巖土工程邊坡治理中巖土錨固技術(shù)的應(yīng)用

張德明

（中冶京誠工程技術(shù)有限公司，北京 100176）

1 巖土工程邊坡治理

1.1 技術(shù)內(nèi)涵

邊坡是自然或者人工形成的斜坡。隨著各項基礎(chǔ)建設(shè)的不斷增多，在邊坡上開展工程也變得非常常見。但很多時候，邊坡失穩(wěn)很可能會造成嚴(yán)重的人身及財產(chǎn)安全，如地震、洪水引起的塌陷、滑坡和泥石流等，都嚴(yán)重威脅著國家和人民的財產(chǎn)安全。巖土工程邊坡治理就是通過對山體和人工邊坡的不穩(wěn)定因素如滑坡、坍塌、崩塌、剝落等，采取必要的預(yù)防措施進(jìn)行危險排除，從而避免邊坡失穩(wěn)對人們的生命及財產(chǎn)造成損失。

1.2 技術(shù)特點(diǎn)

（1）綜合性。邊坡治理是在土力學(xué)和巖石力學(xué)上延伸并發(fā)展出來的特殊工程，并朝著多學(xué)科綜合發(fā)展的方向演進(jìn)，與現(xiàn)代數(shù)學(xué)力學(xué)融合成為現(xiàn)代的邊坡工程學(xué)?，F(xiàn)在，邊坡工程學(xué)中還加入了信息科學(xué)、突變理論等新理論，綜合性極高，而且對邊坡工程學(xué)的研究也形成了非常龐大的規(guī)模。

（2）復(fù)雜性。邊坡治理技術(shù)的復(fù)雜性，具體體現(xiàn)在地質(zhì)、設(shè)計以及施工的復(fù)雜性上。地質(zhì)復(fù)雜性主要表現(xiàn)為邊坡的成因多種多樣，判斷是否會發(fā)生滑坡、坍塌、崩塌等病害，需要通過勘察手段徹底調(diào)查清楚邊坡的地形地貌、地質(zhì)、性質(zhì)、成因類型、規(guī)模等，以分析評價滑坡穩(wěn)定狀況、發(fā)展趨勢及對未來周邊建筑或場地的危害程度等，進(jìn)而為確定治理方案提供基礎(chǔ)資料。設(shè)計的復(fù)雜性包括對勘察資料的數(shù)據(jù)分析、治理方案的選擇、施工方案的確定，不僅要安全也要經(jīng)濟(jì)，同時還要考慮施工的可行性、便捷性。施工的復(fù)雜性主要涉及大型機(jī)械進(jìn)場施工工藝控制，如何準(zhǔn)確按設(shè)計施工，同時還要密切關(guān)注地質(zhì)是否存在突變等。

1.3 邊坡治理的原則

（1）固腳。通過多種技術(shù)途徑將邊坡坡腳進(jìn)行加固，減少邊坡開挖后坡腳處的應(yīng)力集中，從而避免坡腳被損壞，產(chǎn)生滑移。

（2）強(qiáng)腰。對邊坡中部進(jìn)行加固，減少傳遞至坡腳處的荷載。

（3）減載。減少邊坡上部的巖體數(shù)量，減小下滑力。

（4）排水。水是邊坡穩(wěn)定與否的關(guān)鍵因素之一，尤其是土質(zhì)邊坡，重點(diǎn)要避免地表水滲入山體降低山體巖土的黏聚力及內(nèi)摩擦角。

2 巖土錨固技術(shù)

2.1 技術(shù)說明

巖土錨固技術(shù)就是在巖體上鉆孔把錨桿（索）等打入巖體，讓巖體表層與穩(wěn)定的深層巖體形成整體，從而提高巖土強(qiáng)度和穩(wěn)定能力。巖土錨固的基本原理就是利用錨桿（索）提供主動拉力，并通過格構(gòu)梁轉(zhuǎn)換為對巖體的壓力，從而將下滑力傳遞給穩(wěn)定的巖層或土體的錨固體系，以保持邊坡的穩(wěn)定。根據(jù)是否預(yù)先施加預(yù)應(yīng)力，將該技術(shù)分為兩類，一類是預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)，長度一般在12～50m，主動受力；另一類是非預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)，被動受力，長度一般在12m以下。巖土錨固技術(shù)被大量使用在邊坡治理工程中，應(yīng)用非常廣泛。

2.2 技術(shù)原理

巖土錨固技術(shù)主要是通過錨桿和錨固體、穩(wěn)定巖層之間的作用力，形成穩(wěn)定的力學(xué)形態(tài)，即利用錨桿（索）錨固段的抗拔能力，通過錨桿（索）將邊坡產(chǎn)生的下滑力傳遞于穩(wěn)定地層內(nèi)，將穩(wěn)定與不穩(wěn)定地層構(gòu)成一個結(jié)構(gòu)體系，從而維持巖體邊坡穩(wěn)定。

2.3 錨固技術(shù)構(gòu)造

（1）錨桿構(gòu)成。錨桿可根據(jù)受力狀況、材料、設(shè)計使用期限、施工方法等進(jìn)行分類，各種分類名目繁多，本質(zhì)就是在受拉桿件錨桿（索）以及填充砂漿的基礎(chǔ)上進(jìn)行提升改進(jìn)。目前，在邊坡治理工程中使用數(shù)量較多的灌漿錨桿就是其中之一，此處主要介紹普通水泥砂漿全長黏結(jié)錨桿（索）構(gòu)造。此類型錨桿（索）主要由錨頭、錨固體組成。錨頭，即錨桿外端用于錨固或鎖定錨桿拉力的部件，保證錨桿不脫落，切實(shí)保證錨桿的穩(wěn)固性；錨固體分為錨固段和自由段，錨固段通過錨桿（索）將下滑力傳遞給穩(wěn)定地層從而產(chǎn)生抗滑力，自由段將錨頭拉力傳至錨固段的中間區(qū)段，由錨拉筋、防腐構(gòu)造和注漿體組成。

（2）錨桿破壞形式。在實(shí)際的施工中，經(jīng)常會出現(xiàn)錨桿破壞的問題，主要分為以下幾類：第一類是錨桿存在抗拉力不足的問題，具體表現(xiàn)為錨拉桿被拉斷；第二類是砂漿握裹力不足，具體表現(xiàn)為錨桿從砂漿界面中脫出；第三類是巖體抗剪強(qiáng)度不足，具體表現(xiàn)形式為錨桿與砂漿整體從巖土中被拔出。

（3）灌漿錨桿承載力測算。如果出現(xiàn)了以上錨桿破壞問題，很可能是因?yàn)殄^桿的承載力測算不足或富余量不足，導(dǎo)致承載力過大，主要的計算公式有針對錨桿極限拉力T和極限握裹力T1的計算。錨桿極限拉力按式（1）計算，錨桿的極限握裹力按式（2）計算。

式中：σg為鋼筋的極限拉力；Ag為鋼筋的橫截面積；d為鋼筋的直徑；Le為錨固體長度；u為水泥砂漿的平均握力，一般取值為砂漿標(biāo)準(zhǔn)抗壓強(qiáng)度的1/10～1/5。

3 巖土錨固技術(shù)的應(yīng)用

實(shí)際工程應(yīng)用過程，往往是錨桿與其他支擋結(jié)構(gòu)聯(lián)合使用，如錨桿與鋼筋混凝土樁聯(lián)合使用、錨桿與鋼筋混凝土格構(gòu)梁聯(lián)合使用等。下面以實(shí)際工程為例介紹錨桿的具體應(yīng)用。

3.1 滑坡處現(xiàn)場地形及地質(zhì)情況

某道路工地屬丘陵區(qū)山間溝谷地貌單元，斜坡自然坡度為25～38°，坡向約310°，近東南-西北向。斜坡坡面為填土層、沖洪積層覆蓋；斜坡植被較發(fā)育，以經(jīng)濟(jì)林為主，坡腳為在建城市快速通道。由于快速通道施工建設(shè)，在原始斜坡坡腳進(jìn)行分級放坡開挖，在斜坡前緣形成高約19.0m的臨空面。2011年，項目因故停工，停工期間該段路塹邊坡發(fā)生不同程度的破壞；2014年復(fù)工，隨著項目建設(shè)速度的加快，邊坡持續(xù)發(fā)生變形，主要表現(xiàn)為坡面滑塌、坡面裂縫、坡頂裂縫、坡前涵洞被拱起破壞。

3.2 成因分析

從滑坡區(qū)所處的地質(zhì)環(huán)境條件、發(fā)生時間、變形現(xiàn)象等分析，滑坡形成因素主要有地形地貌、巖土性質(zhì)、地質(zhì)構(gòu)造、水的作用及降雨等。

（1）地形條件。雖然滑坡地段原始坡度較小，地勢相對平緩，但人工邊坡開挖使邊坡變陡，邊坡開挖后形成臨空面，為滑坡體滑塌提供了空間條件。

（2）巖土性質(zhì)。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查及原地勘資料顯示，邊坡巖層主要由填土、含角礫粉質(zhì)黏土、砂土狀強(qiáng)風(fēng)化泥巖、碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化泥巖、粉砂巖、中風(fēng)化泥巖、粉砂巖組成，滑坡體主要由含角礫粉質(zhì)黏土、砂土狀強(qiáng)風(fēng)化泥巖構(gòu)成。邊坡開挖后經(jīng)歷多次強(qiáng)降雨，坡體中的泥巖在地下水浸泡作用下急劇軟化、泥化，強(qiáng)度急劇降低，進(jìn)而發(fā)生滑動。

（3）地質(zhì)構(gòu)造?；聟^(qū)范圍內(nèi)巖體破碎，根據(jù)對滑坡區(qū)外出露的地層進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)查，并結(jié)合相關(guān)地勘資料，該區(qū)域巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，為地表水下滲提供了有利的條件。

（4）地表水、地下水。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，滑坡體上部未見其他地表水體及泉眼，大氣降水是場地地下水的主要補(bǔ)給來源。一方面，地表水對開挖坡面及地表巖土體形成強(qiáng)烈沖刷；另一方面，部分地表水通過裂隙滲入巖體內(nèi)，形成地下水，對潛在滑裂面起到軟化、潤滑作用。

（5）強(qiáng)降雨等誘發(fā)因素。強(qiáng)降雨使得潛在滑坡體充水飽和，下滑力增加，而雨水滲入滑裂面內(nèi)，起到潤滑作用，降低了巖土體的力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)，最終使得滑坡體突破臨界穩(wěn)定狀態(tài)而產(chǎn)生蠕動變形，如圖1、圖2所示。

綜上所述，在地形地貌條件、巖土性質(zhì)、地質(zhì)構(gòu)造、水和降雨的綜合作用下，最終導(dǎo)致斜坡的不穩(wěn)定。

3.3 滑坡處理方案

圖1 邊坡坡面坍塌照片

圖2 滑動面位置示意圖

（1）坡腳處設(shè)置抗滑擋土墻，第一級邊坡平臺處設(shè)置錨索抗滑樁樁上部設(shè)預(yù)應(yīng)力錨索，錨固段設(shè)在巖層中。

（2）滑坡范圍內(nèi)第二、三級邊坡設(shè)置預(yù)應(yīng)力錨索框架格構(gòu)梁防護(hù)，錨固段設(shè)在中微風(fēng)化灰?guī)r層中。

（3）為有效及時地排除邊坡坡體內(nèi)的地下水，在第一、二級邊坡上設(shè)置深層仰斜式排水孔。

（4）第四級邊坡采用人字形骨架+植草灌護(hù)坡防護(hù)，在邊坡各級平臺及坡頂設(shè)置截水溝。

施工完成后，投入使用已4年有余，目前該工程使用一切正常。

4 結(jié)束語

總之，如今錨固技術(shù)已經(jīng)成為最普遍的一種技術(shù)。各種實(shí)踐證明，巖土錨固技術(shù)的穩(wěn)定性是非常高的，已經(jīng)成為巖土工程中的核心之一，特別是在針對邊坡治理的工程中，錨固技術(shù)已較為成熟。未來，該項技術(shù)將會被運(yùn)用到更多的工程中，發(fā)揮出它的真正“實(shí)力”。當(dāng)然，錨固技術(shù)有效的發(fā)揮必須建立在準(zhǔn)確、詳實(shí)的地質(zhì)勘察基礎(chǔ)上，同時錨桿的施工技術(shù)要求也比較高，因此對施工的組織、管理也是確保工程安全的必要措施之一。