錨桿在邊坡加固中的施工技術(shù)

（昆明理工大學 建筑工程學院，云南 昆明 650500）

我國地形地貌多變、地質(zhì)狀況復雜，尤其西部地區(qū)多為山區(qū)地帶。隨著我國山區(qū)高速公路工程建設(shè)的大力發(fā)展，錨桿作為一種重要的邊坡錨固技術(shù)，在邊坡加固中的應(yīng)用越來越普遍。錨桿加固具有主動受力的作用，通過錨固段提供錨拉力，通過自由段實現(xiàn)預(yù)加應(yīng)力，使用錨固技術(shù)可以大大改善巖土體的應(yīng)力狀態(tài)，提高巖土體的整體性、承載力及穩(wěn)定性。合理的錨固位置和錨固角在很大程度上決定了邊坡的穩(wěn)定性，錨桿的施工質(zhì)量也直接影響了錨桿的加固效果。

1 施工前的設(shè)計

1.1 錨桿在邊坡中的支護機理

錨桿是邊坡的一種有效加固措施，巖體的變形和破壞一般與巖體內(nèi)部的應(yīng)力有關(guān)，而錨桿加固可對巖體施加圍壓，從而改變巖體的應(yīng)力狀態(tài)，提高巖體的力學參數(shù)。錨桿的支護作用主要有：①增韌止裂機理：對卸荷裂隙提供橋聯(lián)作用，阻止或延緩巖體張裂擴展，從而改善邊坡巖體的變形與強度性質(zhì)；②銷釘作用：錨桿在加固軟弱的結(jié)構(gòu)面時，通過錨桿自身的抗剪能力來阻止結(jié)構(gòu)面的相對滑動，進而提高結(jié)構(gòu)面的抗剪強度和粘結(jié)力；③剪脹效應(yīng)機理：錨桿貫穿巖體中的不連續(xù)面而產(chǎn)生附加的法向應(yīng)力，并通過摩擦效應(yīng)提供附加的抗剪強度。

1.2 錨固位置的確定

最佳的錨固位置與坡體滑移類型有關(guān)。當為推移式滑坡時，最佳的錨固位置位于邊坡的上部；當為牽引式滑坡時，最佳的錨固位置位于坡體的下部。因此需要研究邊坡的應(yīng)力場和位移場來確定滑坡體的滑移類型，從而確定相應(yīng)的錨固位置。同時，錨桿的布置也是根據(jù)邊坡的應(yīng)力場和位移場來確定的。

傳統(tǒng)的用于邊坡穩(wěn)定性分析的方法是彈塑性強度折減法，但只能計算出邊坡的彈性變形參數(shù)而無法反應(yīng)巖土體屈服前的非線性變形情況，所以在基于Duncan-chang非線性本構(gòu)模型的基礎(chǔ)上，提出了變模量彈塑性強度折減法，通過數(shù)值分析來獲得邊坡的應(yīng)力場，位移場和安全系數(shù)，這為邊坡的加固處理提供了較好的指導意義。

1.3 錨固角的確定

錨固角是錨桿與水平面的夾角。設(shè)計錨固角時應(yīng)考慮既能有效發(fā)揮錨桿的加固作用，又不使錨桿過長而造成施工困難。錨固角一般限定在0°～45°內(nèi)，錨固角的增大可大大減小剪切位移。

圖1 確定最優(yōu)錨固角的示意圖

為確定最優(yōu)錨固角，建立如圖1所示的邊坡，坡面傾角為α，滑動面傾角為β。A為坡面上的某一錨固點，坡面至滑動面的垂直距離為|AB|，最佳的錨桿方向必然在AB到AD之間，假設(shè)AC為最佳的錨桿方向，且與水平面的夾角為θ，滑動面與AC的夾角為γ。

假設(shè)p為錨桿的軸向總承載力，根據(jù)力的矢量分解，可得到錨桿提供的抗滑力T為

式中φ——巖體的內(nèi)摩擦角。

根據(jù)幾何關(guān)系，最終可以得到錨桿的單位長度抗滑力q

對式(2)求導，可得到錨桿的最優(yōu)錨固角

2 錨桿施工

錨桿施工質(zhì)量直接影響錨桿的加固效果。錨桿施工主要包括錨桿鉆孔、錨桿注漿、錨桿張拉。

2.1 錨桿鉆孔

在不同的邊坡土層中，選用的鉆機也不同。在粘性土層中，最適合的鉆機是帶螺旋鉆桿和十字鉆頭的回轉(zhuǎn)鉆機；在松散土和軟弱巖層中，最適合的鉆機是帶球形合金鉆頭的螺旋鉆機；在堅硬巖層中，如果鉆孔直徑較小，宜使用通過空氣沖洗的沖擊鉆機，若鉆孔直徑較大，宜使用以水作沖洗介質(zhì)并帶有金剛石鉆頭和潛孔沖擊器的旋轉(zhuǎn)鉆頭。鉆孔的設(shè)計施工應(yīng)滿足CECS22-1990《土層錨桿設(shè)計與施工規(guī)范》的規(guī)定。

鉆機的沖洗方法直接影響了鉆孔的速度和質(zhì)量。沖擊鉆機和旋轉(zhuǎn)鉆頭最常用的沖洗方法是氣洗法。而旋轉(zhuǎn)式取芯鉆機和套管護壁鉆孔最好采用水洗法，但在粘性土、泥灰?guī)r層中鉆孔時，水洗法會降低這類土層的力學性能，從而影響錨固體與周圍巖土體之間的粘結(jié)強度，所以采用水洗法時需慎重。

2.2 錨桿注漿

注漿質(zhì)量的好壞直接影響錨桿的承載能力。注漿材料有水泥漿材、化學漿材、纖維漿材等類型。但灌注錨桿孔最常用的是水泥漿或水泥砂漿，灌注后硬化形成堅實的灌漿體，將錨桿與周圍地層錨固在一起，提高了錨桿的承載力和周圍地層的強度和力學指標。水泥漿的水灰比和注漿方法決定著灌漿體與周圍巖土體的粘結(jié)強度。

在水泥漿中，過量的水會降低漿液硬化后的強度并產(chǎn)生較大的收縮，從而影響耐久性。大量的工程實踐證明，灌注錨桿的水泥漿最佳的水灰比為0.4～0.5，這種水灰比的漿液具有一定的流動度，容易滲入小形開口和孔隙中，硬化后有足夠的強度和防水性。

錨桿的注漿壓力通常不超過4MPa。很多的試驗研究表明，當注漿壓力超過4MPa時，錨桿承載力的增加非常有限。

2.3 錨桿張拉

錨桿張拉就是通過張拉設(shè)備和錨具對錨桿預(yù)應(yīng)力筋施加預(yù)應(yīng)力，以達到加固錨固結(jié)構(gòu)的目的。錨桿張拉設(shè)備包括液壓油泵、千斤頂、高壓油管和油壓表，有時還包括測定壓力的壓力傳感器和測定錨頭位移的百分表。錨桿張拉時一般采用張拉設(shè)備直接拉拔。張拉時可在錨固結(jié)構(gòu)或巖土層表面設(shè)置承載板，使拉力方向與錨桿軸線方向始終保持一致。

3 結(jié) 論

1）合理的選擇錨固位置和錨固角對邊坡錨固工程的設(shè)計和施工都十分重要。錨固位置的確定可根據(jù)邊坡的應(yīng)力場和位移場來確定，最優(yōu)錨固角與滑動面的傾角 和巖土體的內(nèi)摩擦角φ有關(guān)。

2）錨桿施工質(zhì)量直接影響錨桿的加固效果，在施工前應(yīng)按照有關(guān)規(guī)定制定好施工計劃。

[參考文獻]

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