錨桿在邊坡加固中的施工技術

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

1 施工前的設計

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部的應力有關，而錨桿加固可對巖體施加圍壓，從而改變巖體的應力狀態，提高巖體的力學參數。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；②銷釘作用：錨桿在加固軟弱的結構面時，通過錨桿自身的抗剪能力來阻止結構面的相對滑動，進而提高結構面的抗剪強度和粘結力；③剪脹效應機理：錨桿貫穿巖體中的不連續面而產生附加的法向應力，并通過摩擦效應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。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力場和位移場來確定滑坡體的滑移類型，從而確定相應的錨固位置。同時，錨桿的布置也是根據邊坡的應力場和位移場來確定的。

傳統的用于邊坡穩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而無法反應巖土體屈服前的非線性變形情況，所以在基于Duncan-chang非線性本構模型的基礎上，提出了變模量彈塑性強度折減法，通過數值分析來獲得邊坡的應力場，位移場和安全系數，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。設計錨固角時應考慮既能有效發揮錨桿的加固作用，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，錨固角的增大可大大減小剪切位移。

圖1 確定最優錨固角的示意圖

為確定最優錨固角，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p為錨桿的軸向總承載力，根據力的矢量分解，可得到錨桿提供的抗滑力T為

式中φ——巖體的內摩擦角。

根據幾何關系，最終可以得到錨桿的單位長度抗滑力q

對式(2)求導，可得到錨桿的最優錨固角

2 錨桿施工

錨桿施工質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并帶有金剛石鉆頭和潛孔沖擊器的旋轉鉆頭。鉆孔的設計施工應滿足CECS22-1990《土層錨桿設計與施工規范》的規定。

鉆機的沖洗方法直接影響了鉆孔的速度和質量。沖擊鉆機和旋轉鉆頭最常用的沖洗方法是氣洗法。而旋轉式取芯鉆機和套管護壁鉆孔最好采用水洗法，但在粘性土、泥灰巖層中鉆孔時，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強度，所以采用水洗法時需慎重。

2.2 錨桿注漿

注漿質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強度。

在水泥漿中，過量的水會降低漿液硬化后的強度并產生較大的收縮，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備和錨具對錨桿預應力筋施加預應力，以達到加固錨固結構的目的。錨桿張拉設備包括液壓油泵、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備直接拉拔。張拉時可在錨固結構或巖土層表面設置承載板，使拉力方向與錨桿軸線方向始終保持一致。

3 結 論

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

2）錨桿施工質量直接影響錨桿的加固效果，在施工前應按照有關規定制定好施工計劃。

[參考文獻]

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