1、预应力锚索桩板墙在高等级公路中的应用摘要：个旧冷墩二级公路 K22+336K22+520 段预应力锚索桩板墙工程位于个旧市保和乡政府驻地以北沟谷地带。该路段地形横坡陡峻，坡脚局部形成陡壁。情况组织有关的专家和工程技术人员对该段工程进行了多次现场勘察，先后提出了调整平面线形、采用桥梁跨越等多种方案比选，但均因地形、地质及工程造价高、施工工期长等因素，无法实施。最后在详细研究工程地质状况和认真分析勘察资料的基础上，本着“技术可行、经济合理”和“一次处治、不留后患”的原则，提出了预应力锚索桩板墙支挡、锚杆框格梁防护等综合处治措施。 关键词：预应力 道路桥梁 1 工程概况 个旧冷墩二级公路 K22+3
2、36K22+520 段预应力锚索桩板墙工程位于个旧市保和乡政府驻地以北沟谷地带。该路段地形横坡陡峻，坡脚局部形成陡壁。情况组织有关的专家和工程技术人员对该段工程进行了多次现场勘察，先后提出了调整平面线形、采用桥梁跨越等多种方案比选，但均因地形、地质及工程造价高、施工工期长等因素，无法实施。最后在详细研究工程地质状况和认真分析勘察资料的基础上，本着“技术可行、经济合理”和“一次处治、不留后患”的原则，提出了预应力锚索桩板墙支挡、锚杆框格梁防护等综合处治措施。 2 工程地质水文条件 2.1 地形、地貌 K22+336K22+520 段位于深切河谷谷坡坡脚地带，与河床高差2055 米，路线纵向与斜坡
3、走向一致。该段地形横坡十分陡峻，K22+336K22+375 段地形横坡 5055 度，路中线右侧 1025 米为7080 度陡坎，陡坎高度 1520 米。坡脚处于河流凹岸侧向冲刷地段。K22+375K22+430 段地形横坡 6070 度，路中线右侧 38 米为 6080度陡坡，因坡脚处于河流凹岸侧向冲刷而形成 26 米高的陡壁。K22+430K22+520 段地形横坡 4555 度，右侧坡脚局部形成陡壁。 2.2 地层岩性 K22+336K22+520 段处于河谷谷坡坡脚地带，根据钻孔揭露，该段覆盖层主要为坡洪积碎石土、亚粘土（粉质粘土）及下伏板岩、灰岩等，表层为 02.5 米最近堆积的碎
4、石土和粘土。 2.3 水文地质 该段路线位于普洒河下游区，主要穿越中三迭统法郎组泥灰岩、页岩、板岩，分布区节理裂隙发育，此类地层降水入渗系数较高，地表迳流系数一般可达 0.30.5 以内。具有纵坡比降大，水流速度快携砂能力强，对岸坡冲刷剧烈等特点。 2.4 地震烈度 该段路线所经区域的地震烈度从国家地震局和建设部 1992 年颁布实施的中国地震烈度区划图中查得，该地区地震烈度为度区。 3 边坡稳定性分析 3.1 设计原则 由于该段路基地面横坡陡峻，常规的挡墙和边坡设计无法解决，若采用桥梁通过，工程造价高，施工工期长。本着节约工程投资，缩短施工工期，减少工程隐患，增加工程安全性等方面因素，设计中
5、采用预应力锚索桩板墙的设计形式：墙后的侧向土压力作用于挡土板，并通过挡土板传递给肋柱，再由肋柱传递给预应力锚索，由预应力锚索与周围地层的锚固力形成平衡。 3.2 理论分析 依据土体极限平衡原理，采用单元分析法，考察此单元体在其自身条件下保持稳定所需的条件。具体做法是在该坡体上任意取一长、宽、高均为 1 米的土块，假定取消周围约束。根据土体物理性能指标取值为：C=10Kpa，=30.5，r=17KN/m3。地质模型如右： 由极限平衡理论：m=抗滑力/下滑力=（CL+Wcostg）/Wsin 令 m=1 =60.8 因此，从理论上讲，当坡角为 60.8时，土体处于临界平衡状态，坡角大于 60.8时
6、，土体处于不稳定状态。根据地质资料，除上坡体K22+484.05 段坡角为 80.5，下坡体 K22+394.95 段坡角为 68，其余断面坡角均小于 60.8，即上、下坡体从理论上说是基本稳定的。 3.3 综合处治方案 3.3.1 肋柱 布置原则 根据实际地形和地质水文状况揭示，地层经受了强烈的挤压，岩体产状变化大，层理、节理发育，岩体间粘结力低，为防止岩体产生层间滑动，对此坡体采用预应力锚索加承载墩先对不稳坡体进行防护，再用预应力筋对填土及动载引起的土体侧压力进行肋柱的加固。该段路基采用上、下两排肋柱错开布置的形式进行设计，上、下排肋柱之间采用 30厘米的浆砌片石进行封闭。上排肋柱共计 4
7、2 根，总长 1087.20 米，其中第 14 号肋柱高度为 23.08 米，埋深 14.59 米；下排肋柱共计 43 根，总长 1264.92 米，其中第 16 号肋柱高度为 21.05 米，埋深 19.10 米。上、下排肋柱根据高度和地质状况分别采用 1.01.5 米、1.52.0 米矩形断面并带企口，以便安装预制挡土板，肋柱间距为 4 米，根据高度不同分为六种形式(见下表所示)，其埋深则按地质资料具体确定。 肋柱尺寸表 编号 肋柱形式 截面尺寸 肋柱高度 锚点个数 1 A 型肋柱 1.01.5 米 H4 米 2 B 型肋柱 1.01.5 米 4H8 米 1 3 C 型肋柱 1.01.5
8、米 8H12 米 2 4 D 型肋柱 1.52.0 米 12H16 米 3 5 E 型肋柱 1.52.0 米 16H20 米 4 6 F 型肋柱 1.52.0 米 20H24 米 5 计算分析墙背土压力按库仑土压力计算，结构计算根据肋柱的埋深和工程地质水文状况，肋柱按一端固结或铰支，另一端自由的超静定连续梁进行计算，根据计算确定的内力，按公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 （JTJ023-85）对肋柱和挡土板进行配筋，确定预应力锚索钢绞线的根数和预应力张拉吨位。现将 F 型肋柱的计算如下： . 将车辆荷载置换为等代土柱高，按库仑土压力计算墙背土压力；. 用力矩分配法，解得个点弯矩和剪力；
9、. 根据计算得到的内力，对肋柱进行配筋； . 根据计算得到的内力，确定预应力锚索钢绞线的根数和预应力张拉吨位。 3.3.2 挡土板 布置原则 挡土板根据实际地形分别采用尺寸为 0.50.32.3 米挡土板和0.50.252.8 米挡土板两种类型。 计算分析 挡土板按以肋柱为支座的简支梁进行验算，其计算跨径 lp 为挡土板两支座中心的距离，荷载取挡土板所在位置土压力的平均值，即q=(+)*h/2。 得挡土板跨中最大弯矩 Mmax=qlp2/8；支座处剪力 Q= qlp/2 根据挡土板的内力进行配筋计算。 3.3.3 预应力锚索 布置原则 锚索按压力分散型锚索进行设计，每根锚索均向下与水平夹角为1
10、5，锚索间距为 4 米，按肋柱高度，分别确定锚索钢绞线的根数和预应力张拉力。预应力钢绞线采用一端张拉的方式进行张拉。锚索钢绞线材料应选用高强度、低松弛环氧喷涂无粘结预应力钢绞线， （ASTM A416-88a 标准 270 级，R=1860Kpa，松弛率为 3.5%，j=15.24mm） ，共计设置锚索 231 根，其中上排桩设置 101 根；下排桩设置 130 根。 计算分析 计算假定：假定锚固段传递给岩体的应力沿锚固段全长均匀分布；假定钻孔直径和锚固段注浆体直径相同（即注浆时地层无被压缩现象） ；假定岩石与注浆体界面产生剪切破坏。 计算锚固段长度：锚索的锚固段长度按公式： L=(SfNt)
11、/(Dqr) 和 L=(SfNt)/(ndqr) 分别计算，取最大值。 抗拉拔试验 为取得现场资料与数据，确定土体的极限承载力，以及为设计提供合理的参数，在 2001 年 7 月至 9 月在工地现场进行肋锚索抗拉拔试验。试验锚索共 6 束。分别为 750KN、1200KN、1600KN 级锚索各 2 束。试验结果见下表 编号 地层情况 钻孔直径 锚固长度 设计应力 试验荷载 最大检验荷载钢绞线理论伸长值最大检验荷载钢绞线实际伸长值 mm m KN KN mm mm 1 前 12.2 米为碎石土，后为板岩 前 12.2 米为 168,后为 150 24 1600 2288 60 65 2 前 1
12、3.3 米为碎石土，后为板岩 152 18 1200 1664 71 72.5 3 前 10.7 米为碎石土，后为板岩 前 8.4 米为 168,后为 150 12 750 1040 71 69 4 碎石土 153 24 1600 2288 60 64 5 前 13 米为碎石土，后为板岩 151 12 750 1040 71 73 6 前 16 米为碎石土，后为板岩 152 18 1200 1920 71 70 注：试验中 6 号锚索超规范拉至 0.923Afptk，未见破坏，其余锚索都按规范拉至 0.8Afptk，未见破坏；表中钢绞线伸长量系指基准钢绞线长度反映到大千斤顶上的值。 3.3.4
13、 其他处治措施 由于场区分布的碎石土、亚粘土（粉质粘土）抗剪性能较差，加之位于高角度边坡之上，边坡稳定性差，对段落进行削坡和在河岸边设置挡墙，挡墙高度均大于最大洪峰线位。 根据自然坡体的特点，上坡体采用锚杆框格梁进行防护，地梁之间暴露部分为防止坡面风化、剥蚀，采用种草进行处理。 为排除地下水，提高岩土的抗剪强度，对于富水的高边坡，在坡脚及回填土处，设置仰斜排水孔，孔间距 57m，孔径 100，仰斜510，并采用特殊的透水型排水软管。 对于工程地质条件较差，有倾向于临空面的不利结构面的高边坡，其坡脚应力集中，有滑塌可能，根据推力计算，在各级设置支挡工程，工程措施既要满足坡体的整体稳定，又要满足局
14、部稳定的要求，同时要保证施工过程中的临时稳定。 4.1 施工工艺要求 4.1.1 肋柱及护壁 采用挖孔灌注桩结合护壁施工，挖掘及支撑护壁两个工序应连续作业，护壁每 1 米为一节，锁口与护壁，护壁与护壁间上、下节带弯钩的纵向钢筋搭接绑扎。施工期间应认真观测井壁变形，在岩质松软或可能滑动的层面应加密钢筋，并适当加厚护壁。 终孔并清理孔底后，吊入钢筋笼，应将其调正，准确就位；地面以上的主筋应预留一定的焊接长度接头间隔错开，在同一断面内接头钢筋面积不应超过钢筋总面积的 50%。终孔后清孔后必须干净，孔底沉淀土层厚度应满足施工规范要求。 肋柱柱身混凝土应连续浇注，不留施工缝，如必须间歇而又超过下层混凝土
15、凝结时间时，应停止浇注，以施工缝处理。柱身较高时可采取分段浇筑的方式，分段位置不得低于锚索标高以上 1.0 米，柱身连接处必须焊接主筋时，焊接长度不得小于 30cm。所有钢筋的加工、安装和质量验收等均应按照施工规范的有关规定进行。 在肋柱的施工全过程中必须对肋柱进行位移监测，加强预警预报工作，保证施工安全。 肋柱施工应隔桩进行。 4.1.2 挡土板 挡土板为预制钢筋混凝土矩形板，预制时于板两端 1/4 板长处预留吊装孔，同时作为泄水孔，孔内壁涂抹沥青，预制场设置的规模和配备应结合实际情况而定。 挡土板宜平面堆放，其堆积高度不宜超过 5 块，板块间宜用木材支垫，并应置于设计支点位置，运输过程中应
16、轻搬轻放。 挡土板安装时，应竖向起吊，二头挂有绳索，以手牵引，对准柱两侧划好的放样线，将挡土板正确就位，应防止与柱相撞，必要时，在两侧和中间设斜模支承，确保挡土板的稳定。 挡土板采取直接搭接柱身的形式，柱、板连接处的间隙用沥青麻絮填塞。挡土板之间的上下安装缝宜小于 10mm，较大时可用砂浆填塞或沥青软木板衬垫。要求板面平整，外形轮廓清晰，线条顺直，各部尺寸应符合要求。 安装挡土板时应做好防排水设施及填筑墙背填料；当土板顶面不齐时，可用砂浆或现浇小石子混凝土作顶面调整层；对于土质松软，地表水丰富地段，挡土板应老虑埋入原地面下 1.0 米左右。 4.1.2 预应力锚索 根据锚索的设计图纸，按设计要
17、求，将锚孔位置准确测放在坡面上，孔位误差不得超过5cm。 钻孔 锚索钻孔要求干钻，禁止开水钻，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。为清除钻孔及孔壁上附着的粉尘、泥屑，钻孔完成后必须使用高压空气（风压 0.20.4pa）将孔中岩粉及水全部清除出孔外，以免降低水泥砂浆与孔壁岩体的粘结强度，保证孔内干燥和孔壁的干净粗糙；钻孔完成并清洗干净后，应对孔口进行暂时封堵，不得使碎屑、杂物进入孔口。 锚孔下倾与水平夹角为 15，允许误差1，为确保锚孔深度，实际钻孔深度不小于设计长度且不大于设计长度的 1，当有不可排出的松散物时，应考虑松散物所占据孔的深度。 钻进过程中应对每个孔
18、的地层变化，钻进状态（钻压、钻速） ，地下水及一些特殊情况作现场记录，如遇地层松散，破碎时，应采用跟套管钻进技术，以使钻孔完整不坍。如有地下水从孔口溢出时，应采用固结注浆，以免锚固段注浆体流失或强度降低；如遇坍孔，应立即停钻，进行固壁灌浆处理（灌浆压力 0.10.2Mpa） ，待水泥砂浆初凝后，重新扫孔钻进。 钻孔的精度应满足以下要要求： a.钻孔的孔径不小于设计要求； b.锚索钻孔在任何一个方向上的入口误差不得大于 2.5; c.钻孔在钻进长度方向上的孔斜偏差不宜大于钻孔长度的 1/30; d.钻孔水平方向的误差不应大于 50mm，垂直方向的误差不应大于100mm。 此边坡表层岩体破碎，锚孔倾角较小，坡体又很陡峻，建议采用潜孔冲击钻或旋转钻钻进，同时须备带套管。 压水实验： 为了保证在锚索注浆时注浆不从孔内的的裂缝中流失，就要对钻孔的渗漏情况进行确定，为此，在第一次成孔后和锚索推送前，应对钻孔进行压水实验。压水实验的水压力一般不大于 0.3Mpa。 进行压水实验时应按岩层的不同特性划分实验段，实验段长度宜510m; 实验的起始压力、最大压力和压力级数按需要和现场情况确定；
