【摘 要】本文选取乐广高速公路上的两个公路边坡，进行锚杆锚索预应力加固的设计、施工、检测等方面的研究。以试验边坡为依托，系统的研究了公路边坡锚固体系的分类、使用情况、使用特点等方面的内容。通过对锚固段的内力分布形式、节理边坡锚固机理、预置锚固体系 的加固效果的研究，提出了公路边坡锚固体系选型方法。
根据现有经验来看，有关预应力锚固系统耐久性问题主要体现在以下三个方面，分别为：
（1）预应力锚固工程的化学稳定性问题，如灌浆体、锚筋材料、锚固件的腐蚀及地层徐变等问题；
（2）与锚固结构有关的锚固性能耐久性问题，如锚筋松弛、锚具滑移等；
（3）施工质量隐患问题，体现在复杂岩土条件下实施预应力锚固工程的隐患，诸如在软弱、破碎、含水的地层中，锚固工程施工工艺难度大，质量不易保证，安全隐患多。
前两个问题往往导致预应力不足，甚至失效，后一项则会导致锚固工程锚固力不足，无法满足设计要求。这些问题均表明：传统的预应力锚固技术在腐蚀及其他复杂岩土条件下，其耐久性受到考验，因此，迫切需要对其长期的工作性能进行评价，并结合新技术、新材料，研究新的结构型式，开发具有较好耐久性能的新型预应力锚固技术。
1.新型锚固技术简介
针对传统压力型锚索存在的锚固段耐腐性差且锚固力不足等问题，设计了预制锚头压力型锚索结构。
对于预应力锚固技术，锚头性能的优劣决定其实际应用效果。
以Φ102mm*500mm的不锈钢套管预制锚头为例，其主体结构为1.5mm厚的不锈钢套管，规格为Φ102mm*500mm。套管内部由三部分成，由内到外分别为长125mm的空腔、厚20mm的承压板以及长355mm的高强钢筋混凝土预制块。其中，长125mm的空腔内配有2根固定螺杆，用于固定挤压套，其规格为Φ8mm*100mm，空腔端头配有Φ102mm的导向帽；承压板规格为Φ98mm*20mm，中心预留1个Φ20mm的注浆孔、4个Φ20mm的锚索孔和2个Φ8mm的固定螺杆孔；长355mm的高强钢筋混凝土预制块内配有4 根规格为Φ12mm*350mm 的螺纹筋和1根Φ6mm*350mm的螺旋钢筋(螺旋内径80mm)，以P.O.42.5水泥填充，预制块中心埋设1个Φ20mm 的注浆钢管，注浆管全长650mm，外穿不锈钢套管头部50mm，在不锈钢套管尾部保留100mm。
2.室内足尺模型试验
为了测试预制锚头新型锚索的极限锚固力和分析灌浆体应力应变传递和锚索轴力的变化规律，本文通过采用同比例制模进行室内试验，根据试验结果分析其锚固机理和设计计算方法。
根据预制锚头长度差异，设计4组室内足尺模型试验，试验编号如表1所示。其中前3组试验作为校正对比试验，模型尺寸和试验条件完全相同，锚头尺寸均为Φ90mm*250mm，后1组分别将预制锚头尺寸分别调整Φ90mm*500mm。
2.1 模型设计
相关研究表明：在较大张拉荷载作用下，压力型锚索注浆体与岩体孔壁间剪应力的传递长度在3.5m以内，一般实际工程中压力型锚索单元锚固长度为3～7m。综合考虑确定本课题模型尺寸定为5000mm×800mm×800mm，注浆体长度为4500mm，考虑到安装传感器占用注浆体受力面积，钻孔直径为150 mm。
2.2 实验流程设计
由于在模拟岩体的混凝土块上水平钻孔难以实施，且在混凝土内预留洞作为注浆孔的方法存在凝固后预埋成孔材料与混凝土难以拆分等，本课题试验采用先制作注浆体，再浇注模拟岩体混凝土的制作方法。全部试验流程如下：
预制锚头并养护→制作模型钢筋笼→安装预制锚头和挤压套→安装应变计并下放锚索→在钢筋笼内制作注浆体→浇筑模拟岩体混凝土模型并养护→实施循环加载试验。
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2.3 试验结果分析
①在本次模型试验中，模拟锚索孔壁周边岩体条件为硬岩，本课题研发的新型锚索极限承载力均达到了试验的最大荷载900kN，与工程设计中考虑的传统压力型锚索相比，明显提高了锚索的锚固力。
②随着预制锚头长度增加，注浆体和注浆体周围岩体在弹性变形承担的拉拔力明显增加，即提高了锚索结构体的整体综合弹性模量，锚索的锚固力也得到了提高。例如，NY250-1～NY250-3试验中，预制锚头长度为250mm，锚索在加载到650kN～700kN时，塑性变形开始明显增加，而NY500-1试验，预制锚头长度增加至500mm，锚索在加载到900kN时，塑性变形才开始明显增加，表明弹性变形阶段可承担的拉拔力显著增加。预制锚头长度增加，减小锚头系统的塑性变形。
③预制锚头尾部上方注浆体为压应变区，表明预制锚头环向注浆体与预制锚头同步受到拉拔荷载影响，同步发挥抗拔作用，可提高了锚索的锚固力；
④距离预制锚头尾部0.25m处的注浆体压应变达到峰值，且拉拔荷载越大，应变越大，最大压应变均发生在拉拔荷载为900kN时。而随着预制锚头长度的增加，锚索内注浆体的应变状态明显改善，最大压应变明显减小。例如，NY250-2、NY250-3和NY500-1三组试验的预制锚头长度分别为250mm和500mm，最大压应变分别为-1070.8με、-1594.4με和-309.5με，其中虽受到传感器埋设、传感器尺寸效应等因素影响存在一定的误差，但整体规律已较为明显，即呈反比关系。
⑤ 从预制锚头尾部0.75m 处开始，到锚索锚头区间内的注浆体压应变幅值较低，且基本保持小幅微减趋势，表明锚索深部的注浆体与孔壁提供了主要的锚固力，充分发挥了注浆体和孔壁间的粘结强度，有效提高了锚固力。
1.3 现场试验
1.3.1 试验工程地点
本次试验工点选择乐广高速某高边坡的三级坡上。
1.3.2 试验锚索点布置
本次选择3个预制锚头压力型锚索试验点
3.3现场锚索试验
在前序工作完成后，采用现场张拉试验对锚索进行检测。
通过综合对比现场试验结果，总结规律如下：
① 本次现场试验锚固段地层为中风化灰岩，现场试验的锚固力达到850kN、890kN、805kN，均没有达到灌浆体和孔壁间的粘结力破坏，说明预制内锚头锚索较传统的压力型锚索锚固力有明显提高，单个锚头可承受1860级4Φ15.2钢绞线所提供的锚固力。
②由于中风化灰岩与灌浆体间粘结力较室内模型的小，锚固段压应力的分布和传递范围增加，大致为3.5~6.5m，可推测孔壁与灌浆体间粘结力越小，锚固段压应力分布和传递范围越大，但最大压应力的水平一致。
③在中风化灰岩中，单根预制锚头的设计锚固力可达到450～500kN。
4 结语
本文通过结合室内试验和实体工程示范工程对新型预应力锚固技术进行了验证。经实践表明，与传统预应力锚索结构相比，新型预应力锚固技术具有提高锚索锚固力、改善锚索受力性能、增强锚索耐腐蚀性、降低锚索预应力损失、节省工程造价等优点， 技术优势明显，社会经济效益显著，建议进一步加强推广运用，不断完善相关设计理论及工艺，有效解决当前预应力锚索结构在边坡锚固工程中存在的安全耐久等技术难题。
参考文献：
[1]叶强，刘强.岩土锚固技术在公路边坡治理中的应用[J].公路,2011（12）.
[2]彭振斌.锚固工程设计计算与施工[M].中国地质大学出版社,1997.
[3]赵长海.预应力锚固技术[M].北京中国水利水电出版社,2001.
论文作者:赖剑丹
论文发表刊物:《低碳地产》2016年8月第16期
论文发表时间:2016/11/14
标签：锚固论文; 预应力论文; 注浆论文; 应变论文; 拉拔论文; 模型论文; 荷载论文; 《低碳地产》2016年8月第16期论文;