預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)在礦坑邊坡支護(hù)中的實踐研究

張淮皓

(江蘇省核工業(yè)二七二地質(zhì)大隊，江蘇 南京210000)

預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)在巖土工程穩(wěn)定中有著廣泛運(yùn)用，具有施工簡單、安全、成本低等優(yōu)點。在礦產(chǎn)開采過程中，礦坑邊坡失穩(wěn)是一個常見問題，對開采工作效率、安全等有著重要影響，做好礦坑邊坡支護(hù)工作十分重要。

1 預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)的設(shè)計概述

1.1 預(yù)應(yīng)力錨桿的材料設(shè)計

近些年來，預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)發(fā)展迅猛，在不同的支護(hù)工程中，使用的錨桿材料也有所差異。其中，灌漿型預(yù)應(yīng)力錨桿是坑邊坡支護(hù)中最為常用的，施工條件較低、操作簡單、加固效果顯著。在灌漿型預(yù)應(yīng)力錨桿設(shè)計中，可以分為土層錨桿和巖層錨桿兩種，根據(jù)錨桿承載力設(shè)計值大小，選用的材料分別是鋼筋、鋼絞線或高強(qiáng)鋼絲、精軋螺絞鋼筋。

1.2 預(yù)應(yīng)力錨桿的受力設(shè)計

(1)預(yù)應(yīng)力錨桿受力分析。在巖土體錨固支護(hù)中應(yīng)用的預(yù)應(yīng)力錨桿，其受力主要是拉力，其對巖土體的錨固作用原理為:深入到巖土層中的錨固桿對巖土層有一定抗拔作用力，在錨固段桿體受力時，由于錨桿與水泥砂漿之間有粘結(jié)力，會先將受力傳遞到砂漿中，然后經(jīng)砂漿傳遞到土體中。在力的傳遞過程中，荷載增加時，錨桿與水泥砂漿間的粘結(jié)力會逐漸向錨桿下端發(fā)展，當(dāng)錨固段粘結(jié)力達(dá)到最大時，就會與土體間發(fā)生相對位移，直到最大摩擦力為止。錨桿位移量在一定范圍內(nèi)是與拉力大小成正比的，但當(dāng)超過一定值時，會出現(xiàn)位移突然增大。在不增加拉力的情況下，依然會持續(xù)位移，錨桿功能被破壞。在預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)中，錨桿的承載力是此技術(shù)應(yīng)用的核心所在，其影響因素主要有:錨桿材料本身的極限抗拉強(qiáng)度值、錨桿與錨固體間極限粘結(jié)力值以及錨固體與巖土體間極限側(cè)阻力值。在各個影響因素中，其決定性作用的是巖土體與砂漿間的極限側(cè)阻力。

(2)預(yù)應(yīng)力錨桿的設(shè)計計算。根據(jù)錨桿的受力原理，在預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)應(yīng)用時，需要分別計算以下幾個值，以確保預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)達(dá)到預(yù)定效果，具體有:首先，錨桿截面積的確定。在確定錨桿截面積前，需要先明確錨桿的軸向拉力標(biāo)準(zhǔn)值(Nak)和設(shè)計值(Na)，其公式分別為:

其中，Htk是錨桿水平拉力標(biāo)準(zhǔn)值，α 是錨桿傾角;

γQ是荷載分項系數(shù)。根據(jù)公式(1)和(2)，可以確定錨桿截面積(As)為:

公式中γ0、fpy分別表示邊坡工程重要性系數(shù)、錨桿抗拉強(qiáng)度設(shè)計值，ζ2為錨筋抗拉工作系數(shù)，永久性錨桿和臨時性錨桿分別取0.60 和0.92。

其次，計算錨固體與巖土層間的錨固長度，其公式為:la≥Nak/ζ1πD frb，la、D 分別表示錨固段長度和錨固體直徑;為錨固體與巖土層間粘結(jié)強(qiáng)度特征值，采用規(guī)范規(guī)定值或現(xiàn)場試驗值;ζ1為錨固體與巖土層粘結(jié)工作系數(shù)，永久性錨桿和臨時性錨桿分別取1.00 和1.33。

(3)計算錨體材料與錨固砂漿間的錨固長度，公式為:la≥γ0Na/ζ3πnd fb，其中，la、d、n 分別表示錨桿鋼筋與砂漿的錨固長度、錨桿鋼筋直徑以及鋼筋數(shù)量;γ0表示邊坡工程重要性系數(shù)，fb為錨桿鋼筋與砂漿間粘結(jié)強(qiáng)度設(shè)計值，采用規(guī)范規(guī)定值或現(xiàn)場試驗值;ζ3為錨桿鋼筋與砂漿間粘結(jié)工作系數(shù)，永久性錨桿和臨時性錨桿分別取0.60 和0.72。

2 在礦坑邊坡支護(hù)中的實踐分析

2.1 礦坑概況

以某尾礦坑邊坡治理工程為例，礦坑為凹陷坑，坑長約為400 m，坡高在15 ～32 m 左右，坡角約為70 ～85°。礦坑周邊巖體雖然是單斜巖層，巖面與坡面相反，巖層傾角小于邊坡角，但巖體中存在大量節(jié)理裂隙，容易發(fā)生崩塌。同時，在礦區(qū)開采作業(yè)中，經(jīng)大量開采后，形成了較為陡峭的邊坡，在暴雨時，容易發(fā)生滑坡、泥石流等災(zāi)害。此外，礦坑附近有居民樓，最近居民樓與礦坑距離為12 m，一旦發(fā)生滑坡等自然災(zāi)害，會嚴(yán)重威脅周邊居民的生命財產(chǎn)安全，故而，此尾礦坑邊坡定為一級邊坡進(jìn)行處理。

2.2 預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)的設(shè)計與施工

(1)預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)的設(shè)計。在預(yù)應(yīng)力錨桿設(shè)計中，收集本尾礦坑工程的巖土工程參數(shù)，包括邊坡場地巖石密度、巖體堅硬程度、抗剪強(qiáng)度和基本質(zhì)量等基本材料，通過變坑整體穩(wěn)定性分析，來確定邊坡支護(hù)設(shè)計的參數(shù)。然后根據(jù)上述預(yù)應(yīng)力錨固設(shè)計的相關(guān)計算公式，就可以確定各項設(shè)計值，其中，錨桿總軸向拉力標(biāo)準(zhǔn)值Nak≥2 157 KN，錨桿總軸向拉力設(shè)計值Na≥2 805 KN，錨桿總長度超過37 m，截面積為3.55 ×10－3㎡。

(2)預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)的施工。為確保預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)起到預(yù)定的錨固效果，還需要做好施工過程的控制，具體要點有:首先是邊坡噴錨施工。鉆孔過程要根據(jù)設(shè)計的錨桿直徑來確定孔徑，按照圖紙的角度做好鉆孔工作，水平和垂直方向的孔距偏差應(yīng)分別控制在50 ～100 mm 以內(nèi)。其次是做好注漿壓力控制，漿液中要添加適量膨脹劑，注漿管要與錨桿同時放入鉆孔中，邊注漿邊提注漿管，至孔口冒漿為止。在預(yù)應(yīng)力張拉過程中，要在砂漿強(qiáng)度、噴射砼強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)后，才能開始張拉錨桿，先張拉至設(shè)計荷載1.05 倍并維持5 ～10 min，后張拉至0.65 倍設(shè)計值將錨桿鎖定。

(3)重視防腐施工。防腐對于錨桿使用壽命起著重要保護(hù)作用，桿體表面要用防腐漆處理，再包裹塑料布，重復(fù)三次形成三度防腐，最后還需要2.5 cm 以上厚的水泥漿層來封閉防腐;錨頭的防腐要經(jīng)兩次除銹、涂防腐漆，然后用5 cm 以上厚的混凝土層保護(hù)。

(4)做好排水施工。礦坑邊坡的排水包括頂部排水和坡面排水，前者可以直接開挖排水溝，后者需要在坡面設(shè)置泄水孔，并在孔后做反濾層。

3 結(jié) 語

綜上所述，預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)可以起到良好的礦坑邊坡支護(hù)作用，能夠有效對礦坑作業(yè)的安全。隨著我國礦產(chǎn)資源需求的不斷增加，礦坑作業(yè)規(guī)模越來越大，加強(qiáng)預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)的研究，將其正確應(yīng)用于礦坑邊坡支護(hù)實踐中，有著重要現(xiàn)實意義。

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