全粘结型锚杆加固山区公路边坡的原理和方法.docVIP

全粘结型锚杆加固山区公路边坡的原理和方法 邓长平 周长寿 （江西省高等级公路管理局 南昌 330046） 摘 要：全粘结型锚杆能提高边坡岩土体的整体强度和刚度、抑制岩土体沉陷和加固局部不稳 定块体，文章从这3个方面论述其作用机理，并举例说明其在山区高等级公路边坡支护中的广 泛应用与实际效果。 关键词：道路工程；全粘结型锚杆；加固；作用机理； 0 前 言 伴随着我国山区高等级公路的大量兴建，经常发生在施工期、营运期的公路边坡病害成为困扰公路建设、设计、监理和施工单位的最棘手问题，同时也成为岩土工程界的探讨热点。有的公路边坡在施工期间几经变更，数次削坡，反复治理，仍然不能从根本上消除安全隐患。这种情况的出现至少反映了两个问题：其一，岩土边坡治理是一个相当复杂的过程；其二，岩土工程师没有掌握足够有效的地质数据从而导致选取的治理措施有失偏颇。 1 传统的边坡防治技术 传统的边坡防治措施在治理工程地质条件复杂的山区边坡时总会暴露或多或少的局限性。护面墙主要适用于土质边坡的小型滑塌和水土流失的防治；挡土墙对于加固高度不超过10m的人工边坡通常十分有效，它在地质条件较为复杂的自然边坡面前的作用将大大减弱；抗滑桩仅适用于主滑方向和滑床面已知的边坡防护，并且要求岩土工程师准确掌握滑坡体不同部位岩土的物理力学性质和抗剪强度指标，然而原状岩土试样的选取并非易事，这将严格制约抗滑桩的应用范畴。总之，传统的被动型支挡技术已经受到越来越多的挑战。 2 边坡治理新技术 由于被动型的边坡支挡技术在治理工程地质条件相对复杂的边坡时常常效果不佳，因此探索和发现新型的边坡治理措施成为岩土工程师们刻不容缓的职责。最终，挂网锚喷技术，预应力锚索支护技术和全粘结型锚杆技术等主动型的边坡治理措施应运而生。挂网锚喷技术是一种基于铁路隧道施工“新奥法”（the New Austrian Tunelling method）原理而移植到公路边坡防护体系中来的，它对于加固表层风化破碎的硬质岩石边坡非常有效，观测资料和原位试验结果表 收稿日期：2005-03-10 明它同样可以应用到许多软岩质边坡和土质边坡中，其有效影响深度可达到3m。预应力锚索可以有效地改善边坡岩土体的力学指标，同时利用预加应力提高滑动面的法向应力，进而提高抗滑力，改善剪应力的分布状况，其最大加固深度可达30m。全粘结型锚杆类似于预应力锚索的工作原理，它可以抑制地表10m范围内的浅层滑坡和崩塌，这种地表锚杆与砂浆共同组成锚固体，锚固作用是通过锚杆与砂浆之间的握裹力，砂浆与岩土体之间的摩擦力来实现的，这可以从加固时的施工过程和施工完成后砂浆与锚杆共同发挥作用两个阶段来认识，前者的主要功能在于提高岩土体的整体强度和刚度（，值），后者在于增强岩土体的摩擦阻力和抑制岩土体的沉陷滑移[1]。 3 全粘结型锚杆加固边坡的作用机理分析 3.1提高岩土体整体强度和刚度的作用机理与量化分析 首先往锚杆孔中灌注砂浆，砂浆压力使部分浆液以一定的扩散半径顺着岩土体节理裂隙或孔隙渗透扩散，布置合理的锚杆孔距将使注浆扩散范围相互重叠，形成网状胶结体，从而大大提高岩土体的强度和刚度，即岩土体的抗压强度，内摩擦角，凝聚力有较大的提高，锚杆布置间距应保证在注浆扩散半径范围的两倍之内，从而确保理想的加固效果。锚杆平面布置如图1所示： 图1 岩土加固前后的凝聚力分别为，，内摩擦角分别为，，单轴抗压强度分别为，，并令，分别表示等效凝聚力和单轴抗压强度的增大系数，即 （1） 根据理论分析和试验结果的回归分析，、可按下式计算: （2） （3） 其中，，，，，，为岩土类别，dw为锚杆直径， 为有效锚固长度（现场测试结果），为锚杆抗拉强度，为水泥砂浆抗压强度，为地表最大容许沉陷宽度，为最大容许沉陷深度。等效内摩擦角和等效抗剪强度则为[2] （4） （5） 3.2抑制岩土体沉陷的作用机理 全粘结型锚杆通过砂浆对锚杆的剪力传递而使锚杆处于受拉状态，对一般软岩可以认为锚杆与围岩具有相同位移从而略去它们之间相对变形。锚杆轴力沿全长并非均布的，锚杆中存在一中性点，该点剪应力为零，两端锚杆受有不同方向的剪力，中性点上锚杆拉应力（轴力）最大，在两端点处为零。通常认为锚杆应变与位移沿方向的变化梯度成正比 （6） 为锚固孔与周围岩土体的剪移刚度系数 ），故锚杆上任意点的位移为： （7） 其中为塑性区半径，为锚固前边坡面位移值，为单孔砂浆扩散半径，为垂直坡面进入岩土体的锚杆长度。 3.3加固不稳定块体 利用锚杆的抗剪作用阻止局部不稳定块体的滑落，锚杆作用形成开挖面的受