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摘 要：预应力锚索与支挡结构钢筋混凝框架梁相结合是一种土体加固新技术，已广泛应用于铁路、公路、水利、地下广场以及病态的山体等边坡整治工程中得到越来越广泛的应用。本文结合合武客运专线铁路Ⅲ标段天堂站车站 DK179+248～DK179+906段预应力锚索施工情况，分析了预应力锚索与框架梁结合施工工艺及其注意事项。
Prestressed anchor cable and retaining structure of reinforced concrete frame with Liang Xiang is a kind of soil reinforcement technology, has been widely used in railway, highway, water conservancy, underground Plaza and morbid mountain slope remediation works are more and more widely applied. This combination of Hefei-Wuhan Passenger Dedicated Railway Section III heaven station DK179+248~ DK179+906section of prestressed anchor cable construction situation, analysis of the prestressed anchor cable with frame beam combined with the construction technology and matters needing attention.
关键词：预应力锚索；钢筋混凝土框架梁；施工方法工艺
Prestressed anchor cable; reinforced concrete beam; construction method
中圖分类号：TU37文献标识码：A 文章编号：
1、引言
预应力锚索框架梁加固技术，施工简便，随边坡开挖逐次分段实施作业，自上而下分层施工，不占或少占单独作业时间，施工效率高。这一点对顺层边坡尤其重要，对边坡的保护也非常有利。尤其是施工场地狭小、放坡困难或大型施工机械不能进场时，该技术更能显示其优越性。
2、预应力锚索框架梁加固边坡原理
预应力锚索是通过对锚索体的张拉，在边坡体上施加应力，使之在可能的滑动面上产生正压力和切向抗力，借此平衡顺层下滑力，以提高软弱结构面上的物理力学性能。岩体坡面以框架梁与锚索连成整体。框架梁的设计原理与路堑边坡框架梁的原理基本相同，即将固定框架梁的锚杆嵌入边坡体，从而使加固边坡形成嵌固效应。
3、工程概况
合武铁路客专线安徽段Ⅲ标穿越大别山区，地形条件复杂,桥隧相连，深挖高填路基交错出现，其中天堂寨车站DK179+248～DK179+906段路堑最大挖深为32m。设计地质资料显示，该地段边坡坡面岩体主要由全～强风化石英闪长岩组成，岩体破碎，岩体完整性差，风化强裂，节理发育，多呈碎裂结构，极易造成坡体失稳。设计边坡坡度为1：1，采用预应力锚索与框架梁相结合的边坡防护方式。单孔锚索设计长度为12.5米，共计706孔，8825米。每孔锚索均采用3束 15．24 mm高强度、低松弛Rb=1860级钢绞线制作，锚索孔间距为4．0 m。框架梁采用现浇C30混凝土。纵梁梁截面尺寸为50 cm×40 cm，嵌入坡面30cm，横梁截面尺寸为40 cm×40 cm，嵌入坡面20cm。
4、锚索施工
（1）锚索施工施工准备
施工准备包括施工前的技术资料准备和现场的机械设备两部分。技术资料准备主要为技术交底，机械设备有风动潜孔锤冲击钻机2台（100D钻机）、空压机2台（每台空气压塑量为13m3）、UB3C型灰浆泵2台，YCN25—200穿心式千斤顶2台，OVM15—4型锚具706套，电焊、氧气、张拉设备各2套。
（2）预应力锚索施工技术及工艺
图框4-1 锚索框架施工工艺流程
（3）边坡土石方开挖
边坡土石方开挖是锚索框架施工最关键的工序之一直接影响到边坡的稳定与安全，也控制着框架梁的施工进度和质量。在开挖过程中按照分层、分段开挖、分级支护原则，同时做好坡面排水施工。
（4）钻孔
锚索孔的钻凿，根据设计要求的里程、标高定出孔位，钻机就位后重新复核孔位，孔位误差不得超过±0.2m。同时，用罗盘定出钻孔倾斜角度，在本工程中倾角a为20度，误差控制在±2度。钻孔深度为：12.5+0.2米 。钻孔采用风动施工法，锚孔钻进宜采用无水干钻，以确保锚索施工不至于恶化边坡岩体的工程地质条件，并保证孔壁的粘结性能。在施工过程对以下一些特殊问题要做特殊处理：
4.1 塌孔与卡钻处理。解决此问题主要采取跟套管的钻进技术。由于双管同步推进，钻具外有保护管，可以有效地防止因孔壁坍塌而造成的卡钻事故。由于双管钻进，高压风以正循环的方式从内管进入，由内管外管之间的环行空间排出，大大减少了沿地层裂隙“跑风”的现象。加上反向排风清孔器，可完全清除孔内滞留的岩渣，确保锚固段孔壁干净清洁，孔内不滞留岩渣。
4.2 钻孔完成后，必须使用高压风将孔中岩粉及水全部清除出孔外，以免降低水泥浆与孔壁岩体的粘结强度。
（5）锚索制安
钢绞线的下料、绑扎编束、导向头焊接按照设计要求进行，同时将加工好的锚索统一编号，挂上标识牌，放置在硬化地面上，防止泥水污渍、生锈，并加盖保护，防止塑料管破损。
钻孔成孔并确认达到设计深度后经现场技术主管级现场监理检测后即进行锚索安装。安装时，预留锚索张拉工作长度，尽量保证锚索在轴线位置。
(6) 注浆
注浆质量的好坏直接影响整个锚索能否达到设计承载力，设计采用M40水泥砂浆灌注，使用PO42.5及以上普通硅酸盐水泥。浆液的拌合成分、质量和注浆方式在很大程度上决定了锚索的粘结强度和防腐效果。本段锚索注浆采用孔底返浆法一次性注浆，一次注浆的配合比将拌合好的浆液贮存在泥浆池中备用，利用高压注浆管将水泥浆从一次注浆管注入孔底，浆液从孔底向上反向孔口灌注，水泥浆将孔内的泥浆和水排挤出来，待孔口溢出正常的浆液后暂停注浆。注浆压力保持在0．3～0．6 MPa之间。
(7) 质量控制标准
检查项目 规定值或允许偏差 检备方法
混凝土、砂浆强度／MPa 在合格标准内 按相关标准检查
锚孔间距（mm） ±50 抽查 1O％，尺量
锚孔倾斜度（％） ±2 查钻孔记录
锚孔深（mm） 0，十2O0 查钻孔记录
预应力张拉力（kN） 符合图纸规定 查锚索张拉记录
外观榆查 1、 锚固板丧而平整光滑
2、 对锚头牢固、不外露 目测
表4-1 预应力锚索施工质量检验控制标准
5、框架梁施工
框架梁施工与一般钢筋混凝土施工工序大致相同。框架梁施工前应整平坡面，使之平整、顺适，以保证框架梁充分发挥作用。施工时应根据实际情况调整平台附近框架梁长度，使锚索、锚杆框架梁单元处于每级边坡中央。沉降缝与伸缩缝在一起，间距8m，缝宽为2 cm。框架梁应做得顺直、美观，框架梁施工完毕要及时浇注锚墩。
紧固头由斜托(垫墩)、钢垫板和锚具组成。斜托由C30混凝土制作，并在距其顶面5 cm处加一层 8mm的钢筋网。网的钢筋间距为16 cm，并不与预留孔相冲突。斜托顶面与钻孔轴线必须垂直，确保埋设张拉时千斤顶的张拉力与锚索在同一轴线上。锚具应符合国家现行《预应力筋用锚具、夹具和连接器应用技术规程》(JGJ 85—2002)的规定。
4、锚索张拉锁定
锚索张拉是对锚索施加预应力的一项工序，同时检验施工锚索能否达到设计抗拔力的要求。对预应力锚索的张拉要求，也不能等同于预应力混凝土施工。锚固段注浆和外锚墩浇注养护达到设计强度的70% (一般为15～20 d)后，方可进行预应力张拉锚固。为避免相邻锚索张拉的应力损失，可采用“跳张法”，即隔一拉一的方法。当采用“跳张法”时，超张拉力宜为设计张拉力值的1.1倍，以确保前期预应力值。
4.1锚具采用OVM15-4锚具，为国家技术质量监督局检验考核的定点生产厂家生产的锚具，并经检验合格。
4.2对张拉设备的要求：千斤顶选用YCW100B型、油泵，选用精度为0.5级，表盘最大读数为50Mpa的油压表、穿心千斤顶、油压表按检定周期校验，千斤顶校正系数不大于1.05。
4.3钢绞线张拉：框架梁的混凝土强度，孔内锚固段注浆的强度达到设计强度的70%时方可进行张拉，并通过检验后的钢绞线的弹性模量来计算各束锚索的伸长值。
4.4张拉采用单端张拉，张拉程序：0—25%P —50%P—75%P—100%P—110%P—回油、锚固。
4.5为避免发生安全事故，使预应力锚索张拉作业不受到干扰，在进行锚索张拉的全过程中，作业区范围内所有与张拉操作无关的材料、设备进行撤离。同时与张拉作业有干扰的其他施工项目也停止施工，以确保锚索张拉工作顺利进行。
5、顶板钢绞线伸长值有关技术参数的计算：
预应力管道成形为钢波纹管，试验检测管道摩擦系数μ=0.14，管道偏差系数Κ=0.0008/m。设计张拉控制应力，混凝土强度达到设计强度的85%时，方可张拉。预应力锚索设计吨位402KN，即单束锚索（四根钢绞线）的控制为：P=σk×Ag×1/1000=402KN，单束锚索的张拉力402 KN/9.8=41t。千斤顶选用YCW100B型。钢绞线的弹性模量E=1.95×105Mpa(根据该批钢绞线实际试验数据求平均值) 单根钢绞线的截面积A=140mm2。
鋼绞线计算公式（简化算法）:
预应力筋的平均张拉力：Pp=P[1+e-〔KL+μθ〕]/( KL+μθ)
当预应力筋和孔道为直线时（θ=0）
△L= PL/（AyEg）
其中：P为平均张拉力;
P为预应力钢筋张拉端的张拉力，N；
L从张拉端到计算截面的孔道长度，m；
θ从张拉端到计算截面曲线孔道部分切线的夹角之和，rad;
K孔道每米局部偏差对摩擦的影响系数，由表查得；
Ay单根预应力钢筋的截面面积，mm2;
Eg预应力钢筋的弹性模量，Mpa;
6、封锚
张拉锁定结束后，锚头外留置8-10cm的防滑端，其余钢绞线用切割机切除，用钢丝刷除锚具、钢绞线、钢垫板上的锈迹，按设计尺寸用C30混凝土将锚头浇筑密封。
7、结语
合武客运专线自2009年4月1日运行以来，通过观测，边坡稳定，预应力锚索框架梁起到了设计应有的效果。因其具有工程效果好、施工灵活和经济合理等优点，因此被越来越多地应用在特殊条件下岩土工程地质病害问题的处理中。
参 考 文 献：
[1] 杨志庆，虞黎均，诸葛盛世．预应力锚索+框架梁结构在边坡防治中的应用[J]．探矿工程(岩土钻掘工程)，2005．(2)．
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
Prestressed anchor cable and retaining structure of reinforced concrete frame with Liang Xiang is a kind of soil reinforcement technology, has been widely used in railway, highway, water conservancy, underground Plaza and morbid mountain slope remediation works are more and more widely applied. This combination of Hefei-Wuhan Passenger Dedicated Railway Section III heaven station DK179+248~ DK179+906section of prestressed anchor cable construction situation, analysis of the prestressed anchor cable with frame beam combined with the construction technology and matters needing attention.
关键词：预应力锚索；钢筋混凝土框架梁；施工方法工艺
Prestressed anchor cable; reinforced concrete beam; construction method
中圖分类号：TU37文献标识码：A 文章编号：
1、引言
预应力锚索框架梁加固技术，施工简便，随边坡开挖逐次分段实施作业，自上而下分层施工，不占或少占单独作业时间，施工效率高。这一点对顺层边坡尤其重要，对边坡的保护也非常有利。尤其是施工场地狭小、放坡困难或大型施工机械不能进场时，该技术更能显示其优越性。
2、预应力锚索框架梁加固边坡原理
预应力锚索是通过对锚索体的张拉，在边坡体上施加应力，使之在可能的滑动面上产生正压力和切向抗力，借此平衡顺层下滑力，以提高软弱结构面上的物理力学性能。岩体坡面以框架梁与锚索连成整体。框架梁的设计原理与路堑边坡框架梁的原理基本相同，即将固定框架梁的锚杆嵌入边坡体，从而使加固边坡形成嵌固效应。
3、工程概况
合武铁路客专线安徽段Ⅲ标穿越大别山区，地形条件复杂,桥隧相连，深挖高填路基交错出现，其中天堂寨车站DK179+248～DK179+906段路堑最大挖深为32m。设计地质资料显示，该地段边坡坡面岩体主要由全～强风化石英闪长岩组成，岩体破碎，岩体完整性差，风化强裂，节理发育，多呈碎裂结构，极易造成坡体失稳。设计边坡坡度为1：1，采用预应力锚索与框架梁相结合的边坡防护方式。单孔锚索设计长度为12.5米，共计706孔，8825米。每孔锚索均采用3束 15．24 mm高强度、低松弛Rb=1860级钢绞线制作，锚索孔间距为4．0 m。框架梁采用现浇C30混凝土。纵梁梁截面尺寸为50 cm×40 cm，嵌入坡面30cm，横梁截面尺寸为40 cm×40 cm，嵌入坡面20cm。
4、锚索施工
（1）锚索施工施工准备
施工准备包括施工前的技术资料准备和现场的机械设备两部分。技术资料准备主要为技术交底，机械设备有风动潜孔锤冲击钻机2台（100D钻机）、空压机2台（每台空气压塑量为13m3）、UB3C型灰浆泵2台，YCN25—200穿心式千斤顶2台，OVM15—4型锚具706套，电焊、氧气、张拉设备各2套。
（2）预应力锚索施工技术及工艺
图框4-1 锚索框架施工工艺流程
（3）边坡土石方开挖
边坡土石方开挖是锚索框架施工最关键的工序之一直接影响到边坡的稳定与安全，也控制着框架梁的施工进度和质量。在开挖过程中按照分层、分段开挖、分级支护原则，同时做好坡面排水施工。
（4）钻孔
锚索孔的钻凿，根据设计要求的里程、标高定出孔位，钻机就位后重新复核孔位，孔位误差不得超过±0.2m。同时，用罗盘定出钻孔倾斜角度，在本工程中倾角a为20度，误差控制在±2度。钻孔深度为：12.5+0.2米 。钻孔采用风动施工法，锚孔钻进宜采用无水干钻，以确保锚索施工不至于恶化边坡岩体的工程地质条件，并保证孔壁的粘结性能。在施工过程对以下一些特殊问题要做特殊处理：
4.1 塌孔与卡钻处理。解决此问题主要采取跟套管的钻进技术。由于双管同步推进，钻具外有保护管，可以有效地防止因孔壁坍塌而造成的卡钻事故。由于双管钻进，高压风以正循环的方式从内管进入，由内管外管之间的环行空间排出，大大减少了沿地层裂隙“跑风”的现象。加上反向排风清孔器，可完全清除孔内滞留的岩渣，确保锚固段孔壁干净清洁，孔内不滞留岩渣。
4.2 钻孔完成后，必须使用高压风将孔中岩粉及水全部清除出孔外，以免降低水泥浆与孔壁岩体的粘结强度。
（5）锚索制安
钢绞线的下料、绑扎编束、导向头焊接按照设计要求进行，同时将加工好的锚索统一编号，挂上标识牌，放置在硬化地面上，防止泥水污渍、生锈，并加盖保护，防止塑料管破损。
钻孔成孔并确认达到设计深度后经现场技术主管级现场监理检测后即进行锚索安装。安装时，预留锚索张拉工作长度，尽量保证锚索在轴线位置。
(6) 注浆
注浆质量的好坏直接影响整个锚索能否达到设计承载力，设计采用M40水泥砂浆灌注，使用PO42.5及以上普通硅酸盐水泥。浆液的拌合成分、质量和注浆方式在很大程度上决定了锚索的粘结强度和防腐效果。本段锚索注浆采用孔底返浆法一次性注浆，一次注浆的配合比将拌合好的浆液贮存在泥浆池中备用，利用高压注浆管将水泥浆从一次注浆管注入孔底，浆液从孔底向上反向孔口灌注，水泥浆将孔内的泥浆和水排挤出来，待孔口溢出正常的浆液后暂停注浆。注浆压力保持在0．3～0．6 MPa之间。
(7) 质量控制标准
检查项目 规定值或允许偏差 检备方法
混凝土、砂浆强度／MPa 在合格标准内 按相关标准检查
锚孔间距（mm） ±50 抽查 1O％，尺量
锚孔倾斜度（％） ±2 查钻孔记录
锚孔深（mm） 0，十2O0 查钻孔记录
预应力张拉力（kN） 符合图纸规定 查锚索张拉记录
外观榆查 1、 锚固板丧而平整光滑
2、 对锚头牢固、不外露 目测
表4-1 预应力锚索施工质量检验控制标准
5、框架梁施工
框架梁施工与一般钢筋混凝土施工工序大致相同。框架梁施工前应整平坡面，使之平整、顺适，以保证框架梁充分发挥作用。施工时应根据实际情况调整平台附近框架梁长度，使锚索、锚杆框架梁单元处于每级边坡中央。沉降缝与伸缩缝在一起，间距8m，缝宽为2 cm。框架梁应做得顺直、美观，框架梁施工完毕要及时浇注锚墩。
紧固头由斜托(垫墩)、钢垫板和锚具组成。斜托由C30混凝土制作，并在距其顶面5 cm处加一层 8mm的钢筋网。网的钢筋间距为16 cm，并不与预留孔相冲突。斜托顶面与钻孔轴线必须垂直，确保埋设张拉时千斤顶的张拉力与锚索在同一轴线上。锚具应符合国家现行《预应力筋用锚具、夹具和连接器应用技术规程》(JGJ 85—2002)的规定。
4、锚索张拉锁定
锚索张拉是对锚索施加预应力的一项工序，同时检验施工锚索能否达到设计抗拔力的要求。对预应力锚索的张拉要求，也不能等同于预应力混凝土施工。锚固段注浆和外锚墩浇注养护达到设计强度的70% (一般为15～20 d)后，方可进行预应力张拉锚固。为避免相邻锚索张拉的应力损失，可采用“跳张法”，即隔一拉一的方法。当采用“跳张法”时，超张拉力宜为设计张拉力值的1.1倍，以确保前期预应力值。
4.1锚具采用OVM15-4锚具，为国家技术质量监督局检验考核的定点生产厂家生产的锚具，并经检验合格。
4.2对张拉设备的要求：千斤顶选用YCW100B型、油泵，选用精度为0.5级，表盘最大读数为50Mpa的油压表、穿心千斤顶、油压表按检定周期校验，千斤顶校正系数不大于1.05。
4.3钢绞线张拉：框架梁的混凝土强度，孔内锚固段注浆的强度达到设计强度的70%时方可进行张拉，并通过检验后的钢绞线的弹性模量来计算各束锚索的伸长值。
4.4张拉采用单端张拉，张拉程序：0—25%P —50%P—75%P—100%P—110%P—回油、锚固。
4.5为避免发生安全事故，使预应力锚索张拉作业不受到干扰，在进行锚索张拉的全过程中，作业区范围内所有与张拉操作无关的材料、设备进行撤离。同时与张拉作业有干扰的其他施工项目也停止施工，以确保锚索张拉工作顺利进行。
5、顶板钢绞线伸长值有关技术参数的计算：
预应力管道成形为钢波纹管，试验检测管道摩擦系数μ=0.14，管道偏差系数Κ=0.0008/m。设计张拉控制应力，混凝土强度达到设计强度的85%时，方可张拉。预应力锚索设计吨位402KN，即单束锚索（四根钢绞线）的控制为：P=σk×Ag×1/1000=402KN，单束锚索的张拉力402 KN/9.8=41t。千斤顶选用YCW100B型。钢绞线的弹性模量E=1.95×105Mpa(根据该批钢绞线实际试验数据求平均值) 单根钢绞线的截面积A=140mm2。
鋼绞线计算公式（简化算法）:
预应力筋的平均张拉力：Pp=P[1+e-〔KL+μθ〕]/( KL+μθ)
当预应力筋和孔道为直线时（θ=0）
△L= PL/（AyEg）
其中：P为平均张拉力;
P为预应力钢筋张拉端的张拉力，N；
L从张拉端到计算截面的孔道长度，m；
θ从张拉端到计算截面曲线孔道部分切线的夹角之和，rad;
K孔道每米局部偏差对摩擦的影响系数，由表查得；
Ay单根预应力钢筋的截面面积，mm2;
Eg预应力钢筋的弹性模量，Mpa;
6、封锚
张拉锁定结束后，锚头外留置8-10cm的防滑端，其余钢绞线用切割机切除，用钢丝刷除锚具、钢绞线、钢垫板上的锈迹，按设计尺寸用C30混凝土将锚头浇筑密封。
7、结语
合武客运专线自2009年4月1日运行以来，通过观测，边坡稳定，预应力锚索框架梁起到了设计应有的效果。因其具有工程效果好、施工灵活和经济合理等优点，因此被越来越多地应用在特殊条件下岩土工程地质病害问题的处理中。
参 考 文 献：
[1] 杨志庆，虞黎均，诸葛盛世．预应力锚索+框架梁结构在边坡防治中的应用[J]．探矿工程(岩土钻掘工程)，2005．(2)．
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。