预应力锚索技术在加固边坡工程中的应用.pdf

预应力锚索技术在加固边坡工程中的应用 一 前 言 地 矿部 探矿工艺研 究所 俞建 水电站的水库 铁路 公路 露天矿采场及 山城 等 由于 自然条件厦工程 施工等因素的影响 些边 坡 往拄 处 于不 稳 定状 态 有滑 坡 的危 险 因此 治 理边 坡工作显得尤为重要 边坡的稳定性关系到工程的寿 命 预应 力 锚 素技 术是 加 固边 披 的 有效 手段 具 有 安 垒 可靠 经济等特点 国外已普遍使用预应力锚索 技 术作为主要的边坡加固措施 在我国起步较晚 为 了更 好 地推 广 发 展 该项 技术 本文 作一 简要 介绍 并着重对其加周边坡魄机理 结构和设计等问题进行 研究讨论 以及预应力锚索在工程中的应用 评价加 周边 坡的 可 靠性和 经 济 性 预 应 力锚 索加 圈边 坡的合理结相 预应 力锚 索 是一 种 长度 大于 5 m 施 加 预应 力 大 干1 5 0 l 呈束状 柔性的受拉构件a 预应力锚索通常 由内镏周段 张拉段和外锚 固三 部分 维成 图 1 o 常由高级钢丝 钢铰线构成 一般情况下 动摩攘系 数要比静摩擦幕敷较小 而加固的迎坡 不应有任何位 移 因此 张 拉 段为 周结 型 的预 应力 锚索 更适 合 用 于 加 固边墟 但预 力锚索的张拉必然会带动锚固砂浆 受 拉 致使 靠近 张拉 段 的砂 浆 出现裂 缝 另 外 锚 索 的索体也会变细 与砂浆脱离 由于各种 因 毒 的 影 响 必然会导致锚索的锈蚀 减少锚索的使用寿命 考虑 工程 的 永久性 作 为加 周边坡 的预 应 力锚 索 其 张拉段应为周结型 自由伸缩 方法是先对张拉段潦一 层环氧腔或其它防 腐剂 然后再套 上两层塑料管 处 理后的锚索再灌浆就能达到目的 意太利瓦杨坝加 固 边坡 正是采用了这种结构的预应力锚索 外锚固段是预应力锚索实现张拉和锚其锁定的 构件 包括外锚具 混凝士基座及垫板等 对锚索的 张拉是通过 穿 式液压千斤顶完成的 加 固边蕞封讣 锚 周段 的 要求 是锚 周 可靠 预 应力 损失尽 可能 小 调 整预应力方便等 国内常用的锚具有J 一 I 2型 XT 2 型 xM型锚具 爆炸压接式锚头等 预应力锚索种类繁多 如瑞士VS L型 BB R v型 联邦德国的Dy w i d y 型 法国的1 P R型 我国 的 梅 山 型 3 1 0 型 7 5 型等等 图1 预应 力锚索 结 构示意 图 l 一对 中 支架 2 一 止浆塞 3 一钢 铰线 垫 板 5 一 锚具 I 6 一 注浆 管 I 7 一 混 凝 土 墩 日 一砂 浆 廿一内锚固 段 口 一 张拉 段 c一外 锚 固段 内锚嗣段位于钻孔底部 主要作用是在张拉锚 索时 提 供 可靠 的锚 固力 边 坡的加 固 目的是 制止 滑坡 体沿滑移面移动 在备方面条件允许下 锚索的预拉 力越大 越有 效 内锚 固段 为胺 结型 的锚 索 可提 供较 大 的拉力 因 此 加 固边 坡宜 用胶 结 型预 应力 镏 索 a 强拉段是联 系内外锚头及承受拉力的构件 通 兰 曩应力锚索加蛊边 坡的机理 及其设 计方 法 l 预应力锚索加固边壤的 曩 岩体边坡加固的最有数的方j 軎是使岩 体固有强度发挥作用 这与隧 坑 道施 工 中 的 新 奥 珐 相姒 影境 岩体强度 的最重要因毒是不连续 面的存在 边驻不 稳定舅 沿着不差续面发生 滑动机理便形 成 摩擦力始终是滑面材料性质和作用滑 移面上正压力的函数 图2 因此提高岩 体强度的有效 垒径是增加滑移 面 的 正 压 力 预应力锚索正是遵循这个原理加周边坡 图3 根据图 3可以看出 锚索的抗滑力分为两部甜 一 部 份 是通过 直 接抗 滑力 尸 实 现 另一 部份通 过增 加滑 穆面上的正压力P 从而增加抗滑摩擦 力实现 在尸 和 P 作 用 下 提 高 了边 坡抗 滑稳 定 性 保证 边 坡 的 稳 定 维普资讯 图3 滑 坡加 固厦 理图 2 预应 力锚索加固边坡的设计方法 加周的设计一般分为两个步骤 首先应据据地质 勘寨 查 明地质构造 岩石的物理 力学特性 地下水 等情况 分析边墟的稳定性和可能出现的滑移面及滑 坡 类型 二 步根据 滑坡 的规 模等 条件 确 定预 应 力 锚 索 的 布置 方 向 锚 索 的长 度 数 量及 预应 力值 设 计一个监测系统 检测加周效果 预渊可能出现的新 的不匏定因素 本 文 只对 第 步工 作 即锚索 加 周边坡 的设 计 进行 研 讨 1 预应力锚索的空问布置原则爰预 应力大小 国内试验表明 预应力锚索正好锚周在可能错动 的岩 石层 面上 在外 界 条件 作 用下 就 会遭 刊 破 坏 因此确定锚素的空间方位显得极为重要 大量 实例 表明 预应 力锚索 的加 周范围 为体 积 晟 大的可能滑坡体 锚索的预应 力值及数量可根据滑坡 体的重量和体积来确定 固 4 滑蛀加固设计圈 往 图中上面的 应为0 力 辅者J 根 据 图 4 由力 平衡 条件 得 Q Ps i n 一 尸 一 为求得 锚 索 的最 大抗精 力 对 盥 求 一次 导数 旦 0 d t g f 妒 式中 0 总的下滑力 已减去岩体车身的 抗 滑 力 I 尸 锚索 的合 力 及倾 角J 滑 移面 的倾 角 及摩擦 系数 J 滑移面的内摩擦角 因此 取得 抗 滑的 最优 效果 锚 索的合 力方 向尽 可能与最危险滑移面交角接近岩体的内摩擦角 棍 锚 索 的 平 均 预 直 力 尸 鲁 结 合 工 程 情 碗 可 确 定 镟 索 的 布置 方 向及两 应 力 2 预应力锚索的长度 锚索的长度可由下式进行计算 工 上 而I 蚪 1 2 2 0 一 尸 一 式中 滑坡体的最大厚度I厶 外锚 固 长度考虑垫板 千斤顶 锚墩等躬须超过钻孔 口的 长 度 岛 锚周 深 度 I尸 t 锚 索 的 设 计 吨 位 折减 系数 一般为0 7 一锯铰线或钢丝白 鲁 根数 钢铰线或钢丝的直径J 钢铰 线或镱 丝 的 牯结 力 一般c 2 MP a 3 加同后的边坡的稳定性分析 预应力锚索加周边坡后 其稳定性可以经典的捶 限 平 衡 理 论 进 行 计 算 一 般 用 安 垒 系 数 笋 兰 而 表 示 1 表 示 边 坡 稳 窟 实际工程中 一般采用量测手段进行分析 如用管幅 位移计和荷载传感器对滑坡体和锚索进行量溯 通过 量 渊结果分析滑坡的位移和锚索受力情况 从而分糖 边坡的稳定性 四 某工程应用预应 力铭索加固 边 麓 的 情况 1 工 程概 况 某水电站位于黔桂交界的南盘江上 坝首引水集 右 岸边 坡 为石灰 岩 砂 岩及 页岩 互层 受两 个断 裂带 切割形成一倾向河床且稍微偏上游的滑坡体 岩层 自 然倾 角a 0 一4 0 坡面 j i 向N6 0 一B 0 E 坡 面 岩 石 内摩 擦 角妒为 l 1 1 2 滑 坡 总体 积 为3 万m 2 加 固情 况 维普资讯 加 固工 程以腔 结 型锚 素 为主 锚 入基 岩深 度 2 3 m 锚 素 长度 为9 1 8 m 间距 为2 m左右 每 根 锚 索 设 计拉 力 3 0 0 k N 锚 固角2 0 边 坡加 固后 经受 了整 个 雨季 的考验 通 过监 测 表 明 边坡 未 出现任 何 位移 基 本 消除滑 坡体 存 在 的 危险 从 而证 明 了预应 力 锚索 加固 边坡 的可 靠性 五 预 应力锚 索加 固边坡的技术 经 济 评 价 1 拄 术评 帻 预 应 力 锚素加 固 边坡 是在 边坡 可能 出现 滑 动之 前 进 行主 动 的加 固支护 如 前所 述 它是通 过 直接 抗 滑 力 和增 加 滑移 面 上的 静摩 擦力 来实 现的 井且 锚索 的 预 应 力大 小 便于 调整 从 而根 本保 证边 坡 的稳 定 在 一 定 条件 下 它 比传 统的 抗滑 桩加 固边 坡更 可靠 更 具 有优 越 性 抗滑 桩 是在 坡脚 靠 巨大 静重 提 供 侧 向约 束 力 稳 固边坡 其 力 学模 型为 悬臂 粱 破 坏形式 为 弯 曲破 坏 其一 端 为 自由端 稳定 性 差 从 加 固 角 度 看 抗 滑 桩是 被 动受 力 只 有在滑 坡体 出现 移 动时 才 真 正发 挥 了作 用 一 般情 况下 动 摩擦 系数 比静摩 擦 系数小 在同样的条件下 抗滑桩所承受的裔载比锚 索 要大 因此从 力学 角度 来看 锚 素加 固 边坡 更台 理 些 也更 町靠 2 经 济评 价 预应力锚素加 固边坡 可减少开挖工程量 并且 在 地表 作 业 安 垒可 靠 省 时 省力 而 抗滑 桩的 部分 施 工是 在地 下进 行 工 期 较长 具 有一 定的 危险性 从 国 内外 工程 实例 来看 预应 力 锚素加 固边 坡的 费用 比抗滑 柱 的费用 少3 0 左 右 可见 预应 力锚 索加 固边 坡 经 济上 是 告理 的 六 探矿 工程部门在预应 力锚 索 技术 上研 究开 发的可 能性 预应 力 锚素技 术 主 要由下 列技 术组 成 I 钻进 技 术 除常 规 钻进 技 术外 一些 预应 力 锚 固工 程还需 要 定 向钻进 干式 钻进 扩 底钻 进技 术 以提 高和保 证 锚 固效果 2 锚 固技 术 预应 力锚 索技 术是 由普通 锚 杆技 术 发展 起 来的 包括 施加 预应 力的 工 艺方 法和 相 应 的锚具 及 配套 设 备 对 于钻进 技 术 探 矿工程 部 门在 国 内具 有较 高的 声 誉和优 势 j 至于 锚固 技术 在坑 探施 工 中 近年 已 连渐 熟练 掌 握 并有所 发 展 如 地矿 部 探矿 工 艺所 在重 庆 某 工程 中就采 用 了预应 力锚 固技 术 加 固 边 坡 所 以 探矿工程部门研究和开发预应力锚索技术是有一 定优 势和 条 件 的 可 以 为地质 灾害 防治 工作 傲 出一 定 贡献 参考文献 略 小盘岭隧道 工程成效显著 小 盘岭 公路隧 道长 0 1 n 断 面积 8 8 m 经过 2 0十 月的 紧张施 工 提前 4十 月于1 9 9 D 年 8月 1日正 式剪 彩通 车 部 勘查 技术 司副 可长赵国 隆 辽 宁地矿 局副局 长 田作 义参加 了 通车典礼a这项工程是名夸为止地矿系统胜利完 工的幕 座 大 断 面 路隧 道 工程 为辽宁 地矿局 进一步 开 拓地质 市场 打 开 了局面 1 技术 成果丰 硕 在 全长 6 0 1 m 隧 道 工 程任 务 中 约 1 3 为浅埋 特浅埋 橙软 岩石地 层 在 施工 前进 行了 拄术 攻 论 证 殳计 先 后应用 了管棚 法 双 光面层 导向孔 爆 破 往 仝 断 面一 次开挖 成巷 三项 具有国 内先进 z k 平的技 柬 工 艺 特 别 是由 于全断 面一次开 拄成巷 法的 成 功 运用 是 一十 创 举 因而受 r 0 林 省 地两 级变通 局及 沈铁吉林 曼 计 院领 导 和专家 们的称 赞 小 盘岭隧 道工 程施 工擅 术 工 艺 E达 到国内同类工程先进水平 2 质 量优 良 按 啬 同规定 舟 为优 良 7 5分 以 合 格 6 0 分 上 不合 格 6 0 分以 下 三 十 档 次 小 盘峥 隧 道 工 程 经过 延边朝 鲜族 自治州交 通 局 初 验 评 为 9 0 6 5 分 经 吉林省交埔厅终捡 评为8 5 7 分 质量选蓟优良 经一 年运 行 后再复 查无变 化 省 基建优 质项 目 3 社会 经济效益显著 小盘 峙 公路 原越 烽线 长3 0 k 呲 由于坡陡弯急 经常发生恶性交通事哉 每年揖失 7 万 元 以上 隧 道打 通后 行车里 程减 少到 1 5 4 k m 过蛉 时 间由 过 去l 5 m n 缩 短 到l mI n 接过