锚杆在岩土边坡锚固工程中的应用

　　摘要：本文介绍了锚杆在岩土边坡锚固工程中边坡使用锚固技术的力学特征、边坡锚杆的施工工艺、锚杆的质量要求、施工锚杆需要避免的问题。
　　关键词：锚杆，边坡，力学特性，施工工艺，质量要求
　　岩土锚固工程技术起源于美国，自1911年美国首先用岩土锚杆支护矿井巷道开始岩土锚固工程技术的研究与应用。鉴于该项技术在工程中有效地解决了工程难题，发展到今天，在许多国家中推广应用。目前国外各类岩土锚杆多达600多种。我国是从50年代后期将此技术应用于矿山、铁路、隧道和地下工程中，采用普通粘结型锚杆和喷射混凝土结合的喷锚支护。但此项技术应用于许多大型建筑的地下深基坑工程，水电站边坡、大坝加固工程，特别是世人瞩目的三峡水利工程的永久船闸高边坡加固工程更是举世无双。近年来岩土锚固工程技术在公路中的应用范围也不断扩大。用于京沈高速公路宝山段高边坡锚固工程、京珠高速公路的高边坡锚固工程及隧道工程、湖南怀新高速公路、湖南衡炎高速公路高边坡护坡工程等。根据实例情况，将施工应用总结后供大家参考。
　　1.边坡使用锚固技术的力学特征
　　岩土锚固工程技术就是依靠锚杆周围岩土层的抗剪强度传递土体的拉力或保持路基土层开挖层面的稳定与安全。从力学角度看，锚杆是可抵抗倾倒、阻止岩层剪切破坏、抵抗山体竖向位移和水平位移、控制边坡岩体的变形和坍落、消除差异变形沉降的加固路基边坡的技术。
　　岩土锚固工程技术简而言之就是一种将受拉杆件埋入岩土层，对路基边坡等进行加固的技术。其功能为：提供作用于岩土层上以承受外部荷载的抗力、对锚固层产生压应力区，对岩土层起到加筋作用、加强岩土层整体强度。通过锚杆使防护与岩土层连在一起，形成一种共同承担主动土压力的复合结构，使岩土承受拉力和剪力的能力增强。
　　2.边坡锚杆的施工工艺
　　2．1锚杆施工前的准备
　　（1）当开挖不能放坡时，可采用锚杆支护。
　　（2）锚杆施工前，确定防护所承受的荷载、锚杆的布置、锚杆承受能力、锚杆稳定性、锚固段长度、直径和落杆直径等。
　　2．1．1 材料
　　（1）锚杆长度小于20m时，采用Ⅱ级或Ⅲ级钢筋。
　　（2）水泥浆体材料：水泥为普通硅酸盐水泥，必要时可采用抗硫酸盐水泥，不得使用高铝水泥。细骨料应选用粒径小于2mm的中细砂。采用符合要求的水质，不得使用污水，不得使用PH值小于4的酸性水。
　　（3） 隔离架由钢、塑料或其它杆体无害的材料制作，不得使用木质隔离架。
　　（4） 防腐材料：在锚杆服务年限内，应保持其耐久性，在规定的工作温度内或张拉过程中不开裂、变脆或成为流体，不得与相邻材料发生不良反应，应保持其化学稳定性和防水性，不得对锚杆自由端的变形产生任何限制。
　　2．1．2 作业条件
　　（1） 在锚杆施工前，根据设计要求、土层条件和环境条件，选择合理施工设备、器具和工艺方法。
　　（2） 根据设计要求和机械设备的规格、型号，平整出保证安全和足够施工的场地。
　　（3） 施工前，认真检查原材料型号、品种、规格及锚杆各部件的质量，并检查原材料和主要技术性能是否符合设计要求。
　　（4） 工程锚杆施工前，取两根锚杆位置进行钻孔、注浆的实验性作业，考核施工工艺和施工设备的适应性。
　　2．2 操作工艺
　　2．2．1 钻孔
　　（1） 根据地质条件、设计要求、现场情况等因素确定钻孔方法和机具。一般采用旋转式钻机。当在空隙率大、含水量低的土层中钻孔时，可采用冲击式钻机。当在呈非浸水状态的黏土、粉质黏土、砂土等土层中钻孔时，可采用旋转冲击式钻孔机。
　　（2） 钻孔施工条件如下：
　　1、 在注浆完成前，钻孔不得坍孔；
　　2、 钻孔时不能采用膨润土等循环泥浆护壁；
　　3、 锚固段要进行局部扩孔，并延深至土体主动滑动面5米以外；
　　（3） 钻孔前，根据设计要求和土层条件，定出孔位，做出标记。
　　（4） 作业面场地要平坦、坚实、有排水沟，场地宽度大于4m。
　　（5） 钻机就位后，保持平稳，导杆或立轴与钻杆倾角一致，并在同一轴线上。
　　（6） 钻进用的钻具，采用地质部门使用的普通岩芯钻头和管材系列。钻孔设备根据土层条件选择专门锚杆钻机和地质钻机。
　　（7） 根据土层条件可选择岩芯钻进或无岩芯钻进，配备足够数量的长度为0.5-1.0m的短套管。
　　（8） 在钻进过程中，掌握钻进参数，掌握钻进速度，防止埋钻、卡钻等各种孔内事故。一旦发生孔内事故，争取一切时间尽快处理，并备齐必要的事故打捞工具。
　　（9） 钻孔完毕后，用清水把孔底沉渣冲洗干净，直至孔口清水返出。
　　2．2．2锚杆的布置与安装
　　（1） 钢筋锚杆经除锈清除后，作防腐处理。
　　（2） 锚杆布置要求如下：
　　1、 边坡最上一排锚杆的锚固段的上覆岩土层厚度不少于3米；
　　2、 锚杆上下层的排距一般为1.5米-3.0米，同层锚杆的点距一般为1.0-2.5米；
　　3、 倾斜方向的锚杆的倾角一般为15°-45°；
　　（3） 锚杆安装要求如下：
　　1、 锚杆安置于钻孔中心；
　　2、 为使锚杆处于钻孔中心，在锚杆表面上设置限位器、定中架或隔离架。定位器的间距，在锚固段为2米，在自由段为2.5米-3.0米；
　　3、 锚杆钢筋平直、顺直、除油除绣。杆体自由段用塑料布或塑料管包扎防腐，外接防护工程与锚固体连接处用铅丝绑扎或点焊。
　　4、 安放锚杆时，为防止杆体扭曲、压弯注浆管，注浆管随锚杆一同放入孔内，管端距孔底为50-100mm，杆体放入角度与钻孔倾角保持一致，安好后使杆体始终处于钻孔中心。
　　5、 若发现孔壁坍塌，应重新透孔、清孔，直至能顺利安装锚杆为止。
　　2．2．3注浆
　　（1） 锚杆注浆采用水泥浆或水泥砂浆。注浆材料根据设计要求确定。水泥采用普通硅酸盐水泥。当地下水有腐蚀性时，水质经化验后，再确定注浆材料。
　　（2） 水泥浆的水灰比宜为0.45-0.5；水泥砂浆的灰砂比宜为1：0.5-1：1；水泥浆宜掺入0.3%的木质素磺酸钙外加剂。
　　（3） 常压注浆采用砂浆泵将浆液经压浆管输送至孔底，再由孔底返出孔口，待孔口溢出浆液或排气管停止排气时，停止注浆。
　　（4） 锚固段注浆必须饱满密实。采用二次注浆，注浆压力大于2MPa。
　　（5） 注浆管制作要求如下：
　　1. 采用一次注浆时，注浆管长度比锚杆长度长500毫米；当采用二次注浆时，二次注浆管长度应比第一次注浆管长度短500毫米；
　　2. 注浆管接头采用外缩节，注浆管与锚杆固定；
　　3. 注浆管管口1.0-1.5米长度内做成梅花管，其孔眼间距一般为100-200毫米。
　　（6） 注浆浆液搅拌均匀过筛，随搅随用，浆液要在初凝前用完，注浆管路经常保持畅通。
　　（7） 注浆浆液硬化后不能充满锚孔时要进行补浆，注浆量不得小于计算量，其充盈系数为1.1-1.3。
　　（8） 注浆时，宜边灌注边拔出注浆管。管口应终处于浆面以下，并频繁活动注浆管，待浆液溢出孔口时全部拔出。
　　（9） 拔出套管：拔管时注意钢筋有无被带出的情况，否则再压进去直至不带出为止，然后继续拔管。
　　（10） 注浆完毕将外露的钢筋清洗干净，并保护好，待下道工序时处理。
　　2．2．4锚杆防腐
　　（1） 一般腐蚀环境中的锚杆，其锚固段孔内段采用水泥浆或水泥砂浆封闭防腐，但锚杆钢筋周围必须有20毫米厚的保护层。
　　（2） 严重腐蚀环境中的锚杆，其锚固段孔内段杆体用波纹管外套，管内空隙用环氧树脂水泥浆或水泥砂浆充填，套管周围必须有10毫米厚的保护层。
　　（3） 临时性锚杆，锚固段孔内段采用水泥浆封闭防腐，锚杆钢筋周围保护层厚度不得小于10毫米。自由段钢筋杆体采用润滑油或防腐漆，再包裹塑料布等简易防腐措施。
　　（4） 永久性锚杆，自由段钢筋杆体表面涂润滑油或防腐漆，然后包裹塑料布，在塑料布面再涂润滑油或防腐漆，最后装入塑料套管中，形成双层防腐。
　　（5） 锚杆外露部分的防腐处理
　　1.永久性锚杆外露部分锚头必须涂以沥青等防腐材料，再采用混凝土密封。
　　2.永久性锚杆锚头采用盒具密封时，必须用润滑油填充盒具的空隙。
　　3.临时性锚杆的锚头宜采用沥青防腐。
　　
　　3.锚杆的质量要求
　　3．1质量保证项目
　　（1）锚杆工程所用原材料、钢材、水泥浆、水泥砂浆标号必须符合设计要求。
　　（2）锚孔的直径、标高、深度和倾角必须符合设计要求。
　　（3）锚杆的布置和安装必须符合本路段设计和《土层锚杆设计与施工规范》（CECS22：90）的要求。
　　（4）锚杆的防锈处理必须符合设计和施工规范的要求。
　　（5）锚杆的实验和监测必须符合设计和施工规范的规定。
　　3．2基本试验项目
　　（1）水泥、砂浆及接驳器必须经过实验，并符合设计和施工规范的要求，有合格的实验资料。
　　（2）进行基本试验时，所施加的最大实验荷载（QMAX）不超过钢筋强度标准值的0.8倍。
　　（3）基本试验所得的总弹性位移应超过自由段理论弹性伸长的80%，且小于自由段长度与1/2锚固长度之和的理论弹性伸长。
　　3．3允许偏差 
　　（1）锚杆水平方向孔距误差不大于50mm，垂直方向孔距误差不大于100mm。
　　（2）钻孔底部的偏斜尺寸不应大于锚杆长度的3%。
　　（3）锚杆孔深不小于设计长度，也不大于设计长度的1%。
　　（4） 锚孔的垂直允许偏差不超过孔深的20%。
　　（5） 锚杆外露部分锚头的防腐处理符合设计要求。
　　3．4工程验收
　　（1） 锚杆施工后，进行验收试验，验收试验的锚杆数量不少于锚杆总数的5%，且不少于3根。
　　（2） 锚杆验收试验设备，采用传心式千斤顶。
　　(3)进行锚杆验收试验时，加载按设计荷载的25%、50%、75%、100%、120%依次进行。
　　
　　4.施工锚杆时需要避免的问题
　　4．1避免工程质量通病
　　（1）根据设计要求和土层条件，认真编制施工组织设计，选择合理的钻进方法，认真操作，防止发生钻孔坍塌、掉块、涌砂和缩径，保证锚杆顺利安装和顺利注浆。
　　（2）按设计要求正确布置锚杆，正确绑扎，认真安装，确保锚杆安装质量。
　　（3）按设计要求严格控制水泥浆、水泥砂浆配合比，掌握搅拌质量，并使注浆设备和管路处于良好工作状态。
　　（4）根据所用锚杆类型正确选用设备，保证实验数据准确可靠。
　　4．2主要安全技术措施
　　（1）施工前认真进行技术交底，施工中明确分工，统一指挥。
　　（2）各种设备处于完好状态。
　　（3）注浆管路畅通，随时防止塞泵、塞管。
　　（4）机械设备的运转部位有安全防护装置和备用装置。
　　（5）电器设备应设接地接零，并由持证人员安装操作，电缆、电线必须架空。
　　（6）施工人员进入现场戴安全帽，操作人员遵守有关安全规程。
　　（7）锚杆钻机安设安全可靠的反力装置，特别架空钻进时。
　　（8）在有承压水岩土层钻进时，孔口必须设置可靠的防喷装置，一旦发生漏水涌砂能及时封住孔口。
　　（9）锚杆各条钢筋的焊接连接要牢靠，严防在试验拉拔时发生脱扣现象。
　　4．3产品保护
　　（1）施工时，注意保护定位标准桩，轴线引桩，水准点，防止碰撞后位移。
　　（2）夜间施工时，合理安排施工顺序，防止配合比不准确，要有足够的照明设施。
　　（3） 锚杆的非锚固段及锚头部分要及时作防腐处理，永久性锚杆必须进行双层防腐，临时性锚杆可采用简单防腐。
　　(4)锚杆外露防护框架梁的混凝土强度等级一般为C25，梁截面尺寸除满足强度、刚度和抗裂要求计算确定外，还要满足锚头宽度、锚固钻孔和锚固的要求。一般不小于300mm，截面厚度不小于400mm。温度伸缩缝间距不大于20-25mm。框架梁基础置于稳定岩土层内，常采用条形基础、独立基础、桩基础等形式。
　　5.结束语
　　5．1岩土锚固锚杆技术的应用
　　锚杆由锚固体，拉杆及锚头三部分组成。而锚固体提供的锚固力是保证岩土体稳定要求的主要技术关键。锚杆施工质量的优劣直接影响锚杆的锚固能力。锚杆的施工工序为施工准备——锚杆的钻凿——锚杆的制作——安放——注浆——养生——框架梁施工。其中应注意几个影响加固的因素：锚杆的布置与安装角度，锚杆自由段长度，锚杆锚固体的安全系数，锚杆的几种试验（基本试验、蠕变试验、验收试验）需在使用前进行。锚杆需进行长期观测，掌握变化规律，确定锚杆的长期工作性能。保证锚固工程的可靠性。
　　5．2岩土锚固技术锚杆的选择
　　锚杆施工应注意几个问题：锚固体的龄期对锚杆的极限承载力有很大影响；注浆量不是锚杆极限承载力的衡量标准；注浆效果严重地影响着锚杆的极限承载力；温度和徐变对锚杆的工作性能有重要的影响。锚杆施工质量的优劣同样影响锚杆的锚固能力。
　　可见，锚杆的质量、功能和锚杆的施工质量是岩土锚固工程技术中的重要因数，而选择锚杆对于锚固效果也有着直接影响。应根据具体施工工程条件、地质条件、选择适宜的锚杆种类、施工方法，这样才可达到技术要求和经济效益要求。
　　5．3岩土锚固技术锚杆的推广
　　岩土锚固工程技术最早在我国应用于矿山巷道、隧道，而后又应用于房屋建筑工程、水利工程、电力工程。近年来，岩土锚固技术在公路建设工程领域有了突破性的应用，已成功应用于高边坡防护、公路隧道、路基、深基坑处理、加固软弱围岩工程，其效果很好。此项技术对于治理和预防坍塌等灾害性地质病害也有独特的优越性。今后，在公路建设中，应用范围将大大推广。
　　
　　参考文献
　　1.《土层锚杆设计与施工规范》CECS22：90