预应力锚索:对不稳定岩体进行锚固的工程-中文百科频道

基本内容

锚索结构一般由幅度锚头、锚索体和外锚头三部分共同组成。内锚头又称锚固段或锚根，是锚索锚固在岩体内提供预应力的根基，按其结构形式分为机械式和胶结式两大类，胶结式又分为砂浆胶结和树脂胶结两类，砂浆式又分二次灌浆和一次灌浆式。外锚头又称外锚固段，是锚索借以提供张拉吨位和锁定的部位，其种类有锚塞式、螺纹式、钢筋混凝土圆柱体锚墩式、墩头锚式和钢构架式等；锚索体，是连结内外锚头的构件，也是张拉力的承受者，通过对锚索体的张拉来提供预应力，锚索体由高强度钢筋、钢纹线或螺纹钢筋构成。

预应力锚索是一种较复杂的锚固工程，需要专门知识与经验，施工监理人员，应具有更丰富理论和经验。

在国内，一般情况下，锚索是需要施加预应力的，因此它是主动受力，多应用于已出现变形或对变形要求严格的工程部位；锚杆则一般不施加预应力（有时也会施加很小的预应力），因此它是被动受力，只有当被锚固岩土体发生一定变形时它才发挥锚固力。此外，锚索长度一般在20－50米，锚杆则不到20米。在国际上，锚索只是锚杆的一种类型。

预应力锚索框架梁支护结构采用对预应力锚索施加的预应力将滑动岩土体与稳定岩体紧密连结为一体，增加岩土体各层面的抗滑力，同时又通过坡面上框架梁将各个锚索有效地连成一个整体，形成一个由表及里的加固体系，进而达到防止整体边坡失稳的目的，是一种新型的抗滑结构。

1.预应力锚索框架梁支护体系作用机理

预应力锚索框架梁体系中，将锚索锚固到框架上，锚固力首先作用于框架，然后通过框架传递给岩土体，从而在岩土体中产生附加应力，调整岩土体内应力环境，起到加固边坡的目的。

框架梁除表层固坡作用外，还有传力作用。如果单独使用预应力锚索进行边坡加固，锚索拉力过大会引起表层坡体的变形，甚至破坏，而坡体过大的变形又会导致锚索预应力的损失。将预应力锚索与框架梁结合，框架梁起到锚墩的作用，由于框架梁与坡面的有效接触面积大，坡体在锚索作用下的变形能得到限制。

2.预应力锚索框架梁支护体系的优点

⑴预应力锚索框架是高边坡病害防治和坡面防护的有效措施

预应力锚索框架可以将高边坡病害防治与坡面柔性防护有机地结合在一起，既达到防治高边坡病害的目的，又可美化环境，实现了工程和自然的和谐统一。通过大吨位的预应力锚索锚固于边坡体内稳定的岩体中，并通过施加的预应力，可抵抗边坡体深层变形和破坏。贴于坡面的钢筋混凝土框架对边坡体表层岩土起框箍作用，限制表层岩土变形和破坏。在框架内进行植被防护，既能防治水流对坡面的冲刷，又能防治坡面岩土风化剥落、落石等小型坡面变形，并达到美化自然环境的效果。

⑵能有效地控制边坡病害的深层破坏

在支挡结构加固设计时，往往针对边坡病害的深层破坏力来采取工程措施，为抵抗此破坏力，重力式挡墙是依靠墙体自重及其产生的基底摩阻力和墙前被动土压力来克服的；抗滑桩是依靠锚固段的桩周侧向抗力或能提供土压力的桩侧土的被动土压力与主动土压力差来克服的；而锚索框架是依靠锚固于稳定岩、土体的高强度低松弛的钢绞线拉紧坡面的钢筋混凝土框架，提供与边坡破坏力相反方向的抗力来克服的。锚索预应力可以控制由于人工开挖边坡形成的松弛区发展，主动限制边坡的变形并提供支挡作用力，比较起来锚索框架的工程效果更有效，更经济。

⑶外形美观、容易绿化

预应力锚索框架梁可以选择多种外观形式，常用的有方格形、人字形、拱形等，这些支护形式造型很美观，并且在预应力锚索框架内进行植被防护可以使坡面得到绿化，遮挡人工加固的痕迹，与周围的环境相协调。同时坡面恢复植被后，可阻止坡面水土的流失，减少大气降水的下渗，使框架始终保持对坡面的预压应力。

同时，现在的边坡治理往往要求美观与安全兼顾，在喷锚支护，挡土墙等支护形式无法满足坡面绿化的要求时，预应力锚索框架梁在绿化方面的优点也更加突出。

⑷施工简便易行，技术风险低

采用预应力锚索框架加固高边坡或防治高边坡病害，可遵循自上而下开挖一级加固一级的施工顺序，待上一级锚索进行初张拉后再开挖和加固下一级边坡，对每一级边坡的施工，还可以进行分层和分段施工。这样，大大减小了边坡施工本身对边坡体的扰动，避免因施工不当引起的边坡病害，这一点是其他支护形式无法比拟的。

⑸可进行边坡动态设计

由于受各种条件的限制，尤其是山区高速公路沿线边坡众多，很难把每个边坡工点工程地质条件完全勘查清楚，设计依据的不准确或不充分会造成设计上的失误或不完善，这就需要动态地进行设计。预应力锚索框架可通过增减锚索的数量和锚固深度调整锚固力的大小，设计变更简单易行。

3.预应力锚索框架梁支护体系的适用范围

预应力锚索框架体系虽然有上述优点，但是在实际施工中，要根据工程具体情况合理应用，不能盲目施工，造成浪费。

在以下情况下，一般不能使用锚索框架梁支护体系：

⑴边坡表层土不能承受锚索传递到框架梁体系上的锚固力时，不能使用这种支护体系，如边坡表层土为松散、潮湿、软弱的土层的边坡，其表层土无法承受锚索传递到框架梁体系上的锚固力，会导致整个框架体系下陷，压裂，产生不均匀变形，从而使整个框架锚固体系失效。

⑵对钢筋和水泥有强烈腐蚀性的地层不能使用该支护体系，由于预应力锚索框架梁一般都应用于永久性边坡中，要求预应力锚索和框架梁在使用过程中不能发生破坏，如果所加固边坡的岩土体对水泥和钢筋有腐蚀性，在一定时间内，锚索和框架梁会发生腐蚀破坏，整个支护体系会失效。

⑶对于锚索锚固段地层无法提供足够大的锚固力的边坡，不能采用此种支护形式。按照规范规定，锚固段不应设置在有机质土、淤泥质土、液限Wi>50%的上层、相对密度DT<0.3的土层中。如果在锚索长度足够大的情况下，上述条件无法满足，则不能采用此种支护形式。

除上述几个条件外，如果不从经济角度考虑，预应力锚索框架作为一种轻型支挡结构，可以适应一定规模的各种地层岩性的边坡病害整治工程的要求。适用于高陡度土质、石质的不同规模的边坡崩塌、坍塌、滑坡等人工和自然病害，以及各种表层和坡面病害的防护。

4.预应力锚索框架梁支护体系的施工过程

预应力锚索框架梁支护体系施工过程为先施工锚索，再进行框架梁施工，施工完后待锚固体和框架梁强度达到设计要求后，可进行锚索张拉施工，待锚索框架预应力张拉后进行下一级土、石方开挖，整面边坡施工完成后，进行坡面绿化。

施工工序

锚孔测放

边坡施工边挖边加固，即开挖一级，防护一级，不得一次开挖到底。根据各工点工程立面图，按设计要求，将锚孔位置准确测放在坡面上，孔位误差不得超过±50mm。如遇既有刷方坡面不平顺或特殊困难场地时，需经设计监理单位认可，在确保坡体稳定和结构安全的前提下，适当放宽定位精度或调整锚孔定位。

钻孔设备

钻孔机具的选择，根据锚固地层的类别、锚孔孔径、锚孔深度、以及施工场地条件等来选择钻孔设备。岩层中采用潜孔冲击成孔；在岩层破碎或松软饱水等易于塌缩孔和卡钻埋钻的地层中采用跟管钻进技术。

钻机就位

锚孔钻进施工，搭设满足相应承载能力和稳固条件的脚手架，根据坡面测放孔位，准确安装固定钻机，并严格认真进行机位调整，确保锚孔开钻就位纵横误差不得超过±50mm，高程误差不得超过±100mm，钻孔倾角和方向符合设计要求，倾角允许误差位±1.0°，方位允许误差±2.0°。

钻进方式

钻孔要求干钻，禁止采用水钻，以确保锚索施工不致于恶化边坡岩体的工程地质条件和保证孔壁的粘结性能。钻孔速度根据使用钻机性能和锚固地层严格控制，防止钻孔扭曲和变径，造成下锚困难或其它意外事故。

钻进过程

钻进过程中对每个孔的地层变化，钻进状态（钻压、钻速）、地下水及一些特殊情况作好现场施工记录。如遇塌孔缩孔等不良钻进现象时，须立即停钻，及时进行固壁灌浆处理（灌浆压力0.1～0.2MPa），待水泥砂浆初凝后，重新扫孔钻进。

孔径孔深

钻孔孔径、孔深要求不得小于设计值。为确保锚孔直径，要求实际使用钻头直径不得小于设计孔径。为确保锚孔深度，要求实际钻孔深度大于设计深度0.2m以上。

锚孔清理

钻进达到设计深度后，不能立即停钻，要求稳钻1～2分钟，防止孔底尖灭、达不到设计孔径。钻孔孔壁不得有沉碴及水体粘滞，必须清理干净，在钻孔完成后，使用高压空气（风压0.2～0.4MPa）将孔内岩粉及水体全部清除出孔外，以免降低水泥砂浆与孔壁岩土体的粘结强度。

除相对坚硬完整之岩体锚固外，不得采用高压水冲洗。若遇锚孔中有承压水流出，待水压、水量变小后方可下安锚筋与注浆，必要时在周围适当部位设置排水孔处理。如果设计要求处理锚孔内部积聚水体，一般采用灌浆封堵二次钻进等方法处理。

锚孔检验

锚孔钻造结束后，须经现场监理检验合格后，方可进行下道工序。孔径、孔深检查一般采用设计孔径、钻头和标准钻杆在现场监理旁站的条件下验孔，要求验孔过程中钻头平顺推进，不产生冲击或抖动，钻具验送长度满足设计锚孔深度，退钻要求顺畅，用高压风吹验不存明显飞溅尘碴及水体现象。同时要求复查锚孔孔位、倾角和方位，全部锚孔施工分项工作合格后，即可认为锚孔钻造检验合格。