锚固支护技术：优化方案详解

岩土锚固是岩土工程领域的重要分支。岩土锚固技术,能充分调用和提高岩土体的自身强度和自稳能力,改善岩土体的应力状态,大大缩小结构物体积和减轻结构物的自重,显著地节省工程材料,提高施工过程的安全性。在我国边坡、隧洞、地下工程、矿井、基坑及抗浮、抗倾结构等工程建设中获得广泛应用。

1965年在梅山水库,我国首次采用预应力锚索加固坝肩滑动岩体取得成功。大吨位的预应力锚索加固技术,已在水工建筑物中广泛应用,特别是在岩质高边坡处理中应用较多。预应力锚索及锚杆的吨位已达500～10000k N,锚索长20～80m。单个工程边坡稳定加固,最大总锚固力达8×106k N,锚索及锚杆根数已达8×104根之多,加固高边坡高度达380m。在龙羊峡、天生桥二级、漫湾、隔河岩、五强溪、李家峡、小浪底及三峡工程上都广为应用。另外,对预应力锚固结构、锚固体系、内外锚头形式、拖拉设备、钻孔工艺、灌浆材料及锚索、锚杆防腐等,也进行了系统的研究,取得了良好的效果。龙羊峡等工程使用锚索吨位为300～400t,孔深40～50m,目前已经开始向更大吨位、孔深及缓倾角发展;锚索也由钢丝墩头锚向纲绞线发展,锚根、锚具、锚头形式发展很快,已经使用自由式锚索,并趋于采用更新型钢绞线夹片以便于张拉。在丰满水电站使用的锚索吨位达到6175k N,在石泉水电站预应力吨位达到8000k N。据不完全统计,国内应用预应力锚索加固坝体和岩体的工程已有40多个,积累了比较丰富的经验。

(1)单孔复台锚固技术。传统的集中拉力型锚杆负荷时,不能将荷载均匀地分布于固定长度上,产生严重的应力集中现象。由于粘结应力分布的不均匀性,随着锚杆荷载的增大,在荷载传到固定长度最远端之前,杆体与灌浆体或灌浆体与地层面上就会发生粘结效应,产生逐步弱化或脱开的现象。为了克服传统拉力型锚杆的弊端,改善锚杆荷载传递机制,冶金部建筑研究总院和长江科学院等单位研究开发了单孔复合锚固体系,该锚固体系是在同一个钻孔中安装几个单元描杆,每个单元有自己独立的杆体、自由长度和固定长度,从而使各单元锚杆承受相同的荷载。近年来,单孔复合法锚固型锚杆已成功地用于北京中国银行总行和北京华澳中心基础支护工程,首都地下车库抗浮工程、北京虎峰山庄和大连星海湾岩石边坡等工程。(www.xing528.com)

(2)可重复高压灌浆锚固。软土主要由细粒土组成,一般具有松软、含水率高、孔隙比大,压缩性高和强度低等特点,主要分布在沿海一带,能否有效地提高软土中锚杆的承载力是锚固技术能否进入软土工程的一个突出难题。冶金部建筑研究总院和第二十冶金建设公司等单位开发的可重复高压灌浆锚杆,成功地解决了这一难题。可重复高压灌浆锚杆的主要特征是在锚杆锚固段灌浆体达到一定强度后,再施加二次或多次高压劈裂灌浆,以显著提高锚固体周边土体的抗剪强度和锚固体与土体间的粘结强度。重复高压灌浆锚杆承载力增高的原因是浆液在锚固周边土体中渗透、扩散,使得原状土体得以加固,水泥浆在土中硬化后,形成水泥土结构。其抗剪强度(C 值)远大于原状土,因而锚固体与土体间界面上的粘结摩阻强度会大大提高。另一个原因是高压劈裂灌浆使得锚固体与土体间的法向(垂直)应力显著增大。据德国Oste Myer的研究认为,由于高压劈裂灌浆对周围土体的挤压,锚固体表面法向(垂直)应力可增大到覆盖层产生应力的2～10倍,这也显著提高了锚固体周边土体的摩阻强度。

(3)高承载力岩石锚杆的应用。我国大型水利水电工程的发展,为高承载力锚杆的应用带来了契机。近年来,承载力设计等于或大于3000k N 的高承载力岩石锚杆的应用日趋广泛,表明我国岩石预应力锚固的设计、材料、施工水平进入了新的阶段。举世瞩目的三峡水利枢纽工程,长1607m,高170m 的船闸边坡处于风化程度不等的闪云斜长花岗岩中,采用4000 余根长25～61m 的承载力为3000k N(部分为1000k N)的预应力锚杆(索)和近10万根8～14m 长的高强锚杆系统加固或局部加固。这对阻止不稳定块体的塌滑,改善边坡应力状态,抑制塑性区发展,控制边坡位移和提高边坡的整体稳定性发挥了重要作用。