预应力锚索施工技术在蒙古国某矿山边坡中的应用

宋 军 涛

(1.华北有色工程勘察院有限公司，河北 石家庄 050021； 2.河北省矿山地下水安全技术创新中心，河北 石家庄 050021)

近年来随着矿产行业的快速发展，矿山开采的规模不断扩大,逐步由浅部转向深部，对于露天矿山来说边坡稳定性显得尤为重要。随着矿山开采深度的增加，高边坡有可能会出现滑塌、滑坡、落石等各种不良地质情况，这将会对矿山开采造成不良影响。蒙古国某露天矿山为运行矿山，随着开采深度的增加，局部边坡出现滑坡现象，加固部分上部为矿山运输道路，没有扩帮条件，综合各种因素采用预应力锚索进行加固处理。

预应力锚索施工技术是指采用预应力方法把锚索锚固在岩体内部的索状结构，用于加固边坡[1]。锚索靠锚头通过滑动体内的钻孔锚入稳定岩体内，把滑动体与稳固岩体连在一起，从而改变边坡岩体的应力状态，提高边坡不稳定岩体的整体性。预应力锚索施工时需专用的施工设备，锚索一般由内锚头、锚索自由端和外锚头三部分共同组成[2]。内锚头称为预应力锚固段或锚根，是锚索锚固在岩体内提供预应力的根基，按其结构形式一般采用胶结式，胶结式可分为砂浆胶结和树脂胶结两类，砂浆式分为二次注浆和一次注浆；外锚头称为外锚固段，是锚索借以提供张拉力和锁定的部位，其种类有锚塞式、钢筋混凝土格构梁式[3]、墩头锚式和钢构架式等；锚索自由端是连结内外锚头的构件，也是张拉力的承受者，通过对锚索自由体的张拉来提供预应力。锚索体一般采用高强度钢筋、钢绞线或螺纹钢筋，钢绞线因其强度高，且具有一定的柔性应用最为广泛。

1 工程概况

蒙古国某矿山属于无林草原带，为典型的丘陵地形，地形比较平缓，海拔标高1 000 m～1 100 m，相对高差80 m～100 m。目前露天开采阶段主要有1 070 m台阶、1 058 m台阶、1 046 m台阶、1 034 m台阶、1 022 m台阶、1 010 m台阶、998 m台阶、986 m台阶和974 m台阶。露天边坡各区段均存在不同程度的破坏现象，主要表现形式为台阶边坡的垮塌。2018年年初靠近出入口处边坡1 070 m～1 058 m平台出现向下滑动，累计滑动距离达40 cm，滑动体长约25 m，宽约20 m。通过现场勘查及地质条件分析得出边坡滑坡主要是由于节理切割影响，受3条相交节理影响，1 070 m～1 058 m 台阶被切割成楔形体，在开挖扰动及雨水作用下下滑。

2 治理方案简述

为了解决边坡滑坡及开裂，确保滑坡区域下方作业安全及上部主运输道路稳定，经过现场踏勘并综合各种治理措施，最终确定边坡治理方案包括两个部分：削坡减载、预应力锚索加固。

1)削坡减载：对边坡1 046 m～1 070 m滑坡区域进行削坡减载，削坡后台阶坡面角为55°，台阶高度12 m。削坡工程量约为6.28万m3。

2)预应力锚索加固：边坡削坡卸荷后，为防止边坡沿纵向节理继续滑动，对该区域施工锚索进行加固，加固范围为1 046 m～1 070 m台阶坡面。其中1 046 m～1 058 m台阶坡面设置3排锚索，每排19根，共计57根，横向间距为3.0 m，竖向间距3.0 m，锚索长度35 m，锚固段7.0 m；1 058 m～1 070 m台阶坡面设置3排锚索，每排18根，共计54根，横向间距3.0 m，竖向间距2.5 m，锚索长度25 m，锚固段6.5 m；锚索拉力设计值650 kN，锁定值550 kN。锚索索体均采用4根1860级1×7直径15.2 mm钢绞线。锚索倾角25°，方位角为两部分，东侧为172°，西侧为192°。坡面设置格构梁，格构梁尺寸为500 mm×500 mm，混凝土强度为C30，锚索位于格构梁交点。

3 预应力锚索加固施工

边坡削坡卸载后，仍存在大规模东西向节理，治理时随着边坡向下开挖、雨水侵蚀、冻融影响出现了边坡坡面松散，又出现了不同程度的变形及开裂，为了保证道路和下部采矿安全，需采用预应力锚索进行加固。预应力锚索工艺流程图见图1。

1)边坡及平台修整：先用人工将各加固区坡面的浮石、危岩体等清除。

2)孔位布设：根据施工图提供坐标采用全站仪在坡面上放出每一排锚杆(索)的高程线和两侧控制线。确定锚杆(索)位置时先用钢尺量出第一排的位置，其余两排孔位采用吊垂线的方法确定孔位。

3)脚手架搭设：脚手架自下而上分层搭设—锚索随脚手架自下而上分层施工—脚手架自上而下拆除。脚手架采用φ48.3 mm×3.25 mm钢管搭设，搭设脚手架操作平台在钻孔位置下30 cm左右，宽度不小于3.5 m，搭设完成后满铺脚手板。

4)钻孔：锚索孔采用气动MD-50型潜孔锤钻机冲击式成孔。用倒链将钻机吊至作业平台，并与脚手架固定牢固，确保钻进期间钻机的稳定性。开孔前检查钻头尺寸、钻机倾角和方位角，由于坡面经过冻融后较松散，为了保证开孔质量，每个钻孔开孔时安装2 m长套管，钻进过程中时刻观察钻机钻进状态，出现问题及时处理，钻孔孔深比设计值大500 mm以上，终孔前吹渣时间不小于5 min，保证孔内干净。提钻后及时下锚索索体，防止塌孔。

5)锚索下料及编制：锚索索体采用1 860 MPa φ15.2 mm(7×φ5)有粘结钢绞线。钢绞线必须采用切割机下料。钢绞线下料长度为设计长度+2.0 m。锚索锚固段按设计要求留置，自由段先涂一层黄油，然后套DN18的聚氯乙烯塑料管防腐装置，外绕扎工程胶布固定。每1.5 m安装一个扎箍，每1.5 m设置一个保持架。注浆管编入索体，靠近孔底的注浆管出口至锚索端部距离控制在5 cm～10 cm。

6)锚索入孔：锚索入孔采用人工入孔。锚索的外露长度2.0 m。坡面凹进部分适当加长。

7)注浆：注浆体材料为P.O42.5纯水泥浆，水灰比0.45～0.5∶1，注浆采用二次注浆法，第一次注浆孔底返浆法，注浆长度为锚固段，采用测电阻方式控制；第二次为压力劈裂注浆，在第一次注浆浆液强度达到3 MPa后，进行注浆，注浆压力3 MPa。

8)格构梁施工：格构梁按设计尺寸施工，由于坡面凹凸不平，施工时保证最小截面尺寸不小于设计尺寸，格构梁浇筑完成后及时进行养护，并留置试块。

9)张拉：锚索张拉在格构施工完毕后进行。张拉前对张拉设备进行标定，张拉时注浆体和混凝土台座的抗压强度值应达到25 MPa；张拉顺序为从两头向中间逐步张拉，同一道横梁尽可能在同一天张拉完成；锚索正式张拉前，取75 kN～110 kN对锚索预张拉1次～2次，使锚索体完全平直；正式张拉时荷载按设计张拉力的25%,50%,75%,100%四级进行张拉，张拉至1.05倍～1.2倍设计拉力值(550 kN)后，卸荷至设计拉力值并锁定；锁定后，若发现预应力损失，须进行补偿张拉后再进行锁定。

10)封锚：锚具外留存钢绞线长度不小于50 mm，其余用切割机切除后进行封锚。锚索封孔后，进行封孔注浆，灌浆前应用高压水气将孔内冲洗干净，然后灌入水泥浓浆，当进浆浓度和出浆浓度一致时停止注浆，并及时进行补浆。

4 治理效果评价

预应力锚索张拉于9月3日全部完成，根据1070平台GPS监测点监测数据显示，全部张拉完成后变化速率明显减缓，由最高时的2 mm/d减缓到0.1 mm/d，现在基本处于稳定状态，最终验收一致认为达到了预期的治理效果。监测点位移表见表1，监测点位移变化图见图2。

表1 监测点位移表 mm

5 结语

通过蒙古国露天采坑边坡治理项目的成功实施，简述了预应力锚索设计及施工过程，介绍了各施工阶段应注意的问题，工程完工后通过位移监测数据显示边坡加固效果明显，说明使用预应力锚索施工技术在露天边坡加固的措施是行之有效的，是能够保证矿山安全生产的，为后续边坡加固提供参考。