成果名称: 基于边坡安全耐久的新型锚固技术开发研究
完成单位: 广东广乐高速公路有限公司、中国铁道科学研究院
主要人员: 陈达章、刘伟、张玉芳、万军利、李健、张俊标、廖舜亭、陈长万、肖海健、任四海、罗金才、黄哲学、严东方、苏明星、宋华康、梁恩茂、魏少伟、彭兴、向润泽、李中国等
介绍:

一、课题来源与背景:截止到2015年底,我国的高速公路通车总里程达到12.5万公里,位居世界首位。其中,仅广东省高速公路通车总里程就已达到6880公里,位居全国第一。由于特殊的地形条件,广东及国内多个省市的高速公路都面临大量的高路堤、深路堑边坡锚固工程建设与维护问题,其中边坡预应力锚固系统耐久性问题尤为突出。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,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。2009年8月19日交通厅下发《2009年度广东省交通厅科技项目计划的通知》(粤交科[2009](821)),"广州至乐昌高速公路建设成套技术研究"项目被列为重大项目,项目编号:2009-01-001。2010年11月17日召开该项目专家咨询会,"基于边坡安全耐久的新型锚固技术开发研究"被列为"广乐高速公路安全耐久技术研究"耐久技术研究中子课题一。
二、技术原理及性能指标:根据边坡锚索受力特性及施工工艺标准、岩土腐蚀机理,开发新型锚固技术。
1、研究开发一种预制锚头压力型锚索,其预制锚头可以工厂化制作,提高压力性锚索局限性;
2、研究开发一种双锚固段应力锚索,有效抑制传统拉力型锚索外锚固段预应力损失问题,提高其安全耐久性能;
3、在上述两种新型锚索技术,开发基于两种结构形式的复合型锚索,同时具备预制锚头压力型锚索和双锚固段锚索优点;
4、本项目研制的三项新型锚固技术经济效益显著,和传统的锚索相比,可以节省工程造价20%以上。
三、成果的创造性、先进性:
1、国内目前还没有同类结构形式锚索技术的研究和工程应用;
2、预制锚头压力型锚索与传统的预应力锚索相比的优势。①提高了承载体的耐久性:将钢绞线、挤压套和承压板采用水泥浆现浇为整体,外裹不锈钢,其承载体有很强的承载力,耐久性好。②整体防腐效果较好:锚索周围的注浆锚固体从孔底至孔口均处于受压状态,锚固体开裂的可能性相对较少,对锚索的防腐有利。而且,预制锚头段的钢绞线具有可靠的结构保护层,有效的防止了由于施工因素带来的各种质量隐患;其他部位钢绞线采用无粘结钢绞线,其表面PE防腐层及防腐油脂有更好防腐功能,PE防腐层周围的注浆体增强防护性能。因此,这种新型锚固技术在整体防腐性能上很大的提高。③提高了锚固力:由于较传统的压力型锚索增加了沿柱型预制锚头长度的锚固力,有效地提高了单个内锚头的锚固力。
3、双锚固段预应力锚索与传统的预应力锚索相比的优势。①双反向自锁功能:锚索内、外锚固段能形成对拉效果,当外锚头失效或预应力损失时,锚索可以产生反向自锁锚固功能。②有效减少锚索预应力损失:外锚固段注浆后,当外锚固段浆体达到龄期后逐步形成了锚固力时,外锚头的荷载有一部分传递分配给外锚固段,因而缓解了外锚头结构物的长期应力集中而导致的预应力损失问题。③外锚固段注浆体具有先张法工作特性:外锚固段在锚索张拉锁定后再注浆,注浆体具先张法特性。④外锚固段防腐效果较好:一般拉力型锚索自由段一般位于地表以下一定深度,在地表水下渗、空气对流及温度综合作用下,腐蚀较快,导致锚索失效,对自由段张拉后二次注浆,解决锚索腐蚀问题,提高锚索耐久性。⑤外锚固段有足够锚固力:采取孔口扩孔方法可有效提高外锚固锚固力。
4、复合型预应力锚索与传统的预应力锚索相比的优势。复合型预应力锚索与传统的预应力锚索相比具有上述两种锚索的综合优势。总之,采用新型锚索有两大优势:一是,提高了设计锚固力,比相应的压力分散型锚索高;二是,大大提高了安全耐久性,一般的锚索无法比较,根据京珠北的经验,在煤系地层中传统锚索的设计使用寿命可能仅有十几年,新型锚索可达到永久防腐的目的。当然,由于采用新型锚索,由于锚固件材料性能好、锚固体系结构复杂、成孔难度大(往往多次成孔)、施工工艺要求高,其工程造价比一般的锚索高。
四、技术成熟程度、适用范围和安全性:在克服传统边坡锚固技术缺点基础上,通过理论分析、数值计算及室内试验、大型现场试验,开发研究三种新型锚固技术,该项技术已非常成熟。可大规模应用在铁路、公路等复杂岩土条件下边坡锚固工程中,其安全耐久性明显优于传统预应力锚固工程。
五、应该情况及存在问题:新型锚固技术在广东省内应用非常广泛,累计约20万米,实体工程约10处,竣工后运营约3~5年,效果十分明显。在省外或其他工程领域应用还比较少,应进一步推广应用,扩大规模。
六、获奖情况:《粤北山区复线高速公路安全保障支撑技术研究》获得2016年公路学会一等奖,开发研究的新型锚固技术是其重要子课题。

 

批准登记号: 粤科成登(2)字【2017】0080
登记日期: 2017-04-05
研究起止时间: 2010.06 至2015.12
所属行业: 科学研究和技术服务业
所属高新技术类别: 新材料
评价单位名称: 广东省交通运输厅
评价日期: 2016.05.12