压力分散型锚索在高边坡地质灾害治理中的应用
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摘要：结合本人参加的某国道高边坡滑坡地质灾害治理施工的实际经验及体会，就压力分散型预应力锚索在边坡地质灾害治理中的实际应用进行了介绍，并对该工艺在施工中的一些注意事项及体会进行了阐述。
关键词：压力分散 预应力锚索 地质灾害治理
一、压力分散型预应力锚索简介
压力分散型预应力锚索是一种新型的岩土工程锚固技术。该技术是在同一钻孔中安装几个单元锚索，锚索体采用无黏结钢绞线，每个单元锚索都有各自的锚索体、自由段和锚固段 ，每单元锚索均由不同长度的无黏结钢绞线组成，末端安装承载板和挤压套。当锚索注浆体固结后，以一定预应力对各承载体的钢绞线进行张拉时，设置在不同深度部位的承载体将压应力通过浆体传递给被加固体，从而为被加固体提供分散的锚固力。因此，该锚固法能有效地将荷载分散传递给钻孔内若干处于不同位置的锚固段 ，尽量减少发生严重的应力集中的可能性，避免粘结效应逐步弱化或脱开的现象，因而能有效地利用天然的地层强度，在很大程度上提高锚索的承载力。
压力分散型预应力锚索技术以其特有的优势（先进性、合理性、长期可靠性等 ）在国内外岩土锚固工程中得到了迅速的发展。英国、日本等国较早就运用单孔锚固技术，将其作为水利水电工程建设、地下工程加固及边坡工程加固的重要手段。我国在这方面起步较晚，然而近年来，该技术在国内岩土工程领域已开始逐渐普及。
二、压力分散型预应力锚索的作用机理、特点及使用范围
压力型预应力锚索采用无粘结钢绞线，钢绞线与注浆体无粘结，注浆体与孔壁全长粘结。粘结钢绞线内端（孔底）固定一个金属圆盘，作用在钢绞线上的拉力通过金属圆盘转换为压力，此时注浆体受压 ，注浆体侧面与孔壁间产生剪应力。压力型分散型预应力锚索无论是用于岩体中还是土体中，其主要压力均为孔壁与注浆体之间剪应力和注浆体压力。
压力分散型预应力锚索是在一个钻孔中安装若个锚索单元，每个单元都有自己的杆体和锚固段，在张拉时分别承受相同的工作荷载；锚索总的锚固力由分散布置于钻孔不同深度处的这些单元锚索的锚固段来共同承担，并利用各单元的承载体将无粘结锚索的拉力转化为对锚固段注浆体的压力，从而将锚索总的锚固力以压力形式分散作用于不同深度的岩土体上，充分利用地层强度，实现较高的锚固力。
该技术具有以下特点：预应力锚索围岩深层控制，长度越长，控制岩体变形的深度越大，调整围岩应力的范围越深；通过对锚索施加预应力，主动控制岩体变形，调整岩体的应力状态，使之有利于岩体的稳定性。
该技术可适用于要求承载力高和耐久性好的施工条件，如高边坡、滑坡治理、深基坑、大坝、隧道洞口等节理裂隙相当发育的情况下，普通的锚杆支护无法满足要求的情况。
三、工程概况
本工程为线路切削坡脚筑路形成的公路路堑高陡边坡，边坡高度20~112m，开挖坡度50°以上。拟治理路段山体地质灾害发育，活动频繁，由于台风暴雨和公路开挖等原因触发，先后发生了多处滑坡、坡面泥石流等地质灾害，下滑的岩土冲毁公路边原有的挡土墙，堆覆路面，毁坏民房，中断交通。该段边坡近年经常发生小型崩塌滑坡病害，规模约几百方，危害公路交通行车与安全，且坡体稳定性较差，有再次发生较大规模滑塌的可能，现经勘察查明潜在地质灾害点8处，包括5处崩塌隐患点、2处滑坡隐患点及1处泥石流冲沟。为确保国道畅通和交通安全，决定对潜在地质灾害进行治理。
3.1 场地工程地质及水文地质条件
1.地形地貌
该路段道路轴线方向为241°，边坡倾向北西330°~340°，路堑左侧为坡度陡倾的山体，其自然坡度35°~42°，右侧为山间沟谷。该路段为半填半挖路段，最高处边坡高约112m，分三级，第一级坡率1：0.75，第二、三级坡率为1：0.85。
2.断裂构造
（1）构造
该路段所处构造单元属华南褶皱系丽水-宁波隆起区，其岩石为上侏罗统凝灰岩，地层产状倾向230°倾角40°。区域构造上有一北东向（NE37°）断裂带和另一北东东向（NEE65°）断裂带相交于张公桥一带，该路段正好位于两条断裂的交汇处，受区域构造挤压影响，其岩石破碎。
（2）节理裂隙
由于构造挤压作用，该边坡岩石节理裂隙发育有3~4组，其中以倾向北西310°~346°、倾角77°~87°的节理为主，节理密度3~6条/m。节理产状大致顺坡向，对坡面岩石稳定性影响甚大；其次为倾向北东36°~81°、倾角50°~69°的一组节理，节理密度3~4条/m；另外有倾向南东112°~145°、倾角35°~87°，倾向南东177°~184°、倾角59°~79°的少量节理发育。
3.2 地质灾害治理方案
该边坡设计方案为：先加固坡顶外土体，使其不产生牵引式坍塌；再通过修坡，消除坡面的松散体，按最高五级台阶进行削坡；然后通过施工锚杆、压力分散型预应力锚索，改善坡面的受力结构形式，坡面按一定间距设置排水孔，排除坡体水，使坡面体消除渗水的不利影响，最后在坡脚设置小型片石混凝土挡土墙。
四、压力分散型预应力锚索基本试验
按照规范及设计施工图要求。在锚索正式施工前先在典型位置选取三处分别进行了3条锚索基本试验，试验按《岩土锚杆（索）技术规程》（CECS-22：2005 中国工程建设标准化学会标准）并参考《建筑边坡工程技术规范》（GB 50300-2002）的要求进行，试验锚索均由12束1×7Φ5无粘结钢铰线组成，分为4个单元，每个单元为3束×7Φ5无粘结钢铰线锚索组成，主要由每单元末端挤压套及满孔注浆形成的注浆体握裹的承载体承受荷载，四个承载体之间间距为2.5m，即设计30m锚索四个单元实际长度为30m、27.5m、25m、22.5m（不包括预留张拉部分长度），设计抗拔力为1600KN，锚杆加（卸）荷等级及观测时间如表1。
表1 锚杆加（卸）荷等级及观测时间表
注：在各级荷载的观测时间内测读锚头位移不少于3次。
试验结果锚杆基本试验荷载－位移（Q－S）曲线、锚杆荷载－弹性位移（Q－Se）曲线及锚杆荷载－塑性位移（Q－Sp）曲线及相应数据均显示：所有锚索在达到预估破坏荷载时均完好，且在1.2倍设计抗拔力作用下，锚头位移稳定；无异常响声；无岩土体开裂和宏观变形；各级荷载作用下，在规定的时间内所产生的位移量均未超出前一级荷载作用下产生的位移量的2倍，在最大荷载作用下所产生的弹性位移量大于自由段理论弹性伸长量的80％，同时小于自由段加1/2锚固段的理论弹性伸长量。
本工程锚杆设计参数在本项目地质条件及施工条件下是合理可行的。
五、压力分散型预应力锚索施工工艺流程
压力分散型锚索施工严格按照规范及设计施工图要求。每道工艺完成后，要经现场施工员和监理验收合格后，方可进行下一道工序的施工。其施工工艺流程如下：
1.锚索造孔
采用钢管搭设施工平台，按照施工图采用MD-60锚固钻机进行施工。由于该边坡构造复杂，节理裂隙发育，岩石破碎，采用Φ168mm跟管钻进穿过破碎层或软弱层，再用直径130mm钻头钻到设计深度。锚孔孔位和倾角要经过严格测量，其误差控制在设计允许误差范围内。锚孔深度达到要求后，用高压风将孔内石屑和岩粉吹干净，以保证锚孔质量。
2.编制锚索
锚索制作根据锚孔深度和设计要求，确定所需锚索长度，无粘结钢绞线进行制作并绑在承载体上，构成单元锚杆。最后再将各单元锚索按结构设计图组装成整体锚索。
3.锚索安装
锚孔经高压风吹干净后，将对应的锚索抬至孔口进行穿锚，穿锚时如遇孔内不干净或塌孔时，不得用力过锰，避免锚索体被扭曲，承载体被破坏，同时保护好注浆管。若穿锚困难，应重新清孔后再穿锚。
4.注浆
注浆是锚索成功与否的关键工序。注浆采用普通硅酸盐PO.42.5R水泥配制成水灰比为0.45~0.5的纯水泥浆，通过预装注浆管注浆，孔口用止浆塞塞住。直到孔内注浆压力大于2MPa，方可停止注浆。若注浆量超过理论量的2~3倍，则按漏浆处理，分析其原因，若不返浆应加速凝剂（如水玻璃等），确保注浆质量。
5.格构梁和锚墩的浇筑
按设计要求施工格构梁和锚墩，采用C40混凝土，在混凝土浇筑前安装好钢套筒和垫板。
6.锚索张拉与锁定
锚索张拉前，必须对张拉设备进行标定。格构梁和锚墩混凝土强度必须达到设计要求方可进行张拉。预应力锚索正式张拉前，应取20%的设计张拉荷载，对其进行预张拉1~2次，使锚索各部位紧密接触，钢绞线完全平直。张拉时采用超张拉10%，分5级张拉，分别为设计拉力的30%、50%、70%、90%、110%，前四级停留5min，最后一级停留10min。压力分散型锚索应按张拉的设计要求先分别对单元锚索进行张拉，当各单元锚索在同等荷载条件下因自由段长度不等而引起的弹性伸长差得以补偿后，再同时张拉各单元锚索；锚索正式张拉时，张拉至设计荷载的110%，再按规定值进行锁定；锚索锁定后48h内，若发现预应力损失大于锚索拉力设计值的10%，应进行补偿张拉。
7. 混凝土封锚
当锚索按要求锁定完毕，经质检单位验收合格后，切除多余张拉段，切口位置至外锚具的距离不应小于100mm，然后按照设计要求进行支模并用C40混凝土封锚头。
六、结束语
（1）该边坡地质构造复杂，节理裂隙发育，岩石破碎，采用压力分散型预应力锚索加固较为适合，其加固效果良好。原来边坡出现开裂、坍塌的现象得到有效遏制，经过监测其边坡经加固后处于稳定状态。
（2）压力分散型锚索锚固段由几个独立的锚索体单元组成，其受力靠多个承载体，各个单元受力点不同，应力分散，受力更合理。其缺点是每个单元钢绞线的长度不一致，难以长期保证每个单元拉应力都相等，施工操作相对复杂及对工艺要求相对较高。
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