压力分散型锚索在高边坡设计中的应用

第６卷第１期　２　０　０　７年３月　广东交通职业技术学院学报　ＪｏＵＲＮＡＬ　ＯＦ　ＧＵＡＮＧ　ＤＯＮＧ　ＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮＳ　ＰＯＬＹＴＥＣＨＮＩＣ　Ｖ０１．６　Ｎｏ。ｌ　Ｍａｒｃｈ　２ｏｏ７　文章编号：１６７１—８４９６－（２００７）０１－０００９－０３　压力分散型锚索在高边坡设计中的应用　詹海玲　（广东交通职业技术学院，广东广州５１０６５０）　摘　要：文中通过开阳高速公路高边坡设计的例子，对普通拉伸型锚索及优化的压力分散型锚索各自的优　缺点进行分析，并通过抗拔试验，为压力分散型锚索系统的应用提供经验。　关键词：高边坡；压力分散型锚索；优化设计；抗拔试验　中图分类号：Ｕ４１６．１　文献标识码：Ａ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｓｔｒｅｓｓ　Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　Ａｎｃｈｏｒ　ｉｎ　ｔｈｅ　Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　Ｈｉｇｈ　Ｓｌｏｐｅ　ＺＨＡＮ　Ｈａｉ—ｌｉｎｇ　（Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ　Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ　５　１０６５０，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ　Ｏｉｌ　ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｉｎｓｔａｎｃｅ　ｏｆ　ｈｉｇｈ　ｓｌｏｐｅ　ｉｎ　Ｋａｉｙａｎｇ　Ｆｒｅｅｗａｙ，ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ａｎａｌｙｚｅｓ　ｈｔｅ　ａｄｖａｎｔａｇｅｓ　ａｎｄ　ｄｉｓ－　ａｄｖａｎｔａｇｅｓ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｎｏｒｍａｌ　ｔｅｎｓｉｌｅ　ａｎｃｈｏｒ　ｎａｄ　ｓｔｒｅｓｓ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　ｎａｃｈｏｒ．　Ｆｕｒｔｈｅｒｍｏｒｅ，　ｂｙ　ｄｏｉｎｇ　ｔｅｎｓｉｌｅ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ，　ｓｏｍｅ　ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅ　ｏｎ　ｔｈｅ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｓｔｒｅｓｓ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　ａｎｃｈｏｒ　ｓｙｓｔｅｍ　ｉｓ　ｐｕｔ　ｕｐ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｈｉｇｈ　ｓｌｏｐｅ；ｓｔｒｅｓｓ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　ａｎｃｈｏｒ；ｏｐｔｉｍｕｍ　ｄｅｓｉｎｇ；ｔｅｎｓｉｌｅ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ　取３２。～３５。，ｙ取２３　ｋＮ／ｍ）；微风化花岗岩带（天　１工程概况　然抗压强度８６．３～１　１６４．５　ＩＶ［Ｐａ，基岩面摩擦系数　４诹０．６～０．７）。　开（平）阳（江）高速公路为广（州）湛（江）高速公　路中的一段，全长１２７　ｋｍ，全线路堑边坡高度超　３边坡的稳定计算　过３０　ｍ的共有９处，部分边坡卸载后采用常规防　护方式，除此之外有３处（Ｋ１６９＋３００～＋４２０、　Ｋ１　８９＋２００￣＋３６０左侧边坡经计算最高达５６～　Ｋｌ８４＋２００￣＋３４０、Ｋ１８９＋２００～＋３６０）需进行特殊　５８ｍ，边坡分级为：第一级为高８ｍ，其余每级　设计，本文着重介绍Ｋ１　８９＋２００～＋３６０处边坡的计　边坡高１０　ｍ，每级的平台宽除第三级放宽至１０　ｍ　算和设计。　以外其余均为３　ｍ，如边坡采用常规的防护措施，　采用北京理正“边坡稳定分析”程序计算，滑动　２边坡所在位置的工程地质条件　安全系数Ｋ＝０．９７６＜１．２５，所以需采取其他措施进　行防护设计，以保证边坡稳定。　Ｋ１８９＋２００￣＋３６０为侵蚀中低丘陵地貌单元，　（１）采用卸载措施　山丘起伏，山坡植被稀疏；按岩性及强度，属于　将第三级平台加宽为１０　ｍ，经计算滑动安全　坚硬岩类区，为燕山期粗粒黑云母花岗岩，岩石　系数Ｋ＝Ｉ．０４１＜１．２５，不满足规范要求。　风化强烈，地表和开挖后边坡全以风化花岗岩为　（２）采用预应力锚索防护　主，并见有大量石蛋。地层岩性自上而下可划分　采用预应力锚索加固后的边坡稳定系数，经　为：全风化花岗岩带（ＣＩ￣２０　ｋＰａ，　取２５。，诹　过多次的计算和分析，其结果为：采用瑞典法计　１８　ｋＮ／ｍ）；强风化花岗岩带（Ｃ取１００～２００　ｋＰａ，　算的稳定系数　１．２４９；采用简化Ｂｉｓｈｏｐ法计算　收稿日期：２００６．１０．２３　作者简介：詹海玲（１９６６．），女，讲师　研究方向：公路与城市道路　维普资讯 http://www.cqvip.com

１０　广东交通职业技术学院学报　第６卷　的稳定系数Ｋ。　１．３２４，均满足新的“公路路基设　计规范”征求意见稿中１．２０～１．３０的要求。表明　该边坡在加固后处于稳定状态，且有一定的安全　长度条件下，压力分散型锚索体系比拉力型锚索　体系具有较优的承载力。另外由于水泥灌浆体与　岩土体间的粘结应力较小，这种锚索体系也适合　余度。　４预应力锚索锚固方法的优化设计　４．１预应力锚索设计　在第一级和第五级边坡均采用２束　４　１５．２４／１１／１１钢绞线作为预应力锚索，第二级至　第四级边坡各采用２束６　１５．２４　ＩＩＩｌＴＩ钢绞线作为预　应力锚索，一～五级边坡中每级布置两排锚索，　列间距３．５　ｍ，排垂直间距为３．５　ｍ（第一级）和４　ｒｎ　（第二～第五级），每列锚索外锚头用钢筋混凝土　地梁连接起来，这种锚索布置体系可在整个坡面　上形成一个均匀受压面，有利于发挥锚索体系加　固的功效性。本工点设计时的锚索长度（不计张拉　段长度）为１６￣３０ｍ，总共３２０根，共长７８２６ｍ。　４．２优化设计　传统拉力型锚索体系相对简单，但由于其锚　固段应力分布不均匀，决定了它无法提供大吨位　锚固力以及不适应复杂地层的局限性。而压力分　散型锚索体系的拉力由多个承载体承担，在整个　锚固体段内避免了粘结摩阻力的严重应力集中。　与拉力型锚索体系相比，它的锚固效果、经济效　益更好，且受力机理合理，故应用范围更广，代　表了锚索加固体系的新发展方向，是优化设计选　择的一个重要方案。在广东省高速公路建设中还　是第一次，也是本省公路建设新技术应用的一项　尝试。　４．３压力分散型预应力锚索锚固体系的受力特性　压力分散型预应力锚固体系是指锚索的拉力　通过无粘结钢绞线分别传递到按一定间距设置的　数个承载体上，以承压方式作用于锚固体，并与　各承载段锚固体表面的粘结摩阻力相平衡的锚索　形式。　‘　压力分散型锚索体系因在同一锚孔内布置了　多个承载体，使较大的总拉力值分成了作用于各　承载体体上较小的压缩力，在整个锚固长度上粘　结应力分布相对比较均匀，其峰值也可大幅度降　低（见图１）。因为这种锚固体系单元锚杆的固定长　度及应力相对较小，一般不会出现粘结效应逐步　弱化或脱开（剥离）的现象，故能最大限度地调用　固定长度范围内土体的抗剪强度，在同等的锚固　于多种类型的复杂或软弱状况的地层。　蚂　固定段长度　图１压力分散型锚索锚固段粘结应力分布形态　当压力分散型预应力锚索承载后，从水泥灌　浆体到地层的荷载传递是以压剪方式传递的。在　锚索的锚固体系承受压缩力时，会引起水泥浆体　的径向扩张，因而能提高浆体与岩土层间的摩阻　强度（图２）。而且锚固段水泥灌浆体内的压应变峰　值均出现在临近承载体处，随着离承载体距离的　增加，压应变值急剧衰减，这说明在保持与拉力　型锚索相等的极限承载力条件下，压力分散型锚　索的锚固长度可降低。　’’－～　图２压缩力作用下灌浆体径向扩张示意　５预应力锚固体系抗拔试验　５．１现场抗拔试验　预应力锚索抗拔试验就是为了确定锚索是否　有足够的承载力，验证和修正设计时所用的参　数，并检验锚索的设计和施工方法能否满足工程　要求。就开阳高速公路Ｋ１　８９＋２００～＋３６０段边坡中　的４个１５—４型锚索抗拔试验的结果进行研究讨　论。这４个试验锚索均位于第五级边坡上，２个为　普通拉力型锚索，２个为压力分散型锚索。锚索　的基本参数如下：锚索长度２６　ｍ；锚索孔径１６　ｃｍ；拉力型锚索由４根钢绞线组成，锚固段长度　７．０　ｍ；压力分散型锚索由４根无粘结钢绞线组成，　两个承载体，承载体间距为３．５　ｍ。　５．２试验结果　试验中锚索的张拉采用连续循环加载，前级　荷载稳定后才可以施加下一级荷载，直到最大荷　载为止。加载试验和荷载观测时间参照“土层锚　杆设计与施工规范”（￣ｚｃｓ　２２：９０），并作了适　维普资讯 http://www.cqvip.com

第１期　詹海玲：压力分散型锚索在高边坡设计中的应用　当调整。将试验中两个拉力型预应力锚索编号为　所加荷载的同时，量测对应锚头位移，并根据量　Ｐ５—１、Ｐ５—２；两个压力分散型预应力锚索编号　测结果绘制成荷载一位移曲线、荷载一弹塑位移　为Ｙ５—１、Ｙ５—２。试验汇总结果见表１。在记录　曲线进行变形分析。　表１锚索抗拔试验结果　表２锚固体段的剪切变形量　５．３预应力锚索的剪切变形分析　Ｚ１　０００　慕８握６００　００　４００　２００　对比　（Ｙ５一ｌ＋Ｙ５－２）／（Ｐ５－１＋Ｐ５－２）＝１／３．８　Ｏ　５Ｏ　１ＯＯ　１５０　２００—１００—５０　０　５０　ｌＯＯ　￣ＩＩ；／ｍｍ　￣ＩＩ；／ｍｍ　由表２可知：压力分散型锚索锚固体的平均　荷载～位移图　弹塑性曲线位移图　图３　Ｐ５－１预应力锚索　剪切变形只有拉力型锚索的１／４　１／３，由此分析　可知承受一定荷载后，压力分散型锚索锚固体的　Ｚ１　０００　慕８０ｏ　榔　抗剪切变形能力远大于拉力型锚索的抗剪切变形　坦６００　耀　４００　能力，也就是说，压力分散型锚索的锚固承载力　２０ｏ　大于拉力型锚索的锚固承载力。　Ｏ　５０　１００　１５Ｏ　２００　．１００　．５０　０　５０　ｌＯＯ　位移／ｍｍ　位移／ｍｍ　５．４预应力锚索的弹塑性变形特征分析　荷载～位移图　弹塑性曲线位移图　图４　Ｐ５－２预应力锚索　表３为９５０　ｌ（Ｎ时４个锚索的弹塑性变形量，ｓｅ　为弹性变形，　为塑性变形。　Ｚ１　０００　表３锚索弹塑性变形量　慕８０ｏＰ５—１　Ｙ５—１　Ｐ５—２　Ｙ５—２　坦６００　　荷载　Ｎ—Ｓ—ｅ／ｍ——　４００　ｉｌｌｓｐ｛　ｍｍＳｅ—／—ｍｍ—　＿ｓｄ删　Ｓｄｍ　　ｍ—ｍ——Ｓ一ｐ／ｍｍ——Ｓｅ—ｌｍ—ｍ　ＳｐｆⅡＬｍ　２００　Ｏ　位移／ｍｍ　位移／ｍｍ　荷载～位移图　弹塑性曲线位移图　图５　Ｙ５－１预应力锚索　Ｚ１　０００　从表３中可看出拉力型锚索的塑性变形占总　变形位移的比例大于压力分散型锚索。塑性位移　４００　所占的比例越大，同样荷载条件下，由长期岩土　２００　体蠕变引起的预应力损失将越大，因此，压力分　散型锚索的长期承载性能将优于拉力型锚索。　６结论　（１）大量资料与试验显示，对于拉力型锚索体　系，当锚固体达到一定长度后，随着锚固长度的　增加，其平均粘结强度急剧降低。故要改进锚固　结构和工艺，提高锚索单位长度锚固体的承载力。　（２）传统拉力型预应力锚索锚固段的应力分　（下转第１５页）　维普资讯 http://www.cqvip.com

第１期　吴至博，等：公路路基、桥梁加宽综合处治方案　１５　①准备：检查被植筋的混凝土面是否完好，　部，扣动胶枪直到胶流出为止，第一次打出的胶　用钢筋探测仪测出植筋处混凝土内的钢筋位置，　不用，待胶流出成均匀灰色方可使用。注胶时，　核对、标记植筋部位，以便钻孔时避让钢筋。　将搅拌头插人孔的底部开始注胶，注入孔内约２／３　②钻孔：　即可。每次扣动胶枪后，停顿５～６　Ｓ，再扣动下　ａ、按设计要求在施工面划定钻孔植筋的位　一次胶枪。注射下一个孔时，按下胶枪后面的舌　置，放好样，利用电锤钻孔（严禁使用气锤钻孔，　头，因为胶枪为自动加压，避免胶继续流出，造　防止出现混凝土局部疏散、开裂）。　成浪费。更换新的胶时，按下胶枪后面的舌头，　ｂ、孔径的选定，以下举例供参考：　１２植　拉出拉杆，将胶枪取出。　筋，孔径为１６　ｍｍ；　１６植筋，孔径为２０　ｍｍ；　⑥插筋：插入处理好的钢筋，此时需要手将　０植筋，孔径为２５　ｍｉｌｌ；４２２植筋，孔径为２８　其旋转着缓缓插人孔底，使胶与钢筋全面粘结，　ｍｍ；　２５植筋，孔径为３２　ｍｍ。　并防止孔内胶外溢。按照植筋固化时间表的规定　ｃ、孔的深度应根据设计具体要求确定，植　时间进行操作使得植筋胶均匀附着在钢筋的表面　筋胶厂商提供的配套资料作为参考。实际操作，　及缝隙中，插好固定后的钢筋胶养生期结束后再　根据孔径和对应深度要求钻孔，以检查满足要求　进行钢筋焊接、绑扎及其它各项工作。插筋、养　即可终孔。　护期间，桥上应避免震动的影响。　③清理孔洞（除尘、干燥）：钻孔成批量后，　⑦养生：在室外温度下自然养护，温度低于　逐个清除孔内灰尘，利用压缩空气或用水清孔，　５℃，应改用耐低温改性结构胶，养生时间一般　用毛刷刷三遍、吹三遍，确保孔壁无尘（如梁、　在２４　ｈ以匕。　柱、板孔内潮湿，需用防潮湿结构胶）。　④钢筋处理：检查钢筋是否顺直，用钢丝刷　参考文献：　除去锈渍，用乙醇或丙酮清洗干净，凉干使用。　［１】公路路基施工技术规范（ＪＴＪ　０３３—９５）［Ｓ】．北京：人民　无锈蚀钢筋则可不进行除锈工序。　交通出版社。１９９６．　⑤配胶和注胶：根据植筋胶生产厂家的使用　［２】王立新．土工布及土工格栅在道路工程中的应用　说明、种类要求配置，注胶要一次完成。首先将　［Ｊ］．公路，２００２（３）．　植筋胶直接放人胶枪中，将搅拌头旋到胶的头　［３】　公路桥涵施工技术规范（ＪＴＪ　０４１—２０００）［Ｓ］．北京：人　民交通出版社，２００２．　金：　舍：舍：舍：舍：全：舍：舍：全：全：全：全：舍！全！　：舍：舍！全！舍：舍：全！全！仝：　：全！　！全：全：全：金！全：全：全！　￡全！全：金！全￡全：全：　（上接第１１页）　布不均匀，顶端部分应力大，向下逐渐减至最小　（５）抗拔试验的结果也证明，压力分散型锚　值，随着外荷载的增加，粘结应力峰值向远端转　索的锚固体承载能力远大于普通拉力型锚索，同　移。过高的粘结应力峰值会导致水泥灌浆体与钢　等荷载条件下的剪切变形只是拉力型锚索的１／４＂－－＂　绞线界面处的粘结效应弱化或剥离。而压力分散　１／３，且其长期承载性能优于拉力型锚索。　型锚索在在锚固段长度上受力（应力）均匀，消除　（６）从抗拔试验结果看，试验安全系数只有　了拉力型锚索锚固段上部粘结应力值集中的现　１．３５，故施工中应对预应力钢绞线的质量加强控　象，充分利用地层岩土体的抗剪强度，提供可靠　制。另外，以后的设计中，预应力钢绞线的设计　的锚固效果。　锚固力不宜取得太大。　（３）压力分散型预应力锚索在同一钻孔内设　置多个单元锚固体，使粘结应力较均匀地分布在　参考文献：　整个锚固长度上，更有效地利用地层强度，克服　［１】郭朝华，张坚．拔拉试验确定锚索设计参数［Ｊ］．中　拉力型锚索的不足。　外公路，２００５（４）．　（４）压力分散型锚索采用无粘结钢绞线组成，　［２】李希元．京珠高速公路粤境北段路堑高边坡病害预防　它的防腐性能和耐久性大大优于普通拉力型锚　及防治措施［Ｃ】．交流论文，２０００，１　［３】胡厚田，等．山区高等级公路边坡病害的类型分析　索。　［Ｊ］．公路，２０００（２）．