路塹多級高邊坡階梯分層加固施工關鍵技術探討

曾聯金

摘 要：在山區修建公路時，經常會遇到深挖路塹，在這種情況下，往往采用預應力錨索格子梁植草防護的形式對路塹高邊坡進行防護。保證施工質量及安全，是此類工程的重中之重。本文以某高速公路項目為背景，對路塹多級高邊坡階梯分層加固施工關鍵技術進行探討。

關鍵詞：路塹高邊坡;預應力錨索;格子梁;動態監控

中圖分類號：U418.52文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2021）15-0104-04

Abstract： When building highways in mountainous areas， deep cuts are often encountered. In this case， pre-stressed anchor cables and lattice beams are often used to protect the high side slopes of the cuts. Ensuring construction quality and safety is the top priority of this type of project. This paper took a highway project as the background， and discussed the key technology of multi-level high side slope step-by-step reinforcement construction.

Keywords： high cutting slope;prestressed anchor cable;lattice beam;dynamic monitoring

預應力錨索格子梁植草防護作為一種路基邊坡防護形式，被越來越多地應用到各等級公路中，尤其是在高速公路中的應用最為廣泛。該防護形式具有支護高度不受限制、造價低、自重輕、穩定性好等優點，在路塹高邊坡支護中發揮著重要作用。此工藝通過格子梁承受來自錨索的預應力，然后再傳遞至被錨固的路塹邊坡土層中，從而改變路塹邊坡土體受力狀態，以達到穩固路塹邊坡的目的[1]。

1 工藝流程

預應力錨索格子梁植草防護的工藝流程為：施工準備→搭設腳手架平臺→鉆機就位→鉆進成孔、清孔→錨索安裝→砂漿準備→注漿→錨索養護及格子梁施工→混凝土養護→錨索張拉、鎖定→錨頭封閉。具體施工流程如圖1。

2 預應力錨索技術操作要點

2.1 作業平臺搭設及受力驗算

2.1.1 作業平臺搭設。作業平臺采用Φ48 mm×3.5 mm的Q235鋼管搭設，三向間距均為1.5 m。最下緣鋼管固定于坡腳邊溝溝底，其余立桿均沿坡面固定于邊坡土層或巖體內，斜桿使用3層鋼管搭設。最下緣的部分作為斜撐，并固定于堅實的地面上。作業平臺搭設簡圖如圖2所示。

2.1.2 作業平臺受力驗算。

①選用材料的相關參數。Q235鋼管的荷載為0.038 4 kN/m，抗拉強度、抗彎強度及抗壓強度設計值取205 N/m2，彈性模量取206 000 N/mm2。慣性矩取12.187 cm4，截面抵抗矩取5.08 cm3，截面積為4.893 cm2，回旋半徑為1.578 cm;鋼管每米重3.841 kg;腳手板自重標準值0.4 kN/m2。

②受載分析。第一，恒載。恒載主要是作業平臺結構自重，包括構件自重、扣件自重、桿件自重。計算簡圖如圖3所示。查閱《建筑施工腳手架實用手冊》[2]可知，步距為1.5 m，柱距為1.5 m，折合到面荷載的值為0.279 kN/m2，自重為23.7 kN。

第二，活載?；钶d主要是施工荷載，包括作業人員、材料及施工機具自重、風荷載。

作業人員荷載值取2 kN/m2;施工機具荷載值取8.5 kN，單層荷載值按每3跨布置潛孔鉆機1臺，則施工機具均布荷載值為1.3 kN/m2;垂直方向的風荷載按式（1）計算。

③作業平臺計算。作業平臺的荷載傳遞路徑為：水平橫桿→立柱?？v橫向水平桿的內力以及變形按《建筑施工腳手架實用手冊》表4-33計算。

普通黏土經過碾壓處理可到達此基底承載力，滿足施工要求。

2.2 錨索張拉及鎖定

預應力錨索的張拉以及鎖定應注意以下幾方面問題。

第一，錨索處的格子梁表面必須平整，且與預應力錨索軸線保持垂直。

第二，格子梁混凝土強度在設計強度的80%以上時才可以進行張拉作業，張拉完成后，及時進行注漿及封錨。

第三，張拉設備及儀器必須經校準后方可進行張拉作業，并且設備應配套標定、配套使用。

第四，錨具、夾具及千斤頂應緊密貼合，千斤頂、孔道及錨索軸線應保持一致，以確保張拉力均勻且在同一條軸線上。

第五，在張拉錨索體之前，錨索應編束，先取10%～20%設計張拉力進行張拉，確保錨索平順，各部位緊密貼合，受力均勻，最后再按張拉程序張拉。

第六，錨索體分為5級張拉，即分別用設計張拉力的0.25倍、0.5倍、0.75倍、1倍、1.2倍進行張拉。第5級需要穩壓20～30 min，前4級需要穩壓2～5 min，并及時記錄張拉情況。記錄內容包括油表讀數、張拉力、異常情況、變形情況等。

第七，若無異常，及時進行注漿，漿液配合比應經配合比試驗確定，注漿應飽滿，若發現注漿不飽滿，應及時進行二次注漿。漿液嚴禁采用人工拌制。多余的外露鋼絞線，應采用砂輪切割機切除，并及時按要求封錨[3]。

2.3 鋼絞線理論伸長值計算

2.3.1 錨索體及張拉設備的主要設計參數及有關要求

第一，預應力筋使用4束Φ15.2 mm的高強度低松弛鋼絞線，鋼絞線經編束后制作成錨索體。鋼絞線標準強度[fpk ]=1 860 MPa，公稱直徑為15.24 mm，公稱面積取140 mm2，彈性模量[E]=1.95×105 N/mm2。

第二，張拉力按[0.75 fpk ]控制，根據公稱面積換算，張拉力為195.3 kN。

第三，鋼絞線的錨固段長9 m，自由段長15 m，千斤頂工作長0.35 m。

第四，經標定，使用的張拉設備的線性回歸方程為：

式中：[Y]表示壓力表讀數值，MPa;[X]表示荷載值，kN。

2.3.2 預應力筋的張拉程序。張拉設備主要有千斤頂、油泵、錨具、夾具及油表等。張拉設備必須經具有相關資質的單位檢測、標定后才可投入使用。若張拉超過200次，使用超過6個月，或設備出現異常情況時，必須重新進行標定。標定證書應妥善保管，備查。

錨索張拉分5級進行，預應力筋的張拉程序：0→25%×[σcon]→50%×[σcon]→75%×[σcon]→100%×[σcon]→120%×[σcon]。

具體來說，第1級張拉力[P1]=0.25×781.2 kN=195.30 kN;第2級張拉力[P2]=0.50×781.2 kN =390.60 kN;第3級張拉力[P3]=0.75×781.2 kN =585.90 kN;第4級張拉力[P4]=1.00×781.2 kN =781.20 kN;第5級張拉力[P5]=1.20×781.2 kN=937.44 kN。

2.3.3 預應力筋張拉后的理論拉伸長值（mm）及理論油表讀數（MPa）計算。計算公式：

式中：[P]表示預應力筋的平均張拉力，kN;[L]表示預應力筋的長度，mm;[A]表示預應力筋的公稱面積，取140 mm2;[E]表示預應力筋的彈性模量，取1.95×105 N/mm2。

張拉數據如表1所示。

2.3.4 預應力筋的伸長率偏差解決辦法。預應力筋張拉時，應以控制張拉力為主，輔以伸長值作為校核，預應力筋實際與理論伸長值的偏差應滿足設計文件的要求。若設計文件未規定，則兩者的偏差應保持在6%以內，否則必須停止張拉，并查明產生偏差的原因，采取措施糾正。對于已出現偏差過大現象的預應力筋，應返工處理，重新張拉，直至偏差值滿足要求。

2.4 路塹高邊坡開挖及加固過程動態監控技術

為保證路塹高邊坡開挖及加固施工過程的安全，應按設計及規范要求全過程進行施工監控，及時、準確掌握邊坡土體的受力及變形情況，并根據監測數據，有針對性地采取措施，例如，改變施工方法，優化機械、人力、資金等的配置，從而減小事故發生的概率和事故的嚴重程度[4]。

2.4.1 監測項目。路塹高邊坡開挖及加固過程中的主要監測項目有土體變形、土體內地應力、土壓力、錨索內力等。

2.4.2 監測方案。

①土體變形監測。在每級開挖及加固時，在邊坡頂部、中部及下部設置水平位移、豎向位移監測點。水平位移監測包括邊坡土體、格構梁部位的水平位移監測，該監測手段能夠清楚地了解在邊坡開挖及支護各階段、各部位的水平變形量。根據設計及規范要求，在監測時可以使用高精度的全站儀。在每級開挖時，通過布置測斜管，可以進行土體深層位移監測。位移（測斜）監測的項目主要是邊坡坡內土層（巖層）的傾斜值，因為測斜管埋深較深，比邊坡開挖的深度大，所以可以將最下緣的初始監測點看作不動點。

②土壓力監測。邊坡開挖后，在采用預應力錨索格構梁加固時，進行支護結構土壓力監測，同時，安放土壓力盒，邊坡分級開挖加固時，進行土壓力監測。

③土體應力狀態監測。邊坡開挖后，在采用預應力錨索格構梁加固時，進行邊坡土體內部應力監測，監測目的在于根據土體內部的應力變化情況，控制預應力錨索施加預應力的大小，保證施工過程的安全性。監測點根據邊坡潛在的滑動面位置確定，在監測點分別安放水平土壓力盒和豎向土壓力盒，邊坡分級開挖加固時，進行土體內應力監測[5]。

④內力監測。錨索內力是反映預應力錨索格子梁支護結構的受力狀況及安全狀況的最直接的指標之一，可以詳細描繪出錨索體的實際受力隨時間變化的情況。監測點應選擇在受力較大且有代表性的位置，按本工法施工時，每個邊坡開挖分段至少選取一個斷面作為監測點，而且在一個斷面內，每級開挖邊坡至少選取1根錨索進行內力監測。當地質條件較為復雜時，可增設錨索內力監測點。

3 結語

路塹高邊坡施工往往屬于危險性較大的工程，在施工前，應編制專項施工方案。對于高度超過30 m的巖質邊坡以及高度超過20 m的土質邊坡，還需要對編制的專項施工方案進行專家論證。從這方面來說，在施工中應高度重視施工質量及安全，避免發生群死群傷事故。工程實踐表明，嚴格按照有關規定進行預應力錨索及監控量測施工，能大幅提升工程質量，減小工程事故發生的概率。

參考文獻：

[1]梁瑞臻.預應力錨索治理路塹邊坡滑坡施工技術研究[J].中華建設，2011（10）：126-127.

[2]杜榮軍.建筑施工腳手架實用手冊[M].北京：中國建筑工業出版社，1994.

[3]鄭向榮.水利工程施工中邊坡開挖支護安全監控方法研究[J].水電站機電技術，2020（11）：163-164.

[4]林吉，李其泉.某公路高邊坡崩塌成因與治理[J].華東公路，2000（3）：67-69.

[5]林偉.高速公路路塹邊坡防護、綠化、景觀綜合處治[J].中外公路，2002（3）：66-67.