應力錨索大多采用膠結式內錨頭，注漿大多采用孔底注漿法，但需保證注漿壓力大于1MPa，灌注的砂漿也必須要飽滿密實。此外，內錨段體總要求為高強、早強、微膨脹、可灌性良好，并且不會對鋼絞線產(chǎn)生銹蝕作用。

5　結束語

總而言之，通過預應力錨索對邊坡進行加固，具備作業(yè)速度快、工程量小、安全可靠等方面特征，且其還能夠較好的適應各種地形與地質條件，在邊坡加固中具有顯著的優(yōu)勢，從而充分發(fā)揮其經(jīng)濟效益，促進我國建筑行業(yè)的迅速發(fā)展。

［1］譚彬建，俞 敏，息 飏，等.桂柳高速公路邊坡預應力錨索加固方案設計［J］.探礦工程：巖土鉆掘工程，2010（37）：73～77.

［2］杜西崗，馬志創(chuàng)，李明東.預應力錨桿在邊坡加固工程中的應用［J］.山西建筑，2010（36）：105～106.

［3］余 鋒，梁 浩.壓力分散型預應力錨索加固邊坡的設計與施工［J］.中華建設，2012（08）：268～269.

奉策紅（1984-），男，國家一級注冊結構工程師，全國注冊咨詢工程師（投資）。

U416.1+4

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2095-2066（2016）14-0094-02

2016-5-1