巖土工程邊坡治理的巖土錨固技術(shù)研究

白俊本

（中冶地勘巖土工程有限責(zé)任公司，河北 三河 065201）

近年來，在巖土工程領(lǐng)域中，巖土錨固為重要分支，巖土錨固的主要技術(shù)措施是錨噴支護(hù)，能在對巖土體進(jìn)行整治或改造過程中，對巖土體自身穩(wěn)定性進(jìn)行有效控制，同時，還能使巖土體具有一定服務(wù)功能。隨著我國工程建設(shè)日益發(fā)展，作為重要支護(hù)技術(shù)類型的巖土錨固，同樣得到了很快的發(fā)展，在很多工程領(lǐng)域都得到了應(yīng)用，收獲了良好的效果。

1 錨固技術(shù)概述

1.1 作用機(jī)理

錨固技術(shù)是指借助錨桿或錨索和巖體之間密貼形成一定摩阻力，用于阻擋巖塊不斷向下滑動，借助錨桿或錨索使軟弱的結(jié)構(gòu)面被切割成若干板狀巖體，進(jìn)而形成穩(wěn)定且安全的結(jié)合體。

錨固原理為由設(shè)置錨桿后地層產(chǎn)生的抗剪強(qiáng)度對結(jié)構(gòu)物自身拉力進(jìn)行傳遞，同時，也能保證地層開挖面始終處于穩(wěn)定狀態(tài)。

通過對錨固技術(shù)的合理應(yīng)用，能使邊坡保持穩(wěn)定，主要體現(xiàn)在下列兩個方面：其一，通過對錨桿及錨索的設(shè)置，能有效減小下滑力；其二，通過對錨桿及錨索的設(shè)置，能使?jié)撛诨瑒用娈a(chǎn)生一定法向力，增加滑動摩阻力。在巖土體中按照一定密度與長度設(shè)置錨桿或錨索后，在與土體的協(xié)同作用情況下，能有效彌補(bǔ)強(qiáng)度不足。在錨桿或錨索形成復(fù)合體后，能主動制約和避免巖土體發(fā)生破壞，除了能彌補(bǔ)巖土體自身抗拉與抗剪強(qiáng)度相對較低的問題，還能增加巖土體自身剛度，并且能充分發(fā)揮出巖土體強(qiáng)度，使邊坡變形及破壞均得到有效的改變，進(jìn)而從整體上增加巖土體的穩(wěn)定性。

1.2 錨固力

針對錨固力，在相關(guān)技術(shù)規(guī)范中，將其定義成錨桿和地層之間的約束力，地層受錨桿的力可分成兩個方向，即徑向與切向，其中，徑向的錨固力主要包括托錨力與黏錨力。對于托錨力，是指托板產(chǎn)生的擠壓力，其大小主要由預(yù)應(yīng)力與錨桿實際工作狀態(tài)決定，在對錨桿進(jìn)行拉拔試驗的過程中，其最大拉拔力即為最大托錨力。而黏錨力是指地層深、淺處存在變形差異，采用黏結(jié)劑后產(chǎn)生的黏結(jié)力，屬于剪切作用力范疇，在反作用力為錨桿軸力。針對抗拔力，錨桿作為一種受拉桿件，它可以承受的拉力，主要由以下兩個方面決定：其一，預(yù)應(yīng)力筋自身截面積與抗拉強(qiáng)度；其二，錨固體自身抗拔力。因抗拔力在之前很難準(zhǔn)確得出，因為它和錨固體的傳力方式、幾何形狀，以及與周邊地層之間的黏結(jié)摩擦力和上覆層實際厚度等都有一定關(guān)系，所以抗拔力會對錨桿自身承載力造成很大的影響，是設(shè)計與施工中必須充分考慮的因素。

1.3 錨固主要作用形式

完成錨固施工后，巖土體完成塑性變形以后，錨桿作用將顯著增強(qiáng)，實現(xiàn)對巖土體自身變形及破壞的有效改善。錨固中，錨桿或錨索主要發(fā)揮以下四個方面的作用：第一，能對巖土體進(jìn)行約束，使其形成整體；第二，抵抗外部荷載，并承擔(dān)巖土體自身重量與產(chǎn)生的應(yīng)力。如果巖土體開裂，則錨桿或錨索將發(fā)揮出明顯的分擔(dān)作用，產(chǎn)生復(fù)合應(yīng)力，使膠結(jié)材料發(fā)生碎裂。另外，錨索的屈服還能延緩巖土體變形，防止巖土體在相對較短的時間內(nèi)產(chǎn)生整體破壞，引起大規(guī)模滑坡災(zāi)害；第三，在相同荷載條件下發(fā)生應(yīng)力傳遞和擴(kuò)散，相比之下，錨固巖土體自身應(yīng)變水平較低，能有效延緩開裂的產(chǎn)生與發(fā)展；第四，能對坡面發(fā)生的變形予以有效約束。通過鋼筋網(wǎng)的布設(shè)與混凝土噴射，能起到良好保護(hù)作用，使巖土體保持穩(wěn)定，提高強(qiáng)度，避免被水流嚴(yán)重沖刷，同時還能遏制風(fēng)化，發(fā)揮出良好的約束作用效果。

1.4 預(yù)應(yīng)力錨固

預(yù)應(yīng)力錨固是指采用特殊技術(shù)手段使鋼絞線變?yōu)槭冀K處在高應(yīng)力狀態(tài)的受拉結(jié)構(gòu)，把穩(wěn)定的巖層和滑動的巖土層相串聯(lián)，增強(qiáng)巖土層自身抗滑力與抗傾覆能力，確保邊坡保持穩(wěn)定。這項技術(shù)不僅安全可靠，而且成本較低，工期不長，在很多工程領(lǐng)域得到了應(yīng)用。通過對錨索自身受力過程的深入研究，能為施工提供合理化指導(dǎo)，這對提高這項技術(shù)的理論與實際操作水平有重要作用和意義。對于預(yù)應(yīng)力錨索，它主要由三個部分組成，分別為內(nèi)外錨頭與錨索體。其中，內(nèi)錨頭處在穩(wěn)定巖體中，利用水泥砂漿和巖體之間相連，由此產(chǎn)生錨固力；錨索體通常采用鋼絞線制成；外錨頭采用錨具與夾具兩部分組成，設(shè)置外錨頭后，能為巖體施加一定預(yù)應(yīng)力。

2 巖土錨固技術(shù)應(yīng)用

邊坡治理工程中，巖土錨固可以將滑動體錨固于處在穩(wěn)定狀態(tài)的巖體上，提高滑動體和處在穩(wěn)定狀態(tài)下巖體之間的摩阻力，作用效果十分顯著。邊坡防護(hù)工程中，大多采用圬工，缺點(diǎn)很多，比如，成型后結(jié)構(gòu)強(qiáng)度并不高，而且僅僅可以作用在坡面上，在地質(zhì)缺陷較發(fā)育的地區(qū)，該方法的防護(hù)效果很一般。而通過對錨固技術(shù)的應(yīng)用，如錨桿結(jié)合掛網(wǎng)噴漿技術(shù)，則能大幅提高巖土體整體強(qiáng)度，使邊坡保持穩(wěn)定。

在支擋工程中，因石料的來源比較豐富，而且施工工藝相對簡單、造價較低，所以大多采用重力擋墻的方法。然而，由于重力擋墻主要由自身重力起到支撐作用，所以必須有足夠的體積，否則，無法滿足實際要求。對此，在地質(zhì)與地形地勢相對較差的情況下，采用重力擋墻難以發(fā)揮應(yīng)有的效果，和周圍環(huán)境無法良好的適應(yīng)。而如果采用以錨固技術(shù)為核心的擋墻，如錨桿擋墻、錨定板擋墻等，則能有效處理以上實際問題。采用錨固技術(shù)的擋墻，其不僅結(jié)構(gòu)簡單、輕便，而且具有很高的穩(wěn)定性，對地基承載力沒有很高的要求。

錨固效果會受到以下幾個方面因素的影響：

巖體的類型與結(jié)構(gòu)，預(yù)應(yīng)力損失產(chǎn)生原因以巖體蠕變?yōu)橹鳎瑢τ诓煌瑤r體類型，其預(yù)應(yīng)力損失嚴(yán)重程度也不同，當(dāng)巖體較為完整而且堅硬時，其預(yù)應(yīng)力損失相對較小，而當(dāng)巖體較為軟弱時，預(yù)應(yīng)力損失相對較大，變形不會減小或減小得很慢。

錨固的時機(jī)在一定程度上直接影響錨固效果。對于錨固時機(jī)，主要指的是在完成對邊坡的開挖施工后，和錨固施工之間的時間間隔。考慮到邊坡工程大多采取分步的方法，錨固過程也要伴隨開挖。開挖時，巖體自身應(yīng)力狀態(tài)將被破壞，不僅產(chǎn)生臨空面，而且還會發(fā)生一定的卸荷松動現(xiàn)象。對于不穩(wěn)定的巖體，在此時很有可能發(fā)生滑動，當(dāng)巖體發(fā)生滑動時，將產(chǎn)生一定滑動能。此時，錨固力為了克服這一滑動能必須得到相應(yīng)的增加。可見，確定適宜的錨固時機(jī)十分重要，決定了最終的錨固效果。

對外錨段進(jìn)行的封孔灌漿施工會對預(yù)應(yīng)力造成一定影響。對外錨段進(jìn)行封孔灌漿施工時，因水泥發(fā)生水化反應(yīng)會放出一定熱量，這些熱量會使鋼索產(chǎn)生膨脹，致使預(yù)應(yīng)力明顯減小，對于3000kN的錨索，其預(yù)應(yīng)力損失在33.7～48.8kN范圍內(nèi)；而對于1000kN的錨索，其預(yù)應(yīng)力損失在15.6～27.6kN范圍內(nèi)。由此可見，預(yù)應(yīng)力損失和錨索的等級存在一定關(guān)聯(lián)。另外，還和巖體自身裂隙率存在一定關(guān)聯(lián)，如果巖體中的裂隙較大，則灌漿后能使巖體的裂隙被填充，促使巖體產(chǎn)生一定程度的膨脹變形，使預(yù)應(yīng)力增加。

惡劣的環(huán)境也會對預(yù)應(yīng)力造成一定影響，比如，溫度變化和降雨都會影響實際的錨固效果。其中，溫度變化會使巖體溫度產(chǎn)生變化，對錨固力造成影響，在氣溫相對較高的情況下，會使預(yù)應(yīng)力明顯增加，而氣溫較低時，則會使預(yù)應(yīng)力明顯減小。降雨因素對錨固效果造成的影響體現(xiàn)為錨固力不同程度的增加，這是因為巖體中裂隙如果被水充填會產(chǎn)生膨脹，使錨索處于拉伸的狀態(tài)，進(jìn)而使預(yù)應(yīng)力增加。

3 結(jié)語

綜上所述，在工程建設(shè)不斷發(fā)展的局勢下，巖體邊坡數(shù)量越來越多，邊坡穩(wěn)定性和綜合治理引起了社會的廣泛關(guān)注。通過對錨固技術(shù)的合理應(yīng)用，能有效提高巖土強(qiáng)度與穩(wěn)定性，減小結(jié)構(gòu)自身重量，減少工程材料的投入，表現(xiàn)出良好的經(jīng)濟(jì)效益與社會效益。