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岩土工程中边坡治理的岩土锚固技术探讨王军

发表时间：2021/5/7 来源：《基层建设》2021年第1期作者：王军

[导读] 摘要：针对边坡治理工程，介绍了锚固技术基本作用机理的主要形式，并对锚固技术在边坡治理中的应用进行了深入分析，并提出了可能影响锚固效果的因素，实际的边坡治理施工提供技术参考。

        雅安市兴路工程咨询有限公司四川省雅安市 625000
        摘要：针对边坡治理工程，介绍了锚固技术基本作用机理的主要形式，并对锚固技术在边坡治理中的应用进行了深入分析，并提出了可能影响锚固效果的因素，实际的边坡治理施工提供技术参考。
        关键词：边坡治理；岩土锚固
        引言
        近年来，在岩土工程领域，岩土锚固已成为重要的分支，锚喷支护是岩土锚固的主要技术措施，可以在整治或改造岩体的过程中提高岩土体的稳定性。随着我国工程建设的不断发展，岩土锚固作为一种重要的支护技术，也得到了快速发展，已在许多工程领域得到应用，并取得了良好的效果。
        1锚固技术概述
        1.1作用机理
        锚固技术是指在锚杆或锚索与岩体之间形成一定的摩阻力，用于阻止岩块连续向下滑动，借助于锚杆或锚索，使软弱结构表面被切成许多板状岩体，然后形成稳定而安全的结合体。
        锚固原理是，设置锚杆后地层产生的抗剪强度传递结构本身的拉力，同时还可以确保地面的开挖面始终处于稳定状态。
        通过合理应用锚固技术，可以使边坡保持稳定，主要体现在以下两个方面：第一，通过设置锚杆和锚索可以有效降低下滑力。第二，锚索的设置可以使潜在的滑动面产生一定的法向力，增加滑动摩阻力。将锚杆或锚索按照一定的密度和长度放置在岩土中后，在与土体协同作用的条件下，可以有效地弥补强度的不足。锚杆或锚索形成复合体后，可以主动约束并避免破坏岩石体。除了弥补岩土体自身相对较低的抗拉与抗剪强度外，还可以增加岩土体的自身刚度，可以充分发挥岩土体强度，有效改变边坡的变形和破坏，从而提高岩土体的整体稳定性。
        1.2锚固力
        关于锚固力，在相关的技术规范中，其被定义为锚杆与地层之间的约束力，锚杆在地层上的力可以分为两个方向，即径向和切向，其中，径向锚固力主要包括托锚力与黏锚力。对于托锚力，是指由托板产生的挤压力，其大小主要取决于锚杆的预应力和实际工作状态，在锚杆的拉拔试验中，最大拉拔力为最大托锚力。黏锚力是指地层深浅部分之间的变形差异，使用黏结剂后产生的黏结力属于剪切作用的范畴，反作用力为锚杆轴力。关于抗拔力，作为受拉杆件的锚杆，其承受的拉力主要由以下两个方面决定：第一，预应力筋的截面积和抗拉强度。其二，锚固体自身抗拔力。由于之前很难准确获得拉拔力，因为它与力传递方法和锚固的几何形状以及与周围地层的黏结摩擦力和上覆层的实际厚度都有一定的关系，抗拔力将对锚杆本身的承载力产生很大影响，这是在设计和构造中必须充分考虑的因素。
        1.3锚固的主要作用形式
        锚固施工完成后，岩土体发生塑性变形后，锚杆作用将大大增强，从而有效改善了岩土体自身的变形和破坏。在锚固中，锚杆或锚索主要起到以下四个作用：首先，可以约束岩土体形成整体。第二，抵抗外部荷载，承受岩土体自身的重量与产生的应力。如果岩土体开裂，则锚杆或锚索将在分担中起重要作用，从而产生复合应力，导致胶结材料碎裂。
        另外，锚索的屈服还可以延缓岩土体变形，防止岩土体在较短时间内被破坏，造成大规模的滑坡灾害。第三，在相同载荷条件下的应力传递和扩散相对较大，相比之下，锚固岩土体的应变水平较低，可以有效地延缓开裂和开裂的产生和发展；第四，可以有效抑制边坡变形。通过钢丝网的布设和混凝土的喷射，可以起到良好的保护作用，保持岩土体稳定，提高强度，避免被水猛烈冲洗，同时可以抑制风化，起到良好的抑制作用。
        1.4预应力锚固
        预应力锚固是指采用特殊的技术手段将钢绞线制成始终处于高应力状态的受拉结构，将稳定的岩层和滑动的岩土层串联起来，以增强岩土层自身的抗滑力和抗倾覆能力，确保边坡保持稳定。该技术不仅安全可靠，而且成本低廉，工期短，已应用于许多工程领域。

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通过对锚索自身受力过程的深入研究，可以为施工提供合理的指导，对提高该技术的理论和实践水平具有重要的作用和意义。对于预应力锚索，它主要由三部分组成，即内、外锚头和锚索体。其中，内锚头处于稳定的岩体中，用水泥砂浆连接岩体产生锚固力；锚索体通常由钢绞线制成；外锚头由锚具和夹具两部分组成，设置外锚头后，可以对岩体施加一定的预应力。
        2岩土锚固技术的应用
        在边坡治理工程中，岩土锚固可以将滑动体以稳定状态锚固在岩体上，并以稳定状态增加滑动体与岩体之间的摩阻力，效果非常显着。砌体主要用于边坡防护工程，具有许多缺点。例如，成型后的结构强度不高，只能作用在坡面上，在地质缺陷较发达的地区，这种方法的防护效果非常普遍。
        在支挡工程中，由于石料来源相对丰富，施工工艺相对简单、造价低廉，大部分采用重力挡墙的方法。但是，由于重力挡墙主要由自身的重力支撑，因此必须有足够的体积，否则不能满足实际要求。在这方面，在地质和地形相对较差的情况下，重力挡土墙的使用难以发挥应有的作用，并且不能很好地适应周围的环境。但是，如果采用以锚固技术为核心的挡土墙，如锚杆挡墙、锚定板挡墙等，则可以有效地解决上述实际问题。采用锚固技术的挡墙结构简单，重量轻、稳定性高，对地基的承载力要求不高。
        锚固效果将受到以下因素的影响：
        岩体的类型和结构，预应力损失主要是由岩体的蠕变引起的，对于不同的岩体类型，预应力损失的严重程度不同，当岩体相对完整且坚硬时，预应力损失相对较高，然而，当岩体相对较弱时，预应力损失相对较大，并且变形不会减小或减小得非常缓慢。
        锚固的时机在一定程度上直接影响锚固效果。锚固时机主要是指边坡开挖完成与锚固施工之间的时间间隔。考虑到大多数边坡工程采用分步法，因此锚固过程必须伴随开挖。
        开挖过程中的岩体身体的应力状态将被破坏，不仅将产生临空面，而且还会发生一些卸荷松动现象。对于不稳定的岩体，此时极有可能滑动，当岩体滑动时，将产生一定量的滑动能。此时，必须相应地增加锚固力，以克服这种滑动能量。可以看出，确定合适的锚固时间非常重要，这决定了最终的锚固效果。
        外锚段的密孔灌浆施工将对预应力产生一定的影响。当外部锚段被封孔灌浆时，由于水泥的水化反应将释放一定量的热量，这些热量将导致钢索膨胀，从而导致预应力大大降低，对于3000kN的锚索，预应力损失为33.7〜48.8kN；对于1000kN的锚索，预应力损失在15.6至27.6kN的范围内。可以看出，预应力损失与锚索坡度之间存在一定的相关性。另外，岩体本身的裂隙率也有一定的相关性，如果岩体中的裂缝较大，则可以在灌浆后填充岩体中的裂缝，这会促进岩体一定程度的膨胀变形并增加预应力。
        恶劣的环境也会对预应力产生一定的影响，例如温度变化和降雨会影响实际的锚固效果。其中，温度变化将改变岩体的温度并影响锚固力，当温度相对较高时，预应力将显着增加，而当温度较低时，预应力将显着降低。降雨因素对锚固效果的影响体现为锚固力不同程度的增加，这是因为如果岩体中的裂缝充满水，它们就会膨胀，这将使锚索处于拉伸状态，从而增加预应力。
        结语
        综上所述，在工程建设不断发展的情况下，岩质边坡越来越多，边坡的稳定性和综合治理引起了社会的广泛关注。通过合理应用锚固技术，可以有效提高岩土的强度和稳定性，减轻结构本身的重量，减少工程材料的投入，具有良好的经济效益和社会效益。
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