彭磊PENG Lei

（中鐵十五局集團(tuán)有限公司，上海200070）

0 引言

“十四五”以來(lái)，貴州高速公路建設(shè)持續(xù)保持高位運(yùn)行，截止2021 年 11 月，貴州省高速公路綜合密度繼續(xù)保持全國(guó)第一，高速公路不斷向山區(qū)深處延伸，但由于貴州復(fù)雜的水文地質(zhì)條件，全區(qū)域基本都位于易滑巖組區(qū)，高速建設(shè)受到地質(zhì)、地形及技術(shù)指標(biāo)嚴(yán)格限制，建設(shè)過(guò)程中不可避免出現(xiàn)了大量高填深挖邊坡，邊坡地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)日益攀升。平均每年全省營(yíng)運(yùn)高速公路汛期排查發(fā)現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)約為1600 處。如何有效提高邊坡耐久性、品味性、兼容性，并處理好邊坡與構(gòu)筑物的協(xié)調(diào)共生關(guān)系是當(dāng)前行業(yè)面臨的巨大挑戰(zhàn)，也是亟需解決的平安百年瓶頸。

本文依托貴州劍河至黎平高速公路項(xiàng)目，采用分析設(shè)計(jì)意圖、核對(duì)實(shí)地水文地質(zhì)條件、調(diào)查走訪當(dāng)?shù)厝罕?、?dòng)態(tài)調(diào)整施工參數(shù)等方法，對(duì)高邊坡預(yù)應(yīng)力錨索施工過(guò)程及發(fā)揮效果進(jìn)行實(shí)地應(yīng)用分析，并提出改進(jìn)意見。

1 高邊坡預(yù)應(yīng)力錨索的應(yīng)用

1.1 工程概況 劍黎高速公路項(xiàng)目地處黔東南地區(qū)，山高谷深、比鄰水源保護(hù)區(qū)且板巖地質(zhì)特征突出，線路內(nèi)存在由殘積層、風(fēng)化巖石、坡積物、巖溶崩塌堆積等構(gòu)成的堆積體，沒有外力影響時(shí)基本處于臨界狀態(tài)，若因建設(shè)需要對(duì)其進(jìn)行局部開挖，遭受卸荷松弛和雨水淋濾，其結(jié)構(gòu)即會(huì)迅速破壞，強(qiáng)度快速下降，將出現(xiàn)大范圍的變形失穩(wěn)，形成堆積體邊坡擾動(dòng)帶。鑒于堆積體固有的塊體松散、易于滲水、施工擾動(dòng)快速失穩(wěn)的特點(diǎn)，堆積體段施工“宜跨不宜挖”。由于地形陡峻，巖質(zhì)軟硬不同、巖層厚薄不同的砂巖、礫巖、頁(yè)巖、石灰?guī)r呈互層或夾層分布，特別是施工中深挖方破壞了巖體應(yīng)力平衡，易誘發(fā)山體滑坡、崩塌等邊坡災(zāi)害。

為了高邊坡施工期及運(yùn)營(yíng)期穩(wěn)定可靠，設(shè)計(jì)采用了抗滑樁、擋土墻、預(yù)應(yīng)力錨索錨桿等防護(hù)措施，如圖1。其中本標(biāo)段預(yù)應(yīng)力錨索共有13087m。按錨索內(nèi)拉筋和水泥漿體傳力方式的不同，可將錨索分為拉力集中型錨索、壓力集中型錨索、荷載分散型錨索，其中荷載分散型錨索又可分為拉力分散型錨索、壓力分散型錨索、拉壓分散型錨索。以下介紹承壓板式壓力分散型錨索的施工要點(diǎn)，錨索采用無(wú)粘結(jié)鋼絞線，鋼絞線和錨固體之間用PE 管隔離，鋼絞線底部通過(guò)擠壓套固定在承壓板上，頂部通過(guò)錨具固定在墩座處，如圖2。

圖1 邊坡防護(hù)類型使用頻率（貴州在建高速不完全統(tǒng)計(jì)）

圖2 承壓板式壓力分散型錨索示意圖

1.2 錨索體制作安裝 錨索下料應(yīng)整齊準(zhǔn)確，誤差不大于±50mm，按需預(yù)留張拉端長(zhǎng)度。該錨索為壓力分散型錨索，采用無(wú)粘結(jié)高強(qiáng)度低松弛鋼絞線，對(duì)鋼絞線不同單元和鋼筋錨接頭進(jìn)行醒目可靠的標(biāo)記。下料還應(yīng)注意各單元錨索長(zhǎng)度是不同的，本段錨索長(zhǎng)度為20m、22m、24m，故自由段長(zhǎng)度分別為 15m、17m、19m，錨固段長(zhǎng)度L1、L2、L3均為5m。

擠壓套、擠壓簧安裝準(zhǔn)確，擠壓頂推進(jìn)應(yīng)均勻充分，施工中嚴(yán)格控制鋼絞線擠壓套擠壓工藝，并抽樣3%進(jìn)行檢測(cè)，確保單根擠壓強(qiáng)度不低于200kN。組裝承載體時(shí)應(yīng)定位準(zhǔn)確，擠壓套通過(guò)螺栓在承載體和限位片之間栓接牢固。架線環(huán)間距為1.0～1.5m，應(yīng)準(zhǔn)確定位、綁接牢固，錨孔孔口位置必須設(shè)置一個(gè)架線環(huán)。注漿管穿索安裝準(zhǔn)確定位，綁扎結(jié)實(shí)牢固，應(yīng)深入導(dǎo)向帽5～10cm。導(dǎo)向帽可點(diǎn)焊固定于最前端承載板上，并應(yīng)留有溢漿孔，保證孔底返漿。所有的鋼質(zhì)部分均應(yīng)均勻涂刷防腐油漆。

錨筋體擺放順直，不扭不叉，排列均勻。錨筋體安裝時(shí)按設(shè)計(jì)傾角和方位平順推進(jìn)，嚴(yán)禁抖動(dòng)、扭轉(zhuǎn)和串動(dòng)，防止中途散束和卡阻。安裝完成后，不得隨意敲擊錨筋或懸掛重物。

1.3 錨孔注漿 錨孔鉆造完成后應(yīng)及時(shí)進(jìn)行錨筋體安裝和錨孔注漿，原則上不得超過(guò)24 小時(shí)。錨索注漿采用水灰比0.4～0.5 的純水泥漿，漿體強(qiáng)度不低于40MPa，其中錨固段遇土質(zhì)或砂土狀強(qiáng)風(fēng)化巖層且富水時(shí)應(yīng)采用二次高壓劈裂注漿法來(lái)提高地層錨固力。錨孔注漿必須采用孔底返漿方法（注漿壓力一般為2.0MPa 左右），直至孔口溢出新鮮漿液，嚴(yán)禁抽拔注漿管或孔口注漿；如發(fā)現(xiàn)孔口漿面回落，應(yīng)在30 分鐘內(nèi)進(jìn)行孔底壓注補(bǔ)漿2～3 次，確?？卓跐{體充滿。當(dāng)采用二次劈裂注漿提高地層錨固力時(shí)，以漿體強(qiáng)度控制開始劈注時(shí)間（一次注漿體強(qiáng)度為5MPa），需在二次注漿管的錨固段內(nèi)設(shè)花孔和封塞，二次注漿的高壓注漿管應(yīng)采用鍍鋅鐵管或鋼管。注漿材料加入聚丙烯腈纖維（PAN），摻入量為每方 1.8～2.0kg（纖維抗拉強(qiáng)度不小于700MPa）。

1.4 錨索張拉 在注漿漿體與臺(tái)座混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度80%以上時(shí)，方可進(jìn)行張拉鎖定作業(yè)。按總數(shù)的5%且不得少于3 根的錨索進(jìn)行多循環(huán)張拉驗(yàn)收試驗(yàn)，按總數(shù)的95%的錨索進(jìn)行單循環(huán)張拉驗(yàn)收試驗(yàn)。

在全部工程錨索經(jīng)抽樣進(jìn)行驗(yàn)收試驗(yàn)并符合上述有關(guān)規(guī)定和要求條件后，方可按照有關(guān)設(shè)計(jì)要求張拉鎖定程序進(jìn)行張拉鎖定和封錨工作。錨索正式張拉前，應(yīng)取10～20%的設(shè)計(jì)張拉荷載，對(duì)其預(yù)張拉1～2 次，使其各部位接觸緊密，鋼絞線完全平直。張拉分級(jí)系數(shù)mi 為0.25-0.5-0.75-1.0-1.1，每級(jí)持荷時(shí)間為2～5min，超設(shè)計(jì)1.1 倍張拉持荷時(shí)間為10～20min。

錨索采用高強(qiáng)度、低松弛無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼絞線，其標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度Rby=1860MPa。錨索張拉控制力P=450*1.1=495kN，各單元錨索長(zhǎng)度分別為L(zhǎng)1=20m，L2=15m 或L1=22m，L2=17m 或 L1=24m，L2=19m 或 L1=26m，L2=21m 或L1=28m，L2=23m（設(shè)計(jì)張拉力P 一般均需超張拉至110%，Ln 為n 單元的長(zhǎng)度，每單元由兩根錨索組成），設(shè)定鋼絞線彈性模量E=1.95×105MPa，單根鋼絞線截面面積A=140mm2，以錨索長(zhǎng)20m 計(jì)算為例：

伸長(zhǎng)量：

ΔL1 =（P*L1）/（E*A） =123750*20000/195000/140 =90.7mm

ΔL2=（P*L1）/（E*A）=123750*15000/195000/140=68mm差異伸長(zhǎng)量：

ΔL1-2=ΔL1-ΔL2=90.7-68=22.7mm

差異荷載增量：

ΔP1=E*A*ΔL1-2*2/L1=195000*140*22.7*2/20000=61971N=62kN

表1 千斤頂和油壓表對(duì)應(yīng)關(guān)系標(biāo)定值

據(jù)千斤頂與油壓表檢測(cè)數(shù)據(jù)一次線性關(guān)系，可得其一次線性方程：y=13.377x-2.2231（y：負(fù)荷，kN；x：壓力表值，MPa）

表2 相應(yīng)張拉力時(shí)油表讀數(shù)

1.5 應(yīng)用效果 壓力分散型錨索有多個(gè)錨固單元，每個(gè)單元承擔(dān)一部分荷載，使最大粘結(jié)應(yīng)力相對(duì)小、應(yīng)力分布范圍廣、相對(duì)均勻，相對(duì)于拉力集中型錨索能夠充分利用錨固長(zhǎng)度內(nèi)的底層強(qiáng)度，充分發(fā)揮注漿體抗壓不抗拉的特性，提高了錨索的耐久性。缺點(diǎn)是，施工工藝比較復(fù)雜，實(shí)際施工中注漿效果不理想，漿液中往往混有少量泥土，導(dǎo)致承壓板附件的注漿體被壓碎，影響錨索的支護(hù)能力。

2 高邊坡預(yù)應(yīng)力錨索應(yīng)用中存在的主要問(wèn)題

2.1 成本至上 在PPP 為主流建設(shè)模式的背景下，大部分項(xiàng)目成本控制漸成唯一導(dǎo)向，勘察設(shè)計(jì)作為控本的強(qiáng)力手段，被成本控制所綁架。邊坡防護(hù)費(fèi)用從初設(shè)伊始就被天然壓縮，大部分建設(shè)項(xiàng)目隨著工程深度的不斷推進(jìn)，抱著“垮哪補(bǔ)哪”的態(tài)度被動(dòng)追加邊坡防護(hù)費(fèi)用，基于成本控制的“擠牙膏式”費(fèi)用追加規(guī)律極為明顯，但綜合變更成本其實(shí)更高，這種“投資就必須見效益”的PPP 管理理念對(duì)勘察深度和設(shè)計(jì)方案的選擇產(chǎn)生了極其深遠(yuǎn)的負(fù)面影響。

2.2 勘察深度不足 失去勘察的設(shè)計(jì)是沒有靈魂的，然而受制于技術(shù)手段單一、人員素質(zhì)低下、勘察周期急迫、經(jīng)費(fèi)投入不足，往往導(dǎo)致“勘不出、勘不準(zhǔn)、勘不實(shí)”的情況，技術(shù)上僅采用調(diào)繪、鉆探等常規(guī)手段，現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)編錄人員流動(dòng)性較大、水平參差不齊，勘察設(shè)計(jì)工期壓縮嚴(yán)重，高速公路勘察工期一般控制在1～3 個(gè)月，只有鐵路行業(yè)的一半不到；勘察設(shè)計(jì)費(fèi)用也偏低，據(jù)悉高速公路勘察費(fèi)用約為5800 萬(wàn)元/百公里，僅為鐵路勘察費(fèi)用的二分之一，必要的勘察投入無(wú)法得到保證，必然導(dǎo)致后期大量的變更，目前高速公路平均每百公里邊坡變更費(fèi)用高達(dá)2100 萬(wàn)，不難預(yù)見變更數(shù)量、數(shù)額跟勘察周期存在較強(qiáng)的相關(guān)性，妄想通過(guò)“壓縮勘察成本來(lái)實(shí)現(xiàn)總體控本”的想法殊為不智。

2.3 點(diǎn)錨、條錨式濫用 高邊坡防護(hù)工程中錨固工程應(yīng)用較多，以框架錨索運(yùn)用最為普遍，因造價(jià)低、工期短、施工便利，框架錨索衍生出十字點(diǎn)錨、地梁錨、井字錨等多種形式，但部分設(shè)計(jì)單位無(wú)視現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際地質(zhì)條件、生搬硬套，造成了點(diǎn)、條錨的濫用。某處滑坡區(qū)上覆為殘積、坡積碎石土，下伏基巖為三疊系下統(tǒng)飛仙關(guān)組（T1f）砂質(zhì)泥巖，強(qiáng)風(fēng)化層砂質(zhì)泥巖、碎石土結(jié)構(gòu)較為松散，在松散巖土體坡面采用十字錨索進(jìn)行加固，不能充分發(fā)揮錨索反力的有效性，有悖于錨索預(yù)加固的理念，造成邊坡滑塌的必然發(fā)生。

2.4 同級(jí)邊坡多元化防護(hù) 邊坡工程的防護(hù)形式多樣、作用不一，防護(hù)形式的有效組合固然有降本增效的優(yōu)點(diǎn)，但在同一級(jí)邊坡綜合使用時(shí)更應(yīng)深入考慮風(fēng)險(xiǎn)性和可實(shí)施性。但是同級(jí)邊坡不同的防護(hù)形式，對(duì)組織、工藝、機(jī)械設(shè)備、人員均有不同要求，需要生產(chǎn)要素的多次投入，過(guò)程成本增加，施工亦極為不便；另外，勘察工作的深度需要充分的支撐依據(jù)。若結(jié)合邊坡特點(diǎn)，將同一形式的防護(hù)（如框架錨索）單元間距適當(dāng)進(jìn)行調(diào)整，也可同樣達(dá)到節(jié)省造價(jià)的目的，盲目采用這種“一級(jí)邊坡多種防護(hù)”的形式可能會(huì)適得其反。

2.5 施工中問(wèn)題頻發(fā) 防護(hù)工程中錨索施工質(zhì)量問(wèn)題最多，幾乎囊括所有工序：施工方案中錨索作業(yè)支架計(jì)算未考慮水平推力（鉆孔設(shè)備造成），鉆孔記錄顯示終孔時(shí)仍處于強(qiáng)風(fēng)化巖層與設(shè)計(jì)要求不符，鋼絞線未按設(shè)計(jì)要求采用無(wú)粘結(jié)鋼絞線，使用有粘結(jié)鋼絞線的自由段未涂抹防腐油脂或油脂不飽滿，錨固段長(zhǎng)度與設(shè)計(jì)不符，注漿強(qiáng)度未檢驗(yàn)，框架鋼筋安裝與設(shè)計(jì)不符，無(wú)鋼筋保護(hù)層確保措施，錨墊板安裝角度隨意，未施工錨斜托，鋼絞線張拉采用單根張拉方式與設(shè)計(jì)要求不符，隱蔽工程質(zhì)量追溯性差。

3 預(yù)應(yīng)力錨索施工中好的做法

增加鉆探量，采用“空、天、地”綜合勘察手段：綜合利用衛(wèi)星遙感、無(wú)人機(jī)、雙管單洞鉆探、EH4 大地電磁法物探等方式，長(zhǎng)周期的精細(xì)化勘察作業(yè)，為選線提供有利的依據(jù)、為防護(hù)形式補(bǔ)強(qiáng)提供支撐基礎(chǔ)、極大的降低工程地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)。大力推行邊坡機(jī)械化施工，采用自行登高式錨桿鉆機(jī)、挖機(jī)裝配式鉆孔設(shè)備，保障風(fēng)險(xiǎn)可控；建立邊坡坡口開挖線多方復(fù)檢制度，保障開挖坡率可控；強(qiáng)化工序銜接組織管理，保障逐級(jí)開挖、防護(hù)、綠化秩序可控。

4 邊坡防護(hù)發(fā)展方向探討

4.1 健全監(jiān)測(cè)預(yù)警體系 近年來(lái)，高速公路地質(zhì)災(zāi)害的危害性日益凸顯，監(jiān)測(cè)預(yù)警作為地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)減緩的重要措施之一，逐漸受到重視。但當(dāng)前市場(chǎng)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)應(yīng)用普及率并不高，一是基于成本控制，施工階段的監(jiān)測(cè)手段基本上以施工單位人工自測(cè)為主；二是自動(dòng)化監(jiān)測(cè)存在滯后性，通常并未結(jié)合施工同步開展監(jiān)測(cè)工作；三是目前沒有自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù)的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，監(jiān)測(cè)預(yù)警預(yù)判亦是參差不齊；四是監(jiān)測(cè)預(yù)警信息未有效集成運(yùn)用。

4.2 打造智慧邊坡 重點(diǎn)從“規(guī)劃協(xié)同推進(jìn)、把牢建設(shè)階段轉(zhuǎn)換關(guān)口、狠抓勘察設(shè)計(jì)源頭、構(gòu)建全壽命周期系統(tǒng)、踐行綠色低碳理念、完善評(píng)價(jià)指標(biāo)體系、開展科研創(chuàng)新公關(guān)、嚴(yán)守質(zhì)量安全紅線、推動(dòng)市場(chǎng)良性發(fā)展、集成山地邊坡經(jīng)驗(yàn)”等十方面內(nèi)容著手，采用北斗高精度定位與時(shí)空智能技術(shù)，精準(zhǔn)感知、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、智能分析、在線監(jiān)控、預(yù)警預(yù)報(bào)、人技聯(lián)防和全流程閉環(huán)處置的邊坡風(fēng)險(xiǎn)管理體系，進(jìn)一步提升邊坡可靠性與安全防護(hù)能力，推動(dòng)實(shí)現(xiàn)邊坡綠色及數(shù)字化賦能，構(gòu)建智慧邊坡體系。在設(shè)計(jì)中就坡體及工程結(jié)構(gòu)的感應(yīng)設(shè)施、設(shè)備進(jìn)行細(xì)化設(shè)計(jì)，做到同步設(shè)計(jì)、同步施工、提前運(yùn)營(yíng)，實(shí)現(xiàn)“聯(lián)動(dòng)”；在規(guī)劃實(shí)施過(guò)程中應(yīng)考慮新老基建融合發(fā)展、集約共建，在對(duì)象邊坡處預(yù)留電力接引、5G 基站站址、通信管道等條件，做到“路通、電通、網(wǎng)通”，使感知體系完全適應(yīng)各種應(yīng)用場(chǎng)景；構(gòu)建在建高速公路邊坡大數(shù)據(jù)中心，成規(guī)模、成體系的開展邊坡大數(shù)據(jù)應(yīng)用，通過(guò)先期量的積累、完成后期質(zhì)的提升，最終實(shí)現(xiàn)山地邊坡的智慧化升級(jí)，可分區(qū)域、分類型、分氣候?qū)吰屡R界狀態(tài)進(jìn)行診斷，提前進(jìn)行預(yù)加固，實(shí)現(xiàn)本質(zhì)安全。

4.3 開展科研創(chuàng)新攻關(guān)，推動(dòng)工藝轉(zhuǎn)型升級(jí) 以創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)高質(zhì)量發(fā)展，針對(duì)錨索現(xiàn)有工藝預(yù)應(yīng)力層層損失的特點(diǎn)，開展錨索工藝微創(chuàng)新升級(jí)攻關(guān)。當(dāng)前現(xiàn)場(chǎng)加工錨索的情形較為普遍，但多出現(xiàn)油脂不飽滿、膠套破損、自由段和錨固段長(zhǎng)度控制不到位等情形，可將錨索納入鋼筋加工廠或小構(gòu)廠統(tǒng)一集中加工，此外針對(duì)框架十字點(diǎn)處配筋復(fù)雜的特點(diǎn)，將十字點(diǎn)處框架鋼筋籠也納入統(tǒng)一加工，用定制鋼筋籠適配無(wú)法移動(dòng)的錨桿（索）點(diǎn)位，推動(dòng)邊坡防護(hù)的裝配式施工。推廣塑鋼模板以保證框格梁外觀線形可控，推廣無(wú)粘結(jié)鋼絞線以減少預(yù)應(yīng)力損失，推廣挖機(jī)裝配錨桿鉆機(jī)以淘汰主線邊坡支架施工。

5 結(jié)語(yǔ)

預(yù)應(yīng)力錨索通過(guò)盡可能少地?cái)_動(dòng)被錨固巖土體，由錨固段提供預(yù)應(yīng)力，有效地提高了被錨固巖土體的穩(wěn)定性，是一種高效、經(jīng)濟(jì)的巖土加固技術(shù)，已廣泛地運(yùn)用于邊坡的加固防護(hù)。但是，也必須看到從勘察開始就被壓縮的費(fèi)用投入，勘察手段的應(yīng)付差事，防護(hù)形式的錯(cuò)誤使用，施工建設(shè)期的偷工減料，運(yùn)營(yíng)期的被動(dòng)追加投資與邊坡?lián)岆U(xiǎn)，如此種種環(huán)節(jié)的推諉扯皮、利益拿捏，愈發(fā)顯得構(gòu)建智慧邊坡的勢(shì)在必行，為此，需要行業(yè)上下游各方聯(lián)動(dòng)，共筑品質(zhì)邊坡。