所属栏目：矿业论文范文发布时间：2011-02-25浏览量:141
副标题#e#摘要：岩土锚杆支护技术随着城市建设的发展越来越多的应用于边坡支护，了解岩土锚杆受力机理对目前锚杆设计水平和减少工程事故及降低工程造价具有指导意义。论文首先阐述了锚杆作用力的产生机理，并结合实际工程重点探讨了岩土锚固在边坡支护中的应用，仅供参考。
关键词：岩土锚固，作用机理，应用
1锚杆作用力的产生机理
锚杆是在岩土体内部通过与围岩相互作用发挥支护和加固作用的，其锚固作用体现为径向和切向锚固力的作用，径向锚固力与普通框式支护所提供的支护力类似，通过对围岩施加围压，将围岩由单向、双向受力状态化为双向、三向受力状态，提高围岩的稳定性；锚杆贯穿围岩中的弱面，因此切向锚固力改善了弱面的力学性质，从而改善了围岩的力学性质。因此锚杆是兼有支护和加固两种作用的较完美的支护形式。径向锚固力主要起支护作用，切向锚固力主要起加固作用。下面分别对其作用机理做出分析研究。
1）锚杆径向锚固的作用机理。锚杆的轴向变形模量大于岩体的轴向变形模量，其横向变形模量则小于岩体横向变形模量，导致相同应力场作用下两者所产生不同的变形(趋势)，进而产生锚杆的轴向作用力。该力的产生方式因锚固方式的不同而有所差异：机械式锚固时，轴向作用力主要靠锚杆与岩体间的摩擦作用产生；粘结式锚固时，轴向作用力靠由锚固剂所形成的锚杆与围岩间的粘结及摩擦作用而产生。
2）锚杆切向锚固的作用机理
锚杆的切向作用力指锚杆因对围岩沿锚杆轴向以外的任意方向发生剪切变形及围岩间相对位移的约束作用而在横截面及斜截面上所产生的剪应力以及在粘结面(锚杆表面)上所产生的法向应力。这种约束作用主要包括阻止围岩沿弱面滑移、阻止围岩中产生新的剪切破坏面以及阻止围岩中的块体产生相对回转等作用。通常，在一定应力场的作用下，岩体中会产生以下类型的横向位移或位移趋势：各部分间会沿弱面发生相对错动；沿特定方向产生新的剪切破坏面并沿此破坏面发生错动；碎块状岩体发生转动。安装锚杆后这些横向位移将受到锚杆的约束，锚杆中的切向作用力也由此而产生。
2岩土锚固在边坡支护中的应用
2.1工程概况
广州市番禺区石楼镇莲花山爱民五街边坡位于莲花山公园南面、莲花中路与西门路交汇处。边坡长度约260m，坡脚高程1.5～2.0m，坡顶高程13.50～25.50m，坡高12～23m，坡度75～85°，局部呈直立。边坡总体走向为NNE向。
工程区为低山丘陵地貌，原地形为斜坡地形，地形原坡度25°～40°。坡顶部植被茂盛，坡面为裸露的白垩系含砾泥钙质砂岩，山峰平缓。坡脚为当地居民住宅楼，楼高2～4层，个别5层。近三十年来，当地居民于坡脚修建住宅，开挖山体形成了该人工边坡。坡脚居民住宅楼距坡面最近地段不足1m。边坡为岩质边坡，边坡岩体主要为强风化、中风化粉砂岩，裂隙发育。
2.2边坡稳定性分析与评价
影响边坡失稳破坏的因素有很多，区域地质与地理条件、岩土体结构面特征（产状与延伸状况）、构造带、组成边坡的岩土体强度、岩土体结构特征、岩体风化破碎程度、边坡高度和坡度等是决定边坡稳定状况的基本因素，而水的作用是边坡失稳破坏的诱发因素。地质灾害危险性评估和边坡地质灾害勘查结果表明，本区区域构造活动不明显，属于基本稳定，本边坡也无构造带经过，也未发现延伸规模较大的结构面，均无强烈的地下水活动，边坡的岩土体组成也呈现出由上而下分别为残积土层、强风化岩和中风化岩的分布特点，岩性也基本一致，仅仅是岩体结构（产状与坡向、岩层厚度、裂隙发育程度）的差异。综上分析，造成本边坡块石坠落和局部崩塌的主要因素是：岩土体结构构造与地形地貌（边坡高度与坡度）差异所致。本边坡为层状岩质斜向坡，边坡坡面走向变化较大，主要为20～40°，而岩层层#p#副标题#e#面的主要走向为125～140°，岩层层面与坡面走向大角度斜交，且岩层层面较缓，倾向坡外，总体而言对边坡稳定有利；另经钻探、坑（槽）探和坡面观察，均未发现大的构造带从本区经过，钻探岩心采取率较高，可以判断坡体内部岩体的构造节理裂隙并不发育，坡面节理发育是开挖卸荷所产生的张拉裂隙；边坡坡面渗水现象少，可以推断边坡坡体内部裂隙并不发育或连通性较差；组成边坡的岩体为粉砂岩，具有一定的强度，但抗风化能力较差，坡面崩塌和坠石是开挖卸荷造成的张拉裂隙切割层状岩体，长期暴露风化的结果。通过上述分析，边坡治理的重点是：①清除或加固坡面的局部不稳定岩体；②加固坡顶的松散层，防止残坡积土层沿岩土分界面滑移；③对已开挖的坡面进行防护，降低风化作用强度；④建立完善畅通的截排水系统，减少水流冲刷和防止降雨入渗诱发滑移、崩塌或坠块。
2.3预应力锚杆和普通锚钉
1)预应力锚杆成孔口径130mm，采用风（电）动干钻成孔工艺，严禁注水钻进；2)普通锚钉成孔口径50～60mm，可采用手持式风钎钻进成孔工艺；3)锚杆和锚钉钻孔直径、深度等应满足设计要求，所钻钻孔应保持孔内清洁，孔壁无污染物，确保注浆体与孔壁的粘结强度；4)锚杆（钉）在制作前应平直、除油和除锈；预应力锚杆自由段外涂强力防腐油漆，缠塑料布，并外套塑料套管包裹，套管两端100～200mm长度范围内用黄油充填，外绕扎工程胶布固定；锚杆（钉）的接头应双面焊接，且不小于5d；5)预应力锚杆的固化剂采用32.5R普硅水泥净浆或水泥砂浆，水灰比0.4～0.6，注浆时，孔口需设止浆塞或其他稳压装置压力注浆，采用底部注浆工艺，注浆压力2.0MPa以上，视需要可添加适量早强剂、速凝剂；保证注浆体单轴抗压强度≥25MPa；6)锚钉采用灌浆工艺，锚钉成孔完成后，用压缩空气冲出孔内残渣，灌满M25水泥砂浆，插入按设计要求加工好的锚钉杆体，并平顺缓慢反复推送几次，确保灌浆饱满；7)所有锚杆（钉）铁件必须作永久防护，用水泥砂浆或砼块完全封闭，严禁外露，防止锈蚀。
2.4型钢桩
1)型钢桩桩孔直径210mm，下入16#工字钢，灌注水泥砂浆或水泥净浆，浆体单轴抗压强度要求不低于25MPa；
2)型钢桩桩顶伸入钢筋混凝土梁内不少于300mm。
2.5挂铁丝网喷射混凝土
1)本工程采用的铁丝网为定型铁丝网片，铁丝直径3.2mm，网眼间距80～100mm，网片宽度2～3m（可视需要调整）；每相邻网片搭接宽度不少于150mm，并绑扎牢固；2)铁丝网铺装前应整理坡面，对较大的凹坑可用M5砂浆浆砌块石填筑，也可裁减铁丝网以使铺装平顺；铁丝网距坡面30～40mm；3)喷射混凝土强度等级C20。
2.6截（排）水系统
1)排水沟和坡顶截水沟，应确保水流顺畅，砌筑完好无渗漏；2)坡顶截水沟的排洪管两侧3m范围内，沟底排水坡度不得大于0.5，以防暴雨期间壅水；3)视地形实际情况，坡顶截水沟每隔15～20m设一道变形缝，缝宽20mm，缝内用沥青木板或沥青麻筋填塞；4)边坡渗水严重地段设泄水孔，间距1.5～2.0m；泄水管采用φ50硬质PVC管，进水段孔眼间距50，环向设置。5)为便于排水泄洪，边坡泄水点、排洪管的数量可视需要适当增加。
2.7其他
1）该方案的优点。放坡的坡度较陡，减少占地;减小土石方的开挖量;由大吨位组成的预应力锚杆体系，施加预应力可以提高边坡的稳定性，在外荷干扰时具有良好的延性，大大减小边坡的变形;分利用岩石体自身强度和自承能力，大大减轻结构自重，节省工程材料;在经济上能节省工程造价;坡面梁格中绿化，改善环境。
图1边坡中锚杆的布置
2）承载体之间还要保持合理的间距。如果间距过小，锚固段上就会出现较大的摩阻力重叠区域，从而影响锚杆的整体承载力。3）锚墩的设计。锚杆张拉后将把预应力通过锚具作用在锚墩上，因此锚墩设计#p#副标题#e#是否合理也关系到锚固体系的有效性。在本方案中，锚具作用在钢垫板上，钢垫板再把压力传给混凝土锚墩，在混凝土内设置八层钢筋网.。
4）封锚结构的设计。作为永久锚固工程，锚杆体系的防腐非常重要。锚杆张拉完毕后，要即时切断多余的钢绞线，然后进行封锚保护。
3结语
总之，土层锚杆支护措施已在我国绝大部分的地基和基础处理中应用较普遍，其影响因素众多，由于对其受力机理还不甚明了，以及计算和设计理论依然不完善，所以导致出现许多工程事故或造成经济浪费。因此，了解土层锚杆受力机理对目前锚杆设计水平和减少工程事故及降低工程造价具有相当重要的现实意义。
参考文献：
[1]赵长海等.预应力锚固技术[M].北京：中国水利水电出版社，2001
[2]李海光等编著.新型支挡结构设计与工程实例[M].北京:人民交通出版社，2004：318～327.
[3]刘春华.锚杆锚固段粘结力分布计算方法[J].公路交通技术，2004，6:13-18.