锚杆在边坡加固中的施工技术

（昆明理工大学 建筑工程学院，云南 昆明 650500）

我国地形地貌多变、地质状况复杂，尤其西部地区多为山区地带。随着我国山区高速公路工程建设的大力发展，锚杆作为一种重要的边坡锚固技术，在边坡加固中的应用越来越普遍。锚杆加固具有主动受力的作用，通过锚固段提供锚拉力，通过自由段实现预加应力，使用锚固技术可以大大改善岩土体的应力状态，提高岩土体的整体性、承载力及稳定性。合理的锚固位置和锚固角在很大程度上决定了边坡的稳定性，锚杆的施工质量也直接影响了锚杆的加固效果。

1 施工前的设计

1.1 锚杆在边坡中的支护机理

锚杆是边坡的一种有效加固措施，岩体的变形和破坏一般与岩体内部的应力有关，而锚杆加固可对岩体施加围压，从而改变岩体的应力状态，提高岩体的力学参数。锚杆的支护作用主要有：①增韧止裂机理：对卸荷裂隙提供桥联作用，阻止或延缓岩体张裂扩展，从而改善边坡岩体的变形与强度性质；②销钉作用：锚杆在加固软弱的结构面时，通过锚杆自身的抗剪能力来阻止结构面的相对滑动，进而提高结构面的抗剪强度和粘结力；③剪胀效应机理：锚杆贯穿岩体中的不连续面而产生附加的法向应力，并通过摩擦效应提供附加的抗剪强度。

1.2 锚固位置的确定

最佳的锚固位置与坡体滑移类型有关。当为推移式滑坡时，最佳的锚固位置位于边坡的上部；当为牵引式滑坡时，最佳的锚固位置位于坡体的下部。因此需要研究边坡的应力场和位移场来确定滑坡体的滑移类型，从而确定相应的锚固位置。同时，锚杆的布置也是根据边坡的应力场和位移场来确定的。

传统的用于边坡稳定性分析的方法是弹塑性强度折减法，但只能计算出边坡的弹性变形参数而无法反应岩土体屈服前的非线性变形情况，所以在基于Duncan-chang非线性本构模型的基础上，提出了变模量弹塑性强度折减法，通过数值分析来获得边坡的应力场，位移场和安全系数，这为边坡的加固处理提供了较好的指导意义。

1.3 锚固角的确定

锚固角是锚杆与水平面的夹角。设计锚固角时应考虑既能有效发挥锚杆的加固作用，又不使锚杆过长而造成施工困难。锚固角一般限定在0°～45°内，锚固角的增大可大大减小剪切位移。

图1 确定最优锚固角的示意图

为确定最优锚固角，建立如图1所示的边坡，坡面倾角为α，滑动面倾角为β。A为坡面上的某一锚固点，坡面至滑动面的垂直距离为|AB|，最佳的锚杆方向必然在AB到AD之间，假设AC为最佳的锚杆方向，且与水平面的夹角为θ，滑动面与AC的夹角为γ。

假设p为锚杆的轴向总承载力，根据力的矢量分解，可得到锚杆提供的抗滑力T为

式中φ——岩体的内摩擦角。

根据几何关系，最终可以得到锚杆的单位长度抗滑力q

对式(2)求导，可得到锚杆的最优锚固角

2 锚杆施工

锚杆施工质量直接影响锚杆的加固效果。锚杆施工主要包括锚杆钻孔、锚杆注浆、锚杆张拉。

2.1 锚杆钻孔

在不同的边坡土层中，选用的钻机也不同。在粘性土层中，最适合的钻机是带螺旋钻杆和十字钻头的回转钻机；在松散土和软弱岩层中，最适合的钻机是带球形合金钻头的螺旋钻机；在坚硬岩层中，如果钻孔直径较小，宜使用通过空气冲洗的冲击钻机，若钻孔直径较大，宜使用以水作冲洗介质并带有金刚石钻头和潜孔冲击器的旋转钻头。钻孔的设计施工应满足CECS22-1990《土层锚杆设计与施工规范》的规定。

钻机的冲洗方法直接影响了钻孔的速度和质量。冲击钻机和旋转钻头最常用的冲洗方法是气洗法。而旋转式取芯钻机和套管护壁钻孔最好采用水洗法，但在粘性土、泥灰岩层中钻孔时，水洗法会降低这类土层的力学性能，从而影响锚固体与周围岩土体之间的粘结强度，所以采用水洗法时需慎重。

2.2 锚杆注浆

注浆质量的好坏直接影响锚杆的承载能力。注浆材料有水泥浆材、化学浆材、纤维浆材等类型。但灌注锚杆孔最常用的是水泥浆或水泥砂浆，灌注后硬化形成坚实的灌浆体，将锚杆与周围地层锚固在一起，提高了锚杆的承载力和周围地层的强度和力学指标。水泥浆的水灰比和注浆方法决定着灌浆体与周围岩土体的粘结强度。

在水泥浆中，过量的水会降低浆液硬化后的强度并产生较大的收缩，从而影响耐久性。大量的工程实践证明，灌注锚杆的水泥浆最佳的水灰比为0.4～0.5，这种水灰比的浆液具有一定的流动度，容易渗入小形开口和孔隙中，硬化后有足够的强度和防水性。

锚杆的注浆压力通常不超过4MPa。很多的试验研究表明，当注浆压力超过4MPa时，锚杆承载力的增加非常有限。

2.3 锚杆张拉

锚杆张拉就是通过张拉设备和锚具对锚杆预应力筋施加预应力，以达到加固锚固结构的目的。锚杆张拉设备包括液压油泵、千斤顶、高压油管和油压表，有时还包括测定压力的压力传感器和测定锚头位移的百分表。锚杆张拉时一般采用张拉设备直接拉拔。张拉时可在锚固结构或岩土层表面设置承载板，使拉力方向与锚杆轴线方向始终保持一致。

3 结 论

1）合理的选择锚固位置和锚固角对边坡锚固工程的设计和施工都十分重要。锚固位置的确定可根据边坡的应力场和位移场来确定，最优锚固角与滑动面的倾角 和岩土体的内摩擦角φ有关。

2）锚杆施工质量直接影响锚杆的加固效果，在施工前应按照有关规定制定好施工计划。

[参考文献]

[1]徐学文.锚杆加固机理研究及其在边坡工程中的应用[D].西安：西安科技大学，2006.

[2]周晓军，毛露露，姜 波,等.山岭隧道洞口边坡加固中锚杆(索)最优锚固角分析[J].现代隧道技术，2016，53(6)：123-128.