關(guān)于巖土錨固技術(shù)在公路邊坡治理中應(yīng)用的研究

張明

（湖南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局407隊(duì) 湖南懷化 418000）

關(guān)于巖土錨固技術(shù)在公路邊坡治理中應(yīng)用的研究

張明

（湖南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局407隊(duì) 湖南懷化 418000）

巖土錨固技術(shù)以錨噴支護(hù)為基礎(chǔ)，在巖土體改造工程的應(yīng)用中，巖土錨固技術(shù)主要依靠錨桿、鋼筋網(wǎng)、混凝土上層的共同作用來(lái)提高巖土結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度，以此增強(qiáng)邊坡穩(wěn)定性。對(duì)此，本文首先介紹了巖土錨固的原理和作用形式，然后根據(jù)實(shí)例詳細(xì)探究了巖土錨固技術(shù)在公路邊坡治理中的應(yīng)用。

巖土錨固技術(shù)；公路邊坡治理；應(yīng)用

1 引言

工程建設(shè)領(lǐng)域的快速發(fā)展和巖土錨固技術(shù)的進(jìn)步有效推動(dòng)了巖土錨固技術(shù)在鐵路隧道、巖土邊坡、基坑支擋、壩基穩(wěn)定等領(lǐng)域的具體應(yīng)用，實(shí)踐證明，巖土錨固技術(shù)在公路邊坡治理中應(yīng)用效果顯著。

2 巖土錨固技術(shù)概述

2.1 錨固的作用方式

機(jī)械錨固是借助錨桿體端部的特制構(gòu)件或者空心鋼管與巖土介質(zhì)間產(chǎn)生的摩阻力來(lái)對(duì)巖土體進(jìn)行加固?？p管式錨桿和水脹式錨桿都利用了機(jī)械錨固的原理，現(xiàn)場(chǎng)安裝過(guò)程如下：首先，將這種特制部件和空心鋼管放入預(yù)鉆孔內(nèi)；然后，通過(guò)注入高壓空氣或者高壓水，使得特制部件在高壓作用下向鉆孔的外圍膨脹，形成與孔壁的緊密接觸，盡而實(shí)現(xiàn)錨固效果。

粘結(jié)錨固，即采用粘結(jié)錨桿對(duì)巖土體實(shí)行錨固，也就是通過(guò)膠結(jié)材料（水泥砂漿、樹(shù)脂錨固劑等）將錨桿或者鋼絞線與巖土體粘結(jié)起來(lái)。在粘結(jié)錨固中使用的粘結(jié)錨桿可分為全長(zhǎng)粘結(jié)錨桿、非全長(zhǎng)粘結(jié)錨桿（含有自由段的粘結(jié)錨桿）、端部粘結(jié)錨桿。其中，全長(zhǎng)粘結(jié)錨桿主要應(yīng)用于所需錨固力較大、錨固基體為土體或者破壞的軟弱圍巖；而非全長(zhǎng)粘結(jié)錨桿（含有自由段的粘結(jié)錨桿）雖然應(yīng)用范圍較廣，但只能粘結(jié)小部分巖土體，不能滿足所需錨固力的要求；端錨式錨桿，則可視為只有一個(gè)粘結(jié)錨固點(diǎn)，硬質(zhì)圍巖隧道和巷道的支護(hù)均采用該方法進(jìn)行支護(hù)和加固。

擴(kuò)張錨固體的錨桿，有底端擴(kuò)體型錨桿和多段擴(kuò)體型錨桿兩種類(lèi)型。擴(kuò)張錨固體錨桿常應(yīng)用于軟土地區(qū)的錨固工程，該錨桿是利用錨固體的抗拉強(qiáng)度大于軟土的抗拉強(qiáng)度和錨固體與軟土界面的粘結(jié)強(qiáng)度比較小且均勻的特點(diǎn)，增大錨固體與軟土界面的接觸面積，從而獲得較大的錨固力。

2.2 錨固的作用機(jī)理

錨固的主要用途就是充分發(fā)揮錨桿周?chē)鷰r土介質(zhì)的自穩(wěn)和自承能力，借助結(jié)構(gòu)物有效的傳遞外部荷載，從而控制有害變形的擴(kuò)展，保證結(jié)構(gòu)物或開(kāi)挖而的穩(wěn)定性。然而，這些作用的實(shí)現(xiàn)，離不開(kāi)錨固作用機(jī)理的支撐，現(xiàn)有的錨固作用機(jī)理概括為：①懸吊理論。該理論體現(xiàn)在兩個(gè)方面。一方面是利用錨桿、錨索等錨固措施將松動(dòng)區(qū)的巖塊懸吊在穩(wěn)定巖層上，防止破碎巖塊的脫落；另一方面，錨桿也可以將節(jié)理發(fā)育堅(jiān)硬巖石區(qū)的巖塊拖住，阻止裂隙進(jìn)一步擴(kuò)展。②支撐理論。該理論的基本原理是通過(guò)錨桿變形向巖土體施加壓力，從而使處于二維應(yīng)力狀態(tài)下的原有巖層變?yōu)槿S應(yīng)力狀態(tài)，發(fā)揮承載環(huán)和承載拱的作用，限制和約束巖土體的變形。③組合梁理論。針對(duì)坡度較小的層狀圍巖，利用錨桿把每個(gè)巖層串聯(lián)在一起，形成組合梁結(jié)構(gòu)，增大層間摩阻力，提高圍巖的穩(wěn)定性。④增強(qiáng)理論。該理論常使用在裂隙較為發(fā)育的破碎巖土體加固中，通過(guò)施加錨桿的方式在軟弱巖土層中建立骨架，提高破碎的巖土體整體性，實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)其強(qiáng)度的效果。⑤銷(xiāo)釘理論。銷(xiāo)釘理論就是利用銷(xiāo)釘?shù)淖杌辜粜阅?，將錨桿穿過(guò)兩個(gè)相對(duì)滑動(dòng)的巖土體，這樣不僅可以增大滑動(dòng)面的法向壓力和剪切強(qiáng)度，而且還能提升滑動(dòng)面的抗剪切能力。⑥能量學(xué)理論。能量學(xué)的理論基礎(chǔ)就是能量守恒和轉(zhuǎn)化定律。錨桿和巖石作為一個(gè)整體，能夠相互作用、協(xié)同工作。當(dāng)圍巖中集聚的能量達(dá)到上限時(shí)，錨桿可以吸收掉其中的部分能量，保證圍巖的穩(wěn)定。⑦突破點(diǎn)理論。通常情況下，巖體的失穩(wěn)破壞是從一突破點(diǎn)開(kāi)始逐步擴(kuò)散形成的。而采用注漿錨桿進(jìn)行錨固支護(hù)，恰恰可以彌補(bǔ)這一劣勢(shì)，消除突破點(diǎn)及時(shí)控制圍巖變形，避免出現(xiàn)工程破壞。

2.3 錨固系統(tǒng)的破壞方式

錨固系統(tǒng)的破壞主要是組成材料的破壞，通常有四種破壞形式：①錨桿桿體頸縮破壞。該破壞在理論上是指由于錨桿所受到的拉力過(guò)大，導(dǎo)致錨桿體產(chǎn)生頸縮現(xiàn)象，最終整個(gè)錨固系統(tǒng)被破壞。然而，這種破壞形式在實(shí)際工程中卻很少出現(xiàn)，因?yàn)殄^桿在使用前經(jīng)過(guò)嚴(yán)格設(shè)計(jì)和檢測(cè)，其抗拉強(qiáng)度肯定遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于所承受的外部荷載。所以，該破壞往往是由于錨桿體受腐蝕而引起的。②巖土基體錐形破壞。這是因?yàn)楣酀{體與巖土基體接觸界面的粘結(jié)強(qiáng)度較大，而基體的抗劈裂強(qiáng)度和桿體的錨固長(zhǎng)度又相對(duì)較小，使得錨桿在受到外載荷作用時(shí)，灌漿體周?chē)幕w呈錐形破壞。③粘結(jié)破壞。該破壞主要發(fā)生在錨桿體與膠結(jié)材料界面或者膠結(jié)材料與巖土基體界面處。具體的破壞形式，取決于錨桿體、灌漿體與巖土基體這三者之間的粘結(jié)強(qiáng)度是否達(dá)到極限值。④錐體—粘結(jié)復(fù)合破壞。一部分巖土基體發(fā)生錐形破壞，一部分巖土體發(fā)生粘結(jié)破壞，膠結(jié)材料隨桿體一起從巖土基體拔出。

3 巖土錨固技術(shù)在公路邊坡治理中的應(yīng)用實(shí)例

3.1 工程概況

某公路沿線分布的地層，可以根據(jù)成因類(lèi)型及時(shí)代劃分為第四系堆積物以及前第四系基巖。本合同段前段多以粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、碳質(zhì)粉砂巖、細(xì)砂巖及部分砂礫巖的軟質(zhì)巖為主，本合同段的后段廣泛分布為花崗巖，為硬質(zhì)巖，有利于工程建設(shè)。

3.2 鉆孔施工

邊坡的平整和清理：對(duì)于坡面的淤積物、浮石進(jìn)行清理，提高坡面的平整度。根據(jù)設(shè)計(jì)樁號(hào)，采用拉線尺量，并且結(jié)合水準(zhǔn)測(cè)量進(jìn)行放線，然后使用鐵釬和油漆標(biāo)標(biāo)記錨孔位置。采用測(cè)角量鉆孔角度，鉆進(jìn)過(guò)程中禁止使用開(kāi)水沖鉆及沖洗孔壁，而且還應(yīng)該嚴(yán)格控制鉆進(jìn)速度，避免出現(xiàn)鉆孔偏斜。在鉆進(jìn)施工中，應(yīng)該做好施工記錄。在鉆進(jìn)過(guò)程中，鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)深度后，還應(yīng)該穩(wěn)鉆3～5min，并且對(duì)錨孔進(jìn)行清理。在鉆進(jìn)施工中，如果遇到塌孔，應(yīng)該立即停止，并且通知監(jiān)理工程師進(jìn)行注漿，然后再繼續(xù)鉆進(jìn)施工。鉆孔施工完成后，還應(yīng)該使用高壓空氣將孔中巖（上）粉及水全部清除出孔外，然后安裝錨筋體。

3.3 錨桿制作及安裝

預(yù)應(yīng)力錨桿為φ32的高強(qiáng)精軋螺紋鋼，對(duì)于接長(zhǎng)可以采用YCL專(zhuān)用連接器，在剪裁錨桿時(shí)，可以使用砂輪機(jī)進(jìn)行切割，確保錨桿有足夠地保護(hù)層。在安裝錨桿前，首先應(yīng)該刷漆、涂油，做好防腐措施。然后，將錨桿裝入HDPE管，套管直徑為φ40mm，值得注意的是，在HDPE管中也應(yīng)該灌入防腐油脂。沿桿體軸線方向每隔1.5m安裝一個(gè)對(duì)中器。制作完成后，首先對(duì)外觀進(jìn)行檢查，然后做好防腐處理。在錨桿安裝前，還應(yīng)該對(duì)成孔進(jìn)行檢查，然后將錨桿推送入孔內(nèi)，孔內(nèi)錨桿長(zhǎng)度誤差應(yīng)該控制在4cm以?xún)?nèi)，如圖1所示。

圖1 錨桿安裝施工圖

3.4 注漿施工

（1）錨桿注漿可以使用水泥漿或者水泥砂漿。在注漿材料的選擇方面，應(yīng)該參考設(shè)計(jì)要求和施工規(guī)范。通常情況下，水泥材料可以采用普通硅酸鹽水泥。如果地下水有腐蝕作用，則首先需要對(duì)水質(zhì)進(jìn)行化驗(yàn)，然后再確定注漿材料。

（2）水泥漿的水灰比應(yīng)該控制在0.45～0.5之間；水泥砂漿的灰砂比應(yīng)該控制在 1：0.5～1：1 之間。

（3）常壓注漿采用砂漿泵將漿液經(jīng)壓漿管輸送至孔底，然后由孔底返出孔口，當(dāng)孔口溢出漿液時(shí)，停止注漿。

（4）錨固段注漿必須確保飽滿密實(shí)。

（5）注漿管制作：當(dāng)采用一次注漿時(shí)，注漿管長(zhǎng)度比錨桿長(zhǎng)度長(zhǎng)500mm；當(dāng)采用二次注漿時(shí)，二次注漿管長(zhǎng)度應(yīng)比第一次注漿管長(zhǎng)度短500mm。

（6）注漿漿液應(yīng)該攪拌均勻并且過(guò)篩，漿液必須保證在初凝前使用完。

（7）注漿漿液硬化后，如果不能充滿錨孔，則應(yīng)該進(jìn)行補(bǔ)漿，注漿量不得小于計(jì)算量。

（8）在注漿過(guò)程中，應(yīng)該邊灌注邊拔出注漿管。管口應(yīng)該始終處于漿面以下。

（9）拔管時(shí)，應(yīng)該嚴(yán)密觀察鋼筋有無(wú)被帶出的情況。

（10）注漿完成后，將外露的鋼筋清理干凈，做好保護(hù)措施。

3.5 框格梁施工

（1）根據(jù)設(shè)計(jì)尺寸對(duì)邊坡進(jìn)行修整，開(kāi)挖出框架輪廓，然后在坡面上打短鋼筋錨釘。

（2）注漿5d后澆筑混凝土，在澆筑前，首先需要在豎肋基礎(chǔ)上鋪墊5cm厚的混凝土墊層，然后用砂漿墊塊墊起預(yù)制好的鋼筋，并且與坡面保持一定距離，然后用短鋼筋釘與坡面進(jìn)行連接。

（3）對(duì)于框架梁，應(yīng)該使用C25混凝土現(xiàn)澆，在施工現(xiàn)場(chǎng)對(duì)鋼筋質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)，確定合格后，使用定做的組合鋼模，模板表面刷脫模劑，模板底部用油氈塞縫，以防漏漿，現(xiàn)場(chǎng)檢查框架截面尺寸，確認(rèn)后澆筑混凝土并進(jìn)行振搗。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，巖土錨固技術(shù)在公路邊坡的防治防護(hù)中至關(guān)重要，并且取得了良好的應(yīng)用效果。在具體的應(yīng)用過(guò)程中，必須加強(qiáng)質(zhì)量控制，合理選用施工方案，這樣才能保證巖土錨固施工質(zhì)量。

[1]蘇日健.巖土錨固技術(shù)在公路邊坡治理中的應(yīng)用探討[J].科學(xué)之友，2011（14）：114～115.

[2]王 棣.巖土錨固技術(shù)在邊坡治理中的應(yīng)用[J].商品與質(zhì)量，2015（19）：56.

[3]孫光武，張健.邊坡治理的巖土錨固技術(shù)在巖土工程中的應(yīng)用[J].四川水泥，2015（01）：231.

U418.52

A

1004-7344（2016）10-0214-02

2016-3-18

張 明（1986-），男，助理工程師，本科，主要從事工程地質(zhì)勘察工作。