錨桿在巖土邊坡錨固工程中的應(yīng)用

　　摘要：本文介紹了錨桿在巖土邊坡錨固工程中邊坡使用錨固技術(shù)的力學(xué)特征、邊坡錨桿的施工工藝、錨桿的質(zhì)量要求、施工錨桿需要避免的問題。

　　關(guān)鍵詞：錨桿，邊坡，力學(xué)特性，施工工藝，質(zhì)量要求

　　巖土錨固工程技術(shù)起源于美國(guó)，自1911年美國(guó)首先用巖土錨桿支護(hù)礦井巷道開始巖土錨固工程技術(shù)的研究與應(yīng)用。鑒于該項(xiàng)技術(shù)在工程中有效地解決了工程難題，發(fā)展到今天，在許多國(guó)家中推廣應(yīng)用。目前國(guó)外各類巖土錨桿多達(dá)600多種。我國(guó)是從50年代后期將此技術(shù)應(yīng)用于礦山、鐵路、隧道和地下工程中，采用普通粘結(jié)型錨桿和噴射混凝土結(jié)合的噴錨支護(hù)。但此項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用于許多大型建筑的地下深基坑工程，水電站邊坡、大壩加固工程，特別是世人矚目的三峽水利工程的永久船閘高邊坡加固工程更是舉世無雙。近年來巖土錨固工程技術(shù)在公路中的應(yīng)用范圍也不斷擴(kuò)大。用于京沈高速公路寶山段高邊坡錨固工程、京珠高速公路的高邊坡錨固工程及隧道工程、湖南懷新高速公路、湖南衡炎高速公路高邊坡護(hù)坡工程等。根據(jù)實(shí)例情況，將施工應(yīng)用總結(jié)后供大家參考。

　　1.邊坡使用錨固技術(shù)的力學(xué)特征

　　巖土錨固工程技術(shù)就是依靠錨桿周圍巖土層的抗剪強(qiáng)度傳遞土體的拉力或保持路基土層開挖層面的穩(wěn)定與安全。從力學(xué)角度看，錨桿是可抵抗傾倒、阻止巖層剪切破壞、抵抗山體豎向位移和水平位移、控制邊坡巖體的變形和坍落、消除差異變形沉降的加固路基邊坡的技術(shù)。

　　巖土錨固工程技術(shù)簡(jiǎn)而言之就是一種將受拉桿件埋入巖土層，對(duì)路基邊坡等進(jìn)行加固的技術(shù)。其功能為：提供作用于巖土層上以承受外部荷載的抗力、對(duì)錨固層產(chǎn)生壓應(yīng)力區(qū)，對(duì)巖土層起到加筋作用、加強(qiáng)巖土層整體強(qiáng)度。通過錨桿使防護(hù)與巖土層連在一起，形成一種共同承擔(dān)主動(dòng)土壓力的復(fù)合結(jié)構(gòu)，使巖土承受拉力和剪力的能力增強(qiáng)。

　　2.邊坡錨桿的施工工藝

　　2．1錨桿施工前的準(zhǔn)備

　�。�1）當(dāng)開挖不能放坡時(shí)，可采用錨桿支護(hù)。

　�。�2）錨桿施工前，確定防護(hù)所承受的荷載、錨桿的布置、錨桿承受能力、錨桿穩(wěn)定性、錨固段長(zhǎng)度、直徑和落桿直徑等。

　　2．1．1 材料

　　（1）錨桿長(zhǎng)度小于20m時(shí)，采用Ⅱ級(jí)或Ⅲ級(jí)鋼筋。

　　（2）水泥漿體材料：水泥為普通硅酸鹽水泥，必要時(shí)可采用抗硫酸鹽水泥，不得使用高鋁水泥。細(xì)骨料應(yīng)選用粒徑小于2mm的中細(xì)砂。采用符合要求的水質(zhì)，不得使用污水，不得使用PH值小于4的酸性水。

　�。�3） 隔離架由鋼、塑料或其它桿體無害的材料制作，不得使用木質(zhì)隔離架。

　�。�4） 防腐材料：在錨桿服務(wù)年限內(nèi)，應(yīng)保持其耐久性，在規(guī)定的工作溫度內(nèi)或張拉過程中不開裂、變脆或成為流體，不得與相鄰材料發(fā)生不良反應(yīng)，應(yīng)保持其化學(xué)穩(wěn)定性和防水性，不得對(duì)錨桿自由端的變形產(chǎn)生任何限制。

　　2．1．2 作業(yè)條件

　�。�1） 在錨桿施工前，根據(jù)設(shè)計(jì)要求、土層條件和環(huán)境條件，選擇合理施工設(shè)備、器具和工藝方法。

　�。�2） 根據(jù)設(shè)計(jì)要求和機(jī)械設(shè)備的規(guī)格、型號(hào)，平整出保證安全和足夠施工的場(chǎng)地。

　　（3） 施工前，認(rèn)真檢查原材料型號(hào)、品種、規(guī)格及錨桿各部件的質(zhì)量，并檢查原材料和主要技術(shù)性能是否符合設(shè)計(jì)要求。

　�。�4） 工程錨桿施工前，取兩根錨桿位置進(jìn)行鉆孔、注漿的實(shí)驗(yàn)性作業(yè)，考核施工工藝和施工設(shè)備的適應(yīng)性。

　　2．2 操作工藝

　　2．2．1 鉆孔

　　（1） 根據(jù)地質(zhì)條件、設(shè)計(jì)要求、現(xiàn)場(chǎng)情況等因素確定鉆孔方法和機(jī)具。一般采用旋轉(zhuǎn)式鉆機(jī)。當(dāng)在空隙率大、含水量低的土層中鉆孔時(shí)，可采用沖擊式鉆機(jī)。當(dāng)在呈非浸水狀態(tài)的黏土、粉質(zhì)黏土、砂土等土層中鉆孔時(shí)，可采用旋轉(zhuǎn)沖擊式鉆孔機(jī)。

　�。�2） 鉆孔施工條件如下：

　　1、 在注漿完成前，鉆孔不得坍孔；

　　2、 鉆孔時(shí)不能采用膨潤(rùn)土等循環(huán)泥漿護(hù)壁；

　　3、 錨固段要進(jìn)行局部擴(kuò)孔，并延深至土體主動(dòng)滑動(dòng)面5米以外；

　�。�3） 鉆孔前，根據(jù)設(shè)計(jì)要求和土層條件，定出孔位，做出標(biāo)記。

　�。�4） 作業(yè)面場(chǎng)地要平坦、堅(jiān)實(shí)、有排水溝，場(chǎng)地寬度大于4m。

　�。�5） 鉆機(jī)就位后，保持平穩(wěn)，導(dǎo)桿或立軸與鉆桿傾角一致，并在同一軸線上。

　�。�6） 鉆進(jìn)用的鉆具，采用地質(zhì)部門使用的普通巖芯鉆頭和管材系列。鉆孔設(shè)備根據(jù)土層條件選擇專門錨桿鉆機(jī)和地質(zhì)鉆機(jī)。

　�。�7） 根據(jù)土層條件可選擇巖芯鉆進(jìn)或無巖芯鉆進(jìn)，配備足夠數(shù)量的長(zhǎng)度為0.5-1.0m的短套管。

　�。�8） 在鉆進(jìn)過程中，掌握鉆進(jìn)參數(shù)，掌握鉆進(jìn)速度，防止埋鉆、卡鉆等各種孔內(nèi)事故。一旦發(fā)生孔內(nèi)事故，爭(zhēng)取一切時(shí)間盡快處理，并備齊必要的事故打撈工具。

　�。�9） 鉆孔完畢后，用清水把孔底沉渣沖洗干凈，直至孔口清水返出。

　　2．2．2錨桿的布置與安裝

　�。�1） 鋼筋錨桿經(jīng)除銹清除后，作防腐處理。

　　（2） 錨桿布置要求如下：

　　1、 邊坡最上一排錨桿的錨固段的上覆巖土層厚度不少于3米；

　　2、 錨桿上下層的排距一般為1.5米-3.0米，同層錨桿的點(diǎn)距一般為1.0-2.5米；

　　3、 傾斜方向的錨桿的傾角一般為15°-45°；

　　（3） 錨桿安裝要求如下：

　　1、 錨桿安置于鉆孔中心；

　　2、 為使錨桿處于鉆孔中心，在錨桿表面上設(shè)置限位器、定中架或隔離架。定位器的間距，在錨固段為2米，在自由段為2.5米-3.0米；

　　3、 錨桿鋼筋平直、順直、除油除繡。桿體自由段用塑料布或塑料管包扎防腐，外接防護(hù)工程與錨固體連接處用鉛絲綁扎或點(diǎn)焊。

　　4、 安放錨桿時(shí)，為防止桿體扭曲、壓彎注漿管，注漿管隨錨桿一同放入孔內(nèi)，管端距孔底為50-100mm，桿體放入角度與鉆孔傾角保持一致，安好后使桿體始終處于鉆孔中心。

　　5、 若發(fā)現(xiàn)孔壁坍塌，應(yīng)重新透孔、清孔，直至能順利安裝錨桿為止。

　　2．2．3注漿

　�。�1） 錨桿注漿采用水泥漿或水泥砂漿。注漿材料根據(jù)設(shè)計(jì)要求確定。水泥采用普通硅酸鹽水泥。當(dāng)?shù)叵滤�有腐蝕性時(shí)，水質(zhì)經(jīng)化驗(yàn)后，再確定注漿材料。

　�。�2） 水泥漿的水灰比宜為0.45-0.5；水泥砂漿的灰砂比宜為1：0.5-1：1；水泥漿宜摻入0.3%的木質(zhì)素磺酸鈣外加劑。

　�。�3） 常壓注漿采用砂漿泵將漿液經(jīng)壓漿管輸送至孔底，再由孔底返出孔口，待孔口溢出漿液或排氣管停止排氣時(shí)，停止注漿。

　　（4） 錨固段注漿必須飽滿密實(shí)。采用二次注漿，注漿壓力大于2MPa。

　�。�5） 注漿管制作要求如下：

　　1. 采用一次注漿時(shí)，注漿管長(zhǎng)度比錨桿長(zhǎng)度長(zhǎng)500毫米；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500毫米；

　　2. 注漿管接頭采用外縮節(jié)，注漿管與錨桿固定；

　　3. 注漿管管口1.0-1.5米長(zhǎng)度內(nèi)做成梅花管，其孔眼間距一般為100-200毫米。

　�。�6） 注漿漿液攪拌均勻過篩，隨攪隨用，漿液要在初凝前用完，注漿管路經(jīng)常保持暢通。

　　（7） 注漿漿液硬化后不能充滿錨孔時(shí)要進(jìn)行補(bǔ)漿，注漿量不得小于計(jì)算量，其充盈系數(shù)為1.1-1.3。

　�。�8） 注漿時(shí)，宜邊灌注邊拔出注漿管。管口應(yīng)終處于漿面以下，并頻繁活動(dòng)注漿管，待漿液溢出孔口時(shí)全部拔出。

　�。�9） 拔出套管：拔管時(shí)注意鋼筋有無被帶出的情況，否則再壓進(jìn)去直至不帶出為止，然后繼續(xù)拔管。

　�。�10） 注漿完畢將外露的鋼筋清洗干凈，并保護(hù)好，待下道工序時(shí)處理。

　　2．2．4錨桿防腐

　�。�1） 一般腐蝕環(huán)境中的錨桿，其錨固段孔內(nèi)段采用水泥漿或水泥砂漿封閉防腐，但錨桿鋼筋周圍必須有20毫米厚的保護(hù)層。

　　（2） 嚴(yán)重腐蝕環(huán)境中的錨桿，其錨固段孔內(nèi)段桿體用波紋管外套，管內(nèi)空隙用環(huán)氧樹脂水泥漿或水泥砂漿充填，套管周圍必須有10毫米厚的保護(hù)層。

　�。�3） 臨時(shí)性錨桿，錨固段孔內(nèi)段采用水泥漿封閉防腐，錨桿鋼筋周圍保護(hù)層厚度不得小于10毫米。自由段鋼筋桿體采用潤(rùn)滑油或防腐漆，再包裹塑料布等簡(jiǎn)易防腐措施。

　�。�4） 永久性錨桿，自由段鋼筋桿體表面涂潤(rùn)滑油或防腐漆，然后包裹塑料布，在塑料布面再涂潤(rùn)滑油或防腐漆，最后裝入塑料套管中，形成雙層防腐。

　�。�5） 錨桿外露部分的防腐處理

　　1.永久性錨桿外露部分錨頭必須涂以瀝青等防腐材料，再采用混凝土密封。

　　2.永久性錨桿錨頭采用盒具密封時(shí)，必須用潤(rùn)滑油填充盒具的空隙。

　　3.臨時(shí)性錨桿的錨頭宜采用瀝青防腐。　　

　　3.錨桿的質(zhì)量要求

　　3．1質(zhì)量保證項(xiàng)目

　�。�1）錨桿工程所用原材料、鋼材、水泥漿、水泥砂漿標(biāo)號(hào)必須符合設(shè)計(jì)要求。

　�。�2）錨孔的直徑、標(biāo)高、深度和傾角必須符合設(shè)計(jì)要求。

　　（3）錨桿的布置和安裝必須符合本路段設(shè)計(jì)和《土層錨桿設(shè)計(jì)與施工規(guī)范》（CECS22：90）的要求。

　�。�4）錨桿的防銹處理必須符合設(shè)計(jì)和施工規(guī)范的要求。

　　（5）錨桿的實(shí)驗(yàn)和監(jiān)測(cè)必須符合設(shè)計(jì)和施工規(guī)范的規(guī)定。

　　3．2基本試驗(yàn)項(xiàng)目

　　（1）水泥、砂漿及接駁器必須經(jīng)過實(shí)驗(yàn)，并符合設(shè)計(jì)和施工規(guī)范的要求，有合格的實(shí)驗(yàn)資料。

　�。�2）進(jìn)行基本試驗(yàn)時(shí)，所施加的最大實(shí)驗(yàn)荷載（QMAX）不超過鋼筋強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的0.8倍。

　�。�3）基本試驗(yàn)所得的總彈性位移應(yīng)超過自由段理論彈性伸長(zhǎng)的80%，且小于自由段長(zhǎng)度與1/2錨固長(zhǎng)度之和的理論彈性伸長(zhǎng)。

　　3．3允許偏差 

　　（1）錨桿水平方向孔距誤差不大于50mm，垂直方向孔距誤差不大于100mm。

　　（2）鉆孔底部的偏斜尺寸不應(yīng)大于錨桿長(zhǎng)度的3%。

　　（3）錨桿孔深不小于設(shè)計(jì)長(zhǎng)度，也不大于設(shè)計(jì)長(zhǎng)度的1%。

　�。�4） 錨孔的垂直允許偏差不超過孔深的20%。

　�。�5） 錨桿外露部分錨頭的防腐處理符合設(shè)計(jì)要求。

　　3．4工程驗(yàn)收

　　（1） 錨桿施工后，進(jìn)行驗(yàn)收試驗(yàn)，驗(yàn)收試驗(yàn)的錨桿數(shù)量不少于錨桿總數(shù)的5%，且不少于3根。

　　（2） 錨桿驗(yàn)收試驗(yàn)設(shè)備，采用傳心式千斤頂。

　　(3)進(jìn)行錨桿驗(yàn)收試驗(yàn)時(shí)，加載按設(shè)計(jì)荷載的25%、50%、75%、100%、120%依次進(jìn)行。　

　　4.施工錨桿時(shí)需要避免的問題

　　4．1避免工程質(zhì)量通病

　�。�1）根據(jù)設(shè)計(jì)要求和土層條件，認(rèn)真編制施工組織設(shè)計(jì)，選擇合理的鉆進(jìn)方法，認(rèn)真操作，防止發(fā)生鉆孔坍塌、掉塊、涌砂和縮徑，保證錨桿順利安裝和順利注漿。

　�。�2）按設(shè)計(jì)要求正確布置錨桿，正確綁扎，認(rèn)真安裝，確保錨桿安裝質(zhì)量。

　�。�3）按設(shè)計(jì)要求嚴(yán)格控制水泥漿、水泥砂漿配合比，掌握攪拌質(zhì)量，并使注漿設(shè)備和管路處于良好工作狀態(tài)。

　�。�4）根據(jù)所用錨桿類型正確選用設(shè)備，保證實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠。

　　4．2主要安全技術(shù)措施

　�。�1）施工前認(rèn)真進(jìn)行技術(shù)交底，施工中明確分工，統(tǒng)一指揮。

　�。�2）各種設(shè)備處于完好狀態(tài)。

　�。�3）注漿管路暢通，隨時(shí)防止塞泵、塞管。

　�。�4）機(jī)械設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)部位有安全防護(hù)裝置和備用裝置。

　�。�5）電器設(shè)備應(yīng)設(shè)接地接零，并由持證人員安裝操作，電纜、電線必須架空。

　�。�6）施工人員進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)戴安全帽，操作人員遵守有關(guān)安全規(guī)程。

　�。�7）錨桿鉆機(jī)安設(shè)安全可靠的反力裝置，特別架空鉆進(jìn)時(shí)。

　�。�8）在有承壓水巖土層鉆進(jìn)時(shí)，孔口必須設(shè)置可靠的防噴裝置，一旦發(fā)生漏水涌砂能及時(shí)封住孔口。

　�。�9）錨桿各條鋼筋的焊接連接要牢靠，嚴(yán)防在試驗(yàn)拉拔時(shí)發(fā)生脫扣現(xiàn)象。

　　4．3產(chǎn)品保護(hù)

　�。�1）施工時(shí)，注意保護(hù)定位標(biāo)準(zhǔn)樁，軸線引樁，水準(zhǔn)點(diǎn)，防止碰撞后位移。

　�。�2）夜間施工時(shí)，合理安排施工順序，防止配合比不準(zhǔn)確，要有足夠的照明設(shè)施。

　�。�3） 錨桿的非錨固段及錨頭部分要及時(shí)作防腐處理，永久性錨桿必須進(jìn)行雙層防腐，臨時(shí)性錨桿可采用簡(jiǎn)單防腐。

　　(4)錨桿外露防護(hù)框架梁的混凝土強(qiáng)度等級(jí)一般為C25，梁截面尺寸除滿足強(qiáng)度、剛度和抗裂要求計(jì)算確定外，還要滿足錨頭寬度、錨固鉆孔和錨固的要求。一般不小于300mm，截面厚度不小于400mm。溫度伸縮縫間距不大于20-25mm�？蚣芰夯�礎(chǔ)置于穩(wěn)定巖土層內(nèi)，常采用條形基礎(chǔ)、獨(dú)立基礎(chǔ)、樁基礎(chǔ)等形式。

　　5.結(jié)束語

　　5．1巖土錨固錨桿技術(shù)的應(yīng)用

　　錨桿由錨固體，拉桿及錨頭三部分組成。而錨固體提供的錨固力是保證巖土體穩(wěn)定要求的主要技術(shù)關(guān)鍵。錨桿施工質(zhì)量的優(yōu)劣直接影響錨桿的錨固能力。錨桿的施工工序?yàn)槭┕��?zhǔn)備——錨桿的鉆鑿——錨桿的制作——安放——注漿——養(yǎng)生——框架梁施工。其中應(yīng)注意幾個(gè)影響加固的因素：錨桿的布置與安裝角度，錨桿自由段長(zhǎng)度，錨桿錨固體的安全系數(shù)，錨桿的幾種試驗(yàn)（基本試驗(yàn)、蠕變?cè)囼?yàn)、驗(yàn)收試驗(yàn)）需在使用前進(jìn)行。錨桿需進(jìn)行長(zhǎng)期觀測(cè)，掌握變化規(guī)律，確定錨桿的長(zhǎng)期工作性能。保證錨固工程的可靠性。

　　5．2巖土錨固技術(shù)錨桿的選擇

　　錨桿施工應(yīng)注意幾個(gè)問題：錨固體的齡期對(duì)錨桿的極限承載力有很大影響；注漿量不是錨桿極限承載力的衡量標(biāo)準(zhǔn)；注漿效果嚴(yán)重地影響著錨桿的極限承載力；溫度和徐變對(duì)錨桿的工作性能有重要的影響。錨桿施工質(zhì)量的優(yōu)劣同樣影響錨桿的錨固能力。

　　可見，錨桿的質(zhì)量、功能和錨桿的施工質(zhì)量是巖土錨固工程技術(shù)中的重要因數(shù)，而選擇錨桿對(duì)于錨固效果也有著直接影響。應(yīng)根據(jù)具體施工工程條件、地質(zhì)條件、選擇適宜的錨桿種類、施工方法，這樣才可達(dá)到技術(shù)要求和經(jīng)濟(jì)效益要求。

　　5．3巖土錨固技術(shù)錨桿的推廣

　　巖土錨固工程技術(shù)最早在我國(guó)應(yīng)用于礦山巷道、隧道，而后又應(yīng)用于房屋建筑工程、水利工程、電力工程。近年來，巖土錨固技術(shù)在公路建設(shè)工程領(lǐng)域有了突破性的應(yīng)用，已成功應(yīng)用于高邊坡防護(hù)、公路隧道、路基、深基坑處理、加固軟弱圍巖工程，其效果很好。此項(xiàng)技術(shù)對(duì)于治理和預(yù)防坍塌等災(zāi)害性地質(zhì)病害也有獨(dú)特的優(yōu)越性。今后，在公路建設(shè)中，應(yīng)用范圍將大大推廣�！�

　　參考文獻(xiàn)

　　1.《土層錨桿設(shè)計(jì)與施工規(guī)范》CECS22：90