錨桿加固原理及方法

1、全粘結(jié)型錨桿加固山區(qū)公路邊坡的原理和方法鄧長平周長壽（江西省高等級公路管理局南昌330046）摘要：全粘結(jié)型錨桿能提高邊坡巖土體的整體強(qiáng)度和剛度、抑制巖土體沉陷和加固局部不穩(wěn) 定塊體，文章從這3個方面論述其作用機(jī)理，并舉例說明其在山區(qū)高等級公路邊坡支護(hù)中的廣 泛應(yīng)用與實際效果。關(guān)鍵詞：道路工程；全粘結(jié)型錨桿；加固；作用機(jī)理；0前言伴隨著我國山區(qū)高等級公路的大量興建，經(jīng)常發(fā) 生在施工期、營運(yùn)期的公路邊坡病害成為困擾公路建 設(shè)、設(shè)計、監(jiān)理和施工單位的最棘手問題，同時也成 為巖土工程界的探討熱點。有的公路邊坡在施工期間 幾經(jīng)變更，數(shù)次削坡，反復(fù)治理，仍然不能從根本上 消除安全隱患。這種情況的出現(xiàn)至少

2、反映了兩個問 題：其一，巖土邊坡治理是一個相當(dāng)復(fù)雜的過程；其 二，巖土工程師沒有掌握足夠有效的地質(zhì)數(shù)據(jù)從而導(dǎo) 致選取的治理措施有失偏頗。1傳統(tǒng)的邊坡防治技術(shù)傳統(tǒng)的邊坡防治措施在治理工程地質(zhì)條件復(fù)雜 的山區(qū)邊坡時總會暴露或多或少的局限性。護(hù)面墻主 要適用于土質(zhì)邊坡的小型滑塌和水土流失的防治；擋 土墻對于加固高度不超過10m的人工邊坡通常十分 有效，它在地質(zhì)條件較為復(fù)雜的自然邊坡面前的作用 將大大減弱；抗滑樁僅適用于主滑方向和滑床面已知 的邊坡防護(hù)，并且要求巖土工程師準(zhǔn)確掌握滑坡體不 同部位巖土的物理力學(xué)性質(zhì)和抗剪強(qiáng)度指標(biāo)，然而原 狀巖土試樣的選取并非易事，這將嚴(yán)格制約抗滑樁的 應(yīng)用范疇?？傊?，傳

3、統(tǒng)的被動型支擋技術(shù)已經(jīng)受到越 來越多的挑戰(zhàn)。2邊坡治理新技術(shù)由于被動型的邊坡支擋技術(shù)在治理工程地質(zhì)條件相 對復(fù)雜的邊坡時常常效果不佳，因此探索和發(fā)現(xiàn)新型 的邊坡治理措施成為巖土工程師們刻不容緩的職責(zé)。 最終，掛網(wǎng)錨噴技術(shù)，預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)技術(shù)和全粘結(jié) 型錨桿技術(shù)等主動型的邊坡治理措施應(yīng)運(yùn)而生。掛網(wǎng) 錨噴技術(shù)是一種基于鐵路隧道施工“新奧法” （the New Austrian Tunelling method）原理而移植到公 路邊坡防護(hù)體系中來的，它對于加固表層風(fēng)化破碎的 硬質(zhì)巖石邊坡非常有效，觀測資料和原位試驗結(jié)果表 收稿日期：2005-03-10明它同樣可以應(yīng)用到許多軟巖質(zhì)邊坡和土質(zhì)邊坡中，

4、其有效影響深度可達(dá)到3m。預(yù)應(yīng)力錨索可以有效地 改善邊坡巖土體的力學(xué)指標(biāo)，同時利用預(yù)加應(yīng)力提高 滑動面的法向應(yīng)力，進(jìn)而提高抗滑力，改善剪應(yīng)力的 分布狀況，其最大加固深度可達(dá)30m。全粘結(jié)型錨桿 類似于預(yù)應(yīng)力錨索的工作原理，它可以抑制地表10m 范圍內(nèi)的淺層滑坡和崩塌，這種地表錨桿與砂漿共同 組成錨固體，錨固作用是通過錨桿與砂漿之間的握裹 力，砂漿與巖土體之間的摩擦力來實現(xiàn)的，這可以從 加固時的施工過程和施工完成后砂漿與錨桿共同發(fā) 揮作用兩個階段來認(rèn)識，前者的主要功能在于提高巖 土體的整體強(qiáng)度和剛度（c，值），后者在于增強(qiáng)巖土體的摩擦阻力和抑制巖土體的沉陷滑移1。3全粘結(jié)型錨桿加固邊坡的作用機(jī)

5、理分析3.1提高巖土體整體強(qiáng)度和剛度的作用機(jī)理與 量化分析首先往錨桿孔中灌注砂漿，砂漿壓力使部分漿液 以一定的擴(kuò)散半徑順著巖土體節(jié)理裂隙或孔隙滲透 擴(kuò)散，布置合理的錨桿孔距將使注漿擴(kuò)散范圍相互重 疊，形成網(wǎng)狀膠結(jié)體，從而大大提高巖土體的強(qiáng)度和 剛度，即巖土體的抗壓強(qiáng)度，內(nèi)摩擦角，凝聚力有較 大的提高，錨桿布置間距應(yīng)保證在注漿擴(kuò)散半徑范圍 的兩倍之內(nèi)，從而確保理想的加固效果。錨桿平面布 置如圖1所示：（6）注漿k 1為錨固孔與周圍巖土體的剪移剛度系數(shù)k =弓），故錨桿上任意點的位移為：1 Gru =也住一 ru ,r 4G0 0 J r比較項p)T (MPc)比較小-hn nfrLy MPUyf

6、A O AW ()RL1MPU) Q2l MPUyf 1 匚c加固前0.34A A O 32_d2.3 QC1.59 m加固后 增加量0.43 26.50%53.466.90%Li. U13.00%3.93147%表1錨桿加固前后巖土力學(xué)指標(biāo)變化施工過程中可以采用全粘結(jié)型錨桿加鋼筋砼框格架（如圖3）的方法。具體的作法是：甲25錨桿圖1巖土加固前后的凝聚力分別為C0, C，內(nèi)摩擦 角分別為中0,七，單軸抗壓強(qiáng)度分別為R0, Rbi, 并令。，分別表示等效凝聚力和單軸抗壓強(qiáng)度的 增大系數(shù)，即c - a c , R = a R（1）i 1 0 bi 2 b 0根據(jù)理論分析和試驗結(jié)果的回歸分析，】、a

7、2可按 下式計算：a = 1 + 2 e - fn3 門4 4 + 門 2 門 2 EE ） TOC o 1-5 h z 112 12a =（1+2e-fn4）+”n2n + （n -n ）2& -1）J（3）241 2212其中1 =卡，2 = D， 3 = B， 4 = t，iiti& 1 = R，2 =普，f為巖土類別，dw為錨桿直徑，為有效錨固長度（現(xiàn)場測試結(jié)果i.=（0.60.8）， Ri為錨桿抗拉強(qiáng)度，Rc為水泥砂漿抗壓強(qiáng)度，Bt為 地表最大容許沉陷寬度:ht為最大容許沉陷深度:等 TOC o 1-5 h z 效內(nèi)摩擦角和等效抗剪強(qiáng)度則為、中 = 2arctg 頊 一 45。，（4

8、）T = R b tg 中 + c (5)3.2抑制巖土體沉陷的作用機(jī)理全粘結(jié)型錨桿通過砂漿對錨桿的剪力傳遞而使 錨桿處于受拉狀態(tài)，對一般軟巖可以認(rèn)為錨桿與圍巖 具有相同位移從而略去它們之間相對變形。錨桿軸力 沿全長并非均布的，錨桿中存在一中性點，該點剪應(yīng) 力為零，兩端錨桿受有不同方向的剪力，中性點上錨 桿拉應(yīng)力（軸力）最大，在兩端點處為零。通常認(rèn)為 錨桿應(yīng)變與位移w（尤,y）沿y方向的變化梯度成正比e = k 8w （x，y）18 y其中Ra為塑性區(qū)半徑，U0為錨固前邊坡面位移值， r0為單孔砂漿擴(kuò)散半徑，r為垂直坡面進(jìn)入巖土體的 錨桿長度。3.3加固不穩(wěn)定塊體利用錨桿的抗剪作用阻止局部不穩(wěn)

9、定塊體的滑 落，錨桿作用形成開挖面的受力環(huán)區(qū)并將開挖面的高 應(yīng)力延伸到邊坡面深處，改善“巖石-混凝土結(jié)構(gòu)體 系”的承重效果，起到鎖定巖石共同受力的作用。錨 桿的這種作用效果類似于懸臂梁結(jié)構(gòu)，但它的發(fā)揮程 度與不穩(wěn)定塊體的動力勢密切相關(guān)。單位體積的孤立 塊體密度大，質(zhì)量大，向下滑落的潛在勢能就大，錨 桿的抗剪功能無疑就會得到削弱，充分利用它的抗剪 功能依賴于錨桿的表面分布，由于邊坡面的錨桿排布 形式與間距是一定的，這在某種意義上抑制了抗剪作 用的完全發(fā)揮。4 應(yīng)用實例|4 應(yīng)用大例江西省泰贛高速公路C7標(biāo)K236+830-K237+020 左側(cè)路塹邊坡表層為殘坡積亞粘土，厚.0m-6.0m，下

10、部為黃褐色、青灰色的千枚狀板巖，巖層傾向與坡向 基本一致。巖體破碎，節(jié)理裂隙比較發(fā)育，巖性軟弱， 抗風(fēng)化能力差，自穩(wěn)能力相當(dāng)差，邊開挖邊掉塊。設(shè) 計文件的錨索施工已經(jīng)完成90%，只剩下第一級的部 分錨索未施工，此時在第三級坡面以上發(fā)現(xiàn)多處裂縫 及局部坍塌，業(yè)主、設(shè)計、施工和監(jiān)理四方共同討論 決定拆除第一級錨索，保留第二和第三兩級錨索，對 第三級錨索以上山體削方減載并采用直徑25mm，間 距2.0m的錨桿進(jìn)行加固。典型錨桿的剖面結(jié)構(gòu)如圖 2所示：圖2取R =210Mpa，C30砂漿，錨孔直徑0.11m，錨 桿長度l =9m，R =30Mpa，將這些數(shù)據(jù)代入以上公式 得全粘結(jié)型錨桿加固邊坡前后的力學(xué)參數(shù)比較如表1 所示，巖土體的抗剪強(qiáng)度顯著提高，增加近1.5倍。圖31、按照設(shè)計坡率開挖坡面，注重邊坡清理與修 整；2、采用風(fēng)鉆或鉆機(jī)無水鉆孔，清孔；3、設(shè)置錨 桿并加壓(0.4MPa)注漿，必須保證錨桿嵌入巖面以下 至少5m，各級防護(hù)中的錨桿A與B為兩種不同桿長 交替設(shè)置；4、在砂漿充分凝固后扎網(wǎng)，現(xiàn)澆鋼筋砼 框格，錨桿端部彎托并與縱橫梁骨架筋間逐點綁扎； 5、在框格內(nèi)培土植草。當(dāng)路塹為可植草土質(zhì)時，采 用挖槽澆注框格，坡面直接噴播草籽的辦法。5結(jié)語經(jīng)過一年的通車營運(yùn)表明，用全粘結(jié)型錨桿治理 的公路邊坡的穩(wěn)定性非常好，