巖土工程邊坡治理中的預(yù)應(yīng)力錨索技術(shù)

何興熠

摘要：巖土工程邊坡失穩(wěn)容易引發(fā)較大的安全事故，造成巨大的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，加強(qiáng)對(duì)巖土工程邊坡治理成了一個(gè)具有理論和實(shí)踐雙重價(jià)值的研究課題。本文將詳細(xì)分析預(yù)應(yīng)力錨索技術(shù)在巖土工程邊坡治理中應(yīng)用的優(yōu)勢，探討巖土工程邊坡錨固技術(shù)作用機(jī)理，并就具體應(yīng)用提出了幾點(diǎn)建議。

關(guān)鍵詞：巖土工程；邊坡治理；預(yù)應(yīng)力錨索

預(yù)應(yīng)力錨索技術(shù)作為一種新型邊坡加固技術(shù)，在巖土工程邊坡治理中具有施工便捷、經(jīng)濟(jì)合理、安全可靠的特點(diǎn)。預(yù)應(yīng)力錨索通過預(yù)應(yīng)力的作用，能夠控制邊坡的下滑作用力，同時(shí)能夠使邊坡巖土體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)形成完整的整體，發(fā)揮出自身的承載能力，本文通過系統(tǒng)總結(jié)巖土工程邊坡治理的預(yù)應(yīng)力錨索技術(shù)，對(duì)相關(guān)設(shè)計(jì)、施工及監(jiān)測等環(huán)節(jié)進(jìn)行詳細(xì)研究，供廣大從業(yè)者借鑒參考。

1.預(yù)應(yīng)力錨索技術(shù)在巖土工程邊坡治理中的優(yōu)勢

在巖土工程邊坡治理項(xiàng)目中，預(yù)應(yīng)力錨索能夠?qū)r土邊坡的受力情況進(jìn)行控制，當(dāng)巖土邊坡出現(xiàn)變形，能夠及時(shí)進(jìn)行應(yīng)力調(diào)整，以實(shí)現(xiàn)提高巖土邊坡承載力的目的，預(yù)應(yīng)力錨索在邊坡治理的環(huán)節(jié)中，能夠顯著減少結(jié)構(gòu)本身的自重，能夠發(fā)揮出強(qiáng)大的支護(hù)效果，同時(shí)在施工中要求形成一定的坡度，能夠控制巖石的開挖量，有效減少對(duì)邊坡土壤的破壞，具有一定的生態(tài)環(huán)境效益。在進(jìn)行實(shí)際施工環(huán)節(jié)，現(xiàn)場施工技術(shù)對(duì)施工質(zhì)量影響較為顯著，實(shí)際操作的難度不大，安全風(fēng)險(xiǎn)較低，不需要大型設(shè)備施工，對(duì)邊坡結(jié)構(gòu)不會(huì)產(chǎn)生較大的擾動(dòng)，能夠有效控制自然災(zāi)害的發(fā)生。在巖土工程邊坡治理項(xiàng)目中，應(yīng)用預(yù)應(yīng)力錨索的優(yōu)勢明顯，能夠在施工中根據(jù)地質(zhì)情況進(jìn)行調(diào)整，能夠?qū)崿F(xiàn)良好的施工。

2.巖土工程邊坡錨固技術(shù)作用機(jī)理

2.1錨固機(jī)理

巖土工程邊坡治理應(yīng)用預(yù)應(yīng)力錨索技術(shù)，主要是通過錨索在緊貼巖土體產(chǎn)生摩擦力來實(shí)現(xiàn)。錨索鉆孔施工中，會(huì)對(duì)斜坡軟弱結(jié)構(gòu)面進(jìn)行分割，形成一塊塊相互聯(lián)結(jié)的板狀巖體，使其在結(jié)構(gòu)上形成一個(gè)整體，能夠有效提高邊坡的穩(wěn)定性。預(yù)應(yīng)力錨索技術(shù)的主要作用機(jī)理有兩方面，第一是通過預(yù)應(yīng)力錨索來減少巖土體的下滑作用力。第二是通過增加潛在滑面上的作用力，提高潛在滑面的摩擦阻力。巖土體預(yù)應(yīng)力錨索發(fā)生作用后，會(huì)將其聯(lián)結(jié)成一個(gè)有機(jī)的整體，能夠提高整體的抗拉、抗剪和整體強(qiáng)度，減少滑坡作用力的破壞，與此同時(shí)，還能夠增強(qiáng)巖土體自身結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的發(fā)揮，以起到穩(wěn)定邊坡的效果。

2.2錨固形式

預(yù)應(yīng)力錨索當(dāng)施工完畢達(dá)到有效的錨固長度時(shí)，能夠使施工邊坡的巖土體結(jié)構(gòu)形成一個(gè)整體，錨索通過分擔(dān)的作用，對(duì)巖土體的自重和外部荷載起到抵抗的作用，尤其是在巖土體開裂現(xiàn)象出現(xiàn)時(shí)，這種分擔(dān)的作用發(fā)揮更加明顯。預(yù)應(yīng)力錨索屈服延遲復(fù)合體的變形，對(duì)巖土體整體性的破壞和大規(guī)模的坍塌起到一定的抑制作用。預(yù)應(yīng)力錨索施工完畢后，一般會(huì)鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)片或者噴射混凝土，提高巖土體的整體強(qiáng)度的同時(shí)，還能有效避免因強(qiáng)降雨對(duì)坡面的沖刷破壞。

3.巖土工程邊坡預(yù)應(yīng)力錨索治理的影響因素

3.1成孔質(zhì)量

巖土工程邊坡預(yù)應(yīng)力錨索治理的關(guān)鍵因素之一為鉆孔質(zhì)量及鉆孔的深度、孔徑和孔道的直線度。在進(jìn)行施工的過程中，主要采取沖擊回轉(zhuǎn)鉆孔，由于巖土工程邊坡坡面施工，大型機(jī)械施工的困難大，只能采用便攜式的鉆機(jī)固定在腳手架上，但是鉆孔的過程中會(huì)產(chǎn)生劇烈的震動(dòng)，導(dǎo)致成孔后會(huì)呈現(xiàn)出下凹曲線，待到后期進(jìn)行張拉封孔時(shí)，鋼絞線會(huì)產(chǎn)生受力不均勻的現(xiàn)象，影響到鋼絞線彈性性能的發(fā)揮。

3.2編索與下索

鋼絞線的編索與下索是確保自由端鋼索與水泥砂漿的粘接穩(wěn)固的因素。巖土工程邊坡預(yù)應(yīng)力錨索的具體要求是支架牢固穩(wěn)定，鋼絞線表面無銹蝕并打磨黃油，用塑料軟管包裹嚴(yán)密。上述操作過程，都會(huì)對(duì)巖土工程邊坡預(yù)應(yīng)力錨索的張拉和預(yù)應(yīng)力的發(fā)揮產(chǎn)生影響。對(duì)于多根鋼絞線編成的錨索應(yīng)確保鋼絞線之間不能旋轉(zhuǎn)，不能扭曲，否則會(huì)導(dǎo)致鋼絞線之間相互產(chǎn)生障礙，在進(jìn)行張拉時(shí)，預(yù)應(yīng)力達(dá)不到設(shè)計(jì)值，影響到最終的治理效果。

3.3注漿

巖土工程邊坡預(yù)應(yīng)力錨索進(jìn)行注漿時(shí)，首先應(yīng)該確保漿體的水灰比在控制范圍內(nèi)，保障注漿過程的連續(xù)不間斷，若應(yīng)用導(dǎo)管進(jìn)行注漿時(shí)，提管速度要準(zhǔn)確控制，避免出現(xiàn)漿體斷開，孔內(nèi)渣土混雜到漿液中降低了注漿體的強(qiáng)度，同時(shí)還有可能會(huì)影響到預(yù)應(yīng)力錨索的錨固段和自由端的長度，這都會(huì)降低最終的錨固效果。

3.4錨墩與墊板

巖土工程邊坡預(yù)應(yīng)力錨索的錨墩的制作最重要的技術(shù)指標(biāo)就是強(qiáng)度，主要發(fā)揮的作用是承受預(yù)應(yīng)力產(chǎn)生的壓力。錨墊板應(yīng)與錨墩頂面粘接牢固，不能留有空隙，與鉆孔的軸線呈90度直角狀態(tài)，主要目的是避免錨索的偏心受力，并減少靠近錨墩處的鋼絞線的應(yīng)力集中，錨墩偏斜可能會(huì)引起錨墩損壞或鋼絞線折斷的現(xiàn)象，需要引起高度注意。

3.5測力計(jì)與張拉設(shè)備

預(yù)應(yīng)力錨索測力計(jì)是監(jiān)測錨索的重要設(shè)備，目前普遍采用的是振弦測力計(jì)，主要的工作原理通過將拉緊的鋼弦與測力計(jì)油缸活塞相連，用激發(fā)電路促使鋼弦產(chǎn)生振動(dòng)，通過收集振動(dòng)的頻率，計(jì)算換算出拉力值。此類儀器易受到溫度的影響，且此類產(chǎn)品不同生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的產(chǎn)品性能良莠不齊，可能會(huì)造成較大的誤差。因此在正式使用前，應(yīng)該進(jìn)行嚴(yán)格的測試和標(biāo)定，以挑選優(yōu)良的產(chǎn)品，確保測力準(zhǔn)確性。除此之外，在進(jìn)行施工過程中還需要用到液壓張拉設(shè)備，液壓張拉設(shè)備容易受到其他因素的影響出現(xiàn)讀數(shù)誤差的現(xiàn)象，為確保張拉設(shè)備的準(zhǔn)確性，需要定期地進(jìn)行標(biāo)定和維護(hù)。

3.6超張拉

在巖土工程邊坡預(yù)應(yīng)力錨索治理施工環(huán)節(jié)，超張拉常用于預(yù)應(yīng)力損失彌補(bǔ)，但是在超張拉的過程中，如有不慎就會(huì)導(dǎo)致鋼絞線拉斷，造成錨索內(nèi)部鋼絞線的受力不均，對(duì)整體的錨固效果造成影響。因此，應(yīng)該制定詳細(xì)的施工工序要求，對(duì)施工班組作業(yè)人員進(jìn)行培訓(xùn)和技術(shù)交底，以確保超張拉能夠達(dá)到預(yù)期的效果。除此之外，超張拉的效果還與成錨質(zhì)量、鋼材性能存在聯(lián)系，這些問題都需要密切關(guān)注。

4.巖土工程邊坡治理中預(yù)應(yīng)力錨索技術(shù)的應(yīng)用

4.1巖土工程邊坡治理中預(yù)應(yīng)力錨索的設(shè)計(jì)

預(yù)應(yīng)力錨索設(shè)計(jì)需要根據(jù)加固邊坡的環(huán)境來進(jìn)行考慮，一般宜選擇繩索形式和布局，確定錨索的承載以及錨固長度等基本參數(shù)。首先需要開展的工作是實(shí)地踏勘，尤其是錨固區(qū)域，要進(jìn)行工作介質(zhì)性質(zhì)實(shí)驗(yàn)及收集相關(guān)工程資料，掌握錨索設(shè)計(jì)的相關(guān)參數(shù)。其次要進(jìn)行具體的設(shè)計(jì)計(jì)算，其中包含了錨索與巖土層的固定方法，以及錨索可能會(huì)出現(xiàn)的破壞形式，計(jì)算錨索在巖土層中的埋深，同時(shí)還要兼顧到群錨的相互作用關(guān)系，計(jì)算出合理的錨固力和錨固長度，具體設(shè)計(jì)的流程如圖2所示。

在完成預(yù)應(yīng)力錨索設(shè)計(jì)之后，還需要進(jìn)行防腐措施的設(shè)計(jì)，預(yù)應(yīng)力錨索埋深在巖土層之中，長期受到高應(yīng)力的影響，加上巖土體中的水、氣體、濕度以及其他化學(xué)物質(zhì)的相互影響，很容易出現(xiàn)腐蝕破壞，必須要對(duì)其進(jìn)行防腐措施，以延長錨索的使用壽命，提高錨索的使用強(qiáng)度。在進(jìn)行預(yù)應(yīng)力錨索防腐設(shè)計(jì)之前，需要做好檢測工作，即根據(jù)治理邊坡的巖土層腐蝕性以及巖土工程的重要性來確定防腐等級(jí)，工程實(shí)踐中常采用構(gòu)建高堿性環(huán)境來使得預(yù)應(yīng)力錨索鋼絞線鈍化或采用覆蓋層或防腐套來進(jìn)行防腐處理。

4.2預(yù)應(yīng)力錨索的施工工藝設(shè)計(jì)

巖土工程邊坡治理中預(yù)應(yīng)力錨索施工，是指將錨索全部構(gòu)架與邊坡巖體組成一個(gè)整體，再具體施工環(huán)節(jié)涉及了鉆孔、制作束體并將束體放入到錨固孔中，固定束體下端、制作外錨頭，然后施加預(yù)應(yīng)力來完成剩余的施工工作。對(duì)于施工工藝的設(shè)計(jì)，應(yīng)該充分考慮設(shè)計(jì)的要求和調(diào)查實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，架設(shè)施工平臺(tái)，施工平臺(tái)的架設(shè)需要注意施工平臺(tái)和承載的大小、數(shù)量是否滿足施工的要求，在鉆孔的過程中，潛孔鉆機(jī)鉆孔的過程中可能會(huì)引起孔內(nèi)坍塌導(dǎo)致埋鉆和卡鉆的問題，要額外注意這些情況的發(fā)生，選擇合理的鉆孔參數(shù)。錨索的編制應(yīng)該做好檢查和表示工作，尤其是要注意擠壓頭的檢驗(yàn)和防護(hù)，做好安全準(zhǔn)備工作，根據(jù)施工所在的地質(zhì)環(huán)境，宜優(yōu)先采用束體放孔的方式，并進(jìn)行注漿固定；在進(jìn)行張拉鎖定時(shí)，需要提前做好張拉的準(zhǔn)備，選擇合理的張拉方法，并注重補(bǔ)償工作。

4.3預(yù)應(yīng)力錨索施工完畢的動(dòng)態(tài)監(jiān)測

對(duì)于預(yù)應(yīng)力錨索加固工程的監(jiān)測包含了諸多內(nèi)容，如預(yù)應(yīng)力錨索試驗(yàn)、預(yù)應(yīng)力錨索加固工程檢測及定期的檢測和維護(hù)。根據(jù)施工流程的時(shí)間來看，首先進(jìn)行預(yù)應(yīng)力錨索試驗(yàn)，其中包含了驗(yàn)證性試驗(yàn)、適應(yīng)性試驗(yàn)和驗(yàn)收試驗(yàn)，這一系列的流程操作主要目的是驗(yàn)證是否能夠滿足設(shè)計(jì)的要求，以確保達(dá)到邊坡治理加固的目的；其次進(jìn)行的預(yù)應(yīng)力錨索加固工程檢測，主要對(duì)所采用的原材料、工序記錄、性能實(shí)驗(yàn)報(bào)告、施工異常等問題的處理的檢測，確保預(yù)應(yīng)力錨索是按圖施工、按標(biāo)準(zhǔn)施工，以確保工程質(zhì)量。最后進(jìn)行的定期檢測維護(hù)，也就是對(duì)整體完工后的定期檢測與維護(hù)，需要應(yīng)用現(xiàn)代監(jiān)測設(shè)備，對(duì)巖土工程邊坡的位移情況進(jìn)行監(jiān)測，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，及時(shí)進(jìn)行處理，以提高預(yù)應(yīng)力錨索發(fā)揮作用的時(shí)間，確保邊坡治理安全可靠。

5.巖土工程邊坡治理中預(yù)應(yīng)力錨索施工的質(zhì)量控制

5.1加強(qiáng)施工質(zhì)量控制

巖土工程邊坡預(yù)應(yīng)力錨索施工與其他項(xiàng)目一樣，都必須要堅(jiān)持質(zhì)量第一的原則，要根據(jù)所治理的區(qū)域構(gòu)建完整的質(zhì)量控制體系，需要從原材料進(jìn)場開始加強(qiáng)對(duì)各工序的控制，巖土工程邊坡預(yù)應(yīng)力錨索所用到的鋼絞線、水泥等都必須要事先送檢，合格后方可投入使用。除此之外，在上文中已經(jīng)反復(fù)強(qiáng)調(diào)了錨索鉆孔的成孔質(zhì)量對(duì)錨索整個(gè)施工質(zhì)量的影響非常大，要必須按照設(shè)計(jì)內(nèi)容來進(jìn)行鉆孔，確保鉆孔的深度達(dá)標(biāo)，在進(jìn)行注漿的過程中，必須要保障錨索的錨固長度和注漿飽滿度，在進(jìn)行下索和注漿時(shí)要進(jìn)行巡視檢查。

5.2優(yōu)化施工布置

為確保巖土工程邊坡預(yù)應(yīng)力錨索施工的質(zhì)量與安全，需要事先做好施工布置工作，巖土工程邊坡預(yù)應(yīng)力錨索實(shí)際施工過程中，易受到多因素的影響，如邊坡結(jié)構(gòu)的因素、坡面坡度的影響等，會(huì)在一定程度上影響到施工的進(jìn)度。因此，在現(xiàn)場施工過程中，必須要結(jié)合施工工況，對(duì)現(xiàn)場布置方案進(jìn)行合理的確定和優(yōu)化，如遇到吊裝難度較大時(shí)，為了解決這一問題，可以將施工布置方案進(jìn)行合理優(yōu)化，將半成品的錨索吊裝到安裝平臺(tái)進(jìn)行組裝，以提高下索的效率，保障施工進(jìn)度。

6.結(jié)束語

綜上所述，預(yù)應(yīng)力錨索技術(shù)通過錨索錨固到巖層當(dāng)中形成一個(gè)整體，起到加固治理的作用，在巖土工程邊坡治理中有巨大的應(yīng)用價(jià)值。在施工的過程中，巖土工程邊坡預(yù)應(yīng)力錨索施工受到了成孔質(zhì)量、編索與下索、注漿、錨墩與墊板、錨墩與墊板、測力計(jì)與張拉設(shè)備、超張拉等因素的影響，這些因素一方面需要加強(qiáng)設(shè)計(jì)和監(jiān)測來規(guī)避，另一方面還需要加強(qiáng)施工質(zhì)量控制和現(xiàn)場施工步驟來進(jìn)行改善。只有這樣才能夠真正發(fā)揮出預(yù)應(yīng)力錨索在巖土工程邊坡治理中的效果，保證工程項(xiàng)目的可靠性和安全性。

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