第五章錨固工程

1、2011年5月北京 巖土錨固基本原理是通過埋設在地層中的錨桿( 索)( 以下統(tǒng)稱“錨桿”) ，將結(jié)構(gòu)物與地層緊緊地聯(lián)鎖在一起，依賴錨桿與周圍地層的抗剪強度傳遞結(jié)構(gòu)物的拉力或使地層自身得到加固，從而增強被加固巖土體的強度，改善巖土體的應力狀態(tài)，形成錨桿、面墻與巖體三者共同作用機理，以保持結(jié)構(gòu)物和巖土體的穩(wěn)定性，以達到預防和治理此類地質(zhì)災害的目的。 具體來說，錨桿通過自有抗剪強度和傳遞掩體抗剪強度形成對巖體的抗滑力以抵抗巖（土）體剪切破壞和巖（土）軟弱夾層發(fā)生位移，噴射鋼筋網(wǎng)混凝土靠自身強度分解下滑力并使其擴散在整個坡面防護體中，從而使巖（土）體內(nèi)應力重分布， 形成巖（土）體、錨桿與坡前（面）鋼筋

2、混凝土結(jié)構(gòu)共同受力達到滑（邊）坡穩(wěn)定。 巖土錨固技術在與巖土有關的工程中的應用可以追溯到19世紀末。1872年,英國在北威爾士露天頁巖礦首次使用了錨桿支護。此后,美國從1910年開始在阿伯施萊辛的弗里登斯煤礦使用，20世紀4050年代以后，錨桿在美國礦井下的成功應用引起了世界各國的重視和廣泛推廣，90年代煤礦錨桿支護幾乎達到百分之百。 德國在1912年開始在謝列茲礦的井下巷道采用錨桿支護，20世紀80年代以后,逐步改變了崇尚自己發(fā)明的U型鋼支護,而轉(zhuǎn)向推廣應用錨桿支護技術，且錨桿技術在千米深井中得到應用。 法國在20世紀60年代末錨桿使用量占2/3，80年代后，煤巷錨桿比例大幅提高。 日本于1

3、950年引進錨桿支護技術，20世紀70年代煤礦和隧道中使用錨桿的比例已經(jīng)達到4.5 3。 澳大利亞從英國、法國等引進錨桿技術后，于20世紀80年代后期對錨桿支護技術的改進使錨桿支護技術提高了一個檔次，并引起英國等國家的再學習，重新推動了錨桿支護技術的發(fā)展。目前在煤礦巷道中基本上采用了錨桿支護技術。 我國于20世紀50年代開始使用錨桿支護技術，至70年代前期還處于探索階段，直至1978年才開始重點推廣，至80年代向英國學習錨桿支護技術后推廣到煤巷支護，90年代又向澳大利亞學習和引進成套先進的錨桿支護技術，目前已得到廣泛應用，取得了較好的技術和經(jīng)濟效益。 巖土錨固技術可廣泛應用于煤礦巷道、冶金、水

4、利水電、隧道、地質(zhì)災害防治、深基坑支護、高邊坡防護等工程。 錨固工程通常由多個分部分項工程組成，其施工工序可參見圖5.2.11所示。 預應力錨桿通常是錨固過程中的關鍵工序，其施工工序可參見圖5.2.21所示。5.3.1.1 造孔 a) 孔徑：預應力錨索孔徑與鋼絞線根數(shù)、砂漿保護層厚度和滑坡體結(jié)構(gòu)有關。一般地： 510根鋼絞線構(gòu)成的錨索，孔徑為75 mm 115 mm； 1115根鋼絞線構(gòu)成的錨索，孔徑為115 mm135 mm; 15 20根鋼絞線構(gòu)成的錨索，孔徑為135 mm 175 mm。 當滑坡體結(jié)構(gòu)松散，或鉆孔縮徑明顯時，可增大孔徑。 5.3.1.1 造孔 b) 造孔采用錨桿工程鉆機。

5、按照錨索設計要求，將鉆機固定，調(diào)整方位角及傾角，校核鉆孔位置，然后將所有緊固件擰緊，就緒后即可開鉆作業(yè)。 鉆孔結(jié)束后，拔出鉆桿和鉆具。用一根含標尺的聚乙烯管復核孔深，并以高風壓吹孔，或高壓水洗孔。待孔內(nèi)粉塵吹洗凈，且孔深達到要求時，拔出聚乙烯管，并將孔口蓋住備用。5.3.1.2 造孔精度要求 a)孔斜誤差：成孔后，用孔斜儀量測，孔斜不超過1/100； b)鉆孔位置誤差：小于100mm； c)鉆孔傾角、水平角誤差：與設計錨固軸線的傾角、水平角誤差在1。； d)孔深：應保證張拉段穿過滑帶2m。5.3.1.3錨索加工（ 1000 kN級預應力錨索結(jié)構(gòu)圖）5.3.1.4 內(nèi)錨固段固結(jié)灌漿 水泥砂漿膠結(jié)

6、。水泥標號525#（現(xiàn)規(guī)格P.O.42.5），普通硅酸鹽水泥。水灰比0.40.5，灰砂比3:1。為加速進度，在漿液中可摻加0.30.5的早強劑（占水泥重量），且要求7天抗壓強度R725 MPa30 MPa。 當錨索傾角小于110，或要求拉拔力較高時，可采用壓力注漿方式，但應在內(nèi)錨固段設置止?jié){環(huán)。5.3.1.4 內(nèi)錨固段固結(jié)灌漿 為了保證注漿均勻，注漿速度不宜太快?？捎煤涟脖碜饕黄谧{指示儀，但應保證兩探頭之間相隔80mm以上，裸露部分不能與鋼絞線接觸。用含標尺的聚乙烯管復校內(nèi)錨固段的灌漿長度，達不到要求時，應補漿。 所用砂漿應用攪拌機拌勻，使其達到規(guī)定指標，攪拌直至灌漿結(jié)束方可停止。在砂漿未完

7、全固化前，不應拉拔和移動錨索。注漿完畢后，將一期灌漿管拔出。5.3.1.5 外錨墩打筑 采用C25號以上現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，宜為梯形段面。5.3.1.5 外錨墩打筑 5.3.1.6錨索張拉段及外錨墩防腐處理 滑坡體中的錨索，特別是位于庫水位之下時，防腐處理極為重要。在錨索編束時，應對鋼絞線張拉段預先進行防腐處理。張拉鎖定后，進行二次灌漿。當砂漿達外錨墩時，可停止注漿。封孔口，從錨具量起，留100mm的鋼絞線，將多余段截除，外覆厚度不小于100mm的水泥砂漿保護層。5.3.1.7錨索的張拉與錨固力鎖定 在內(nèi)錨固段灌漿7天后進行張拉。 a) 張拉作業(yè)前，應對張拉設備進行標定。標定時，千斤頂、油管、

8、壓力表和高壓泵聯(lián)好。在壓力機上用千斤頂主動出力的方法反復三次，取平均值，繪出千斤頂出力(kN)與壓力表指示壓強曲線，作為錨索張拉的依據(jù)。標定時，千斤頂?shù)淖畲蟪隽哂阱^索超張拉時的值。 b) 先對錨索進行單根預張拉二次，以提高錨索各鋼絞線的受力均勻度。對于3 000 kN級錨索，單根張拉為30 kN；2 000 kN級錨索，單根張拉為20 kN；1 000 kN級錨索，單根張拉為10 kN。5.3.1.7錨索的張拉與錨固力鎖定 在內(nèi)錨固段灌漿7天后進行張拉。 a) 張拉作業(yè)前，應對張拉設備進行標定。標定時，千斤頂、油管、壓力表和高壓泵聯(lián)好。在壓力機上用千斤頂主動出力的方法反復三次，取平均值，繪

9、出千斤頂出力(kN)與壓力表指示壓強曲線，作為錨索張拉的依據(jù)。標定時，千斤頂?shù)淖畲蟪隽哂阱^索超張拉時的值。5.3.1.7錨索的張拉與錨固力鎖定 b) 先對錨索進行單根預張拉二次，以提高錨索各鋼絞線的受力均勻度。對于3 000 kN級錨索，單根張拉為30 kN；2 000 kN級錨索，單根張拉為20 kN；1 000 kN級錨索，單根張拉為10 kN。 c) 隔時分級施加荷載，直至壓力表無返回現(xiàn)象時，方可進行鎖定作業(yè)。若預應力損失過大，應進行整體張拉與重新鎖定。5.3.1.7錨索的張拉與錨固力鎖定 d) 鎖定錨固力的大小可用兩種方法確定：測力傳感器直接測定及張拉鎖定時預應力鋼鉸線變形量計算得

10、出。計算公式如下： 式中： Px鎖定后可獲得的預應力(kN)； P錨固所應張拉力(kN)； Po最大張拉荷載(kN)； Pi初始張拉荷載(kN)； LPi加載至Po時的錨索回縮量(mm)，夾片回縮量為6mm。 5.3.1.8 當采用無粘結(jié)鋼絞線加工錨索時，對張拉段不應進行專門的防腐?？刹捎靡淮巫{方法安裝錨索。 錨桿鉆機是錨孔成孔工具，是錨固工程的關鍵設備，它影響著錨桿施工的質(zhì)量錨桿孔的方位、深度、孔徑的準確性以及錨桿安裝質(zhì)量，又涉及操作者的人身安全、勞動強度與作業(yè)條件等。 錨桿鉆機的發(fā)展以鑿巖技術與錨桿支護技術為基礎，高鉆進速度、良好的適應性、高可靠性是錨桿鉆機產(chǎn)品競爭的目標。錨桿鉆機性能參

11、數(shù)的研究、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設計與材料選擇的合理化以及產(chǎn)品質(zhì)量的保證是錨桿鉆機產(chǎn)品進一步發(fā)展的基礎。 國外曾將錨桿鉆機列為影響錨桿支護安全性的重要因素之一，一直致力于如何合理解決錨桿支護機械化問題。美國曾投入巨資解決煤礦全自動錨桿孔鉆進與自動安裝錨桿問題，并盡量在施工中應用機械化程度高的錨桿鉆機，例如專用錨桿鉆機、機載錨桿鉆機等；法國、芬蘭、德國、瑞典、奧地利等也都重視高度機械化錨桿鉆機的開發(fā)與應用。目前市場大量使用的錨桿鉆機主要為氣動錨桿鉆機、液壓錨桿鉆機、綜合機械化錨桿鉆機等產(chǎn)品，進一步推動了錨桿支護技術的發(fā)展。 錨桿鉆機按結(jié)構(gòu)分為單體式、鉆車式、機載式； 錨桿鉆機按動力分為電動式、氣動式、液壓式；

12、 錨桿鉆機按破巖方式分為回轉(zhuǎn)式、沖擊式、沖擊回轉(zhuǎn)式、回轉(zhuǎn)沖擊式。 與錨桿鉆機配套的鉆具，因破巖方式不同而不同，總的來說有回轉(zhuǎn)類破巖鉆具、沖擊類破巖鉆具以及回轉(zhuǎn)沖擊類破巖鉆具。 錨桿鉆機的選用應能確保滿足錨固工程設計的要求，并根據(jù)工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件、施工場地環(huán)境條件、供水供電、施工工期等因素綜合確定，選擇適宜的錨桿施工機械設備。 a) 保證項目 1) 孔徑、內(nèi)錨固段長度、鋼鉸線強度、鋼鉸線配置、桿體長度、砂漿強度應達到設計要求； 2) 單根鋼鉸線不允許斷絲； 3) 承載力檢驗用的千斤頂、油表、鋼尺等器具應經(jīng)檢查校正； 4) 錨具應經(jīng)檢驗合格方可使用； 5) 承載力應符合14. 4.1的規(guī)定；

13、 6) 鎖定荷載應符合設計要求。 b) 允許偏差項目 預應力錨索的允許偏差項目應符合表5.4.11規(guī)定。 a) 預應力錨索的質(zhì)量檢驗內(nèi)容 包括錨孔、錨索桿體的組裝與安放、注漿、張拉與鎖定等。 b) 實測項目 1) 錨孔：孔位、孔徑、錨固角度、內(nèi)錨固段長度等項目； 2) 錨索桿體的制作與安放：鋼鉸線強度、鋼鉸線配置、桿體長度、架線環(huán)密度，采用鋼鉸線時應無接頭； 3) 注漿：砂漿配合比、強度、注漿管的插入深度等； 4) 張拉與鎖定：外錨墩混凝土強度、鋼墊板平面與孔軸線垂直情況、張拉荷載、鎖定荷載、錨具、錨具保護層等項目。 c) 每一個獨立的滑坡防治工程均應進行錨索承載力檢驗。宜隨機抽取總數(shù)的102

14、0%進行超張拉檢驗，張拉力為設計錨固力的120%。若工程重要時，可對所有錨索進行設計錨固力的120%超張拉檢驗。 d) 錨素質(zhì)量合格條件 為所試驗錨索的錨固力應達到設計錨固力的120%以上。 e）當設計對錨索有特殊要求時 可增做相應的檢查驗收試驗。 長江三峽黃臘石滑坡與鏈子崖危巖體防治工程是倍受我國政府高度重視和國內(nèi)外同行密切關注的長江三峽地質(zhì)災害防治工程，1992年7月，國務院將黃臘石滑坡治理和鏈子崖危巖體防治工程交由原地礦部組織實施。 原地礦部成立了長江三峽黃臘石和鏈子崖地質(zhì)災害防治工程領導小組和專門的工程管理機構(gòu)長江三峽黃臘石和鏈子崖地質(zhì)災害防治工程指揮部，聘請了國內(nèi)多部門知名專家組成了

15、防治工程專家組。 經(jīng)過地質(zhì)科技人員和施工隊伍歷時5年的協(xié)同努力，于1999年8月全面竣工。 黃臘石滑坡體位于湖北省巴東縣城的長江北岸，總體積約4000萬m3。如滑坡體的八分之一滑入江中，將占據(jù)長江過水斷面的45% 85%，嚴重阻礙或阻斷航道，并直接危及巴東縣城。 鏈子崖危巖體位于湖北省秭歸縣新灘鎮(zhèn)（后改稱屈原鎮(zhèn)）長江南岸的臨江陡崖上，距三峽大壩僅25km。在南北長700m，東西長210m的巖體上，被58條寬大裂縫所切割，形成了總體積達300多萬 m3的危巖體，成為長江航道咽喉的嚴重隱患。 經(jīng)過補充勘查和國家多部門聯(lián)合研究論證，最終確定這兩個工程分別以實施地表和地下排水相結(jié)合方案防治黃臘石滑坡、

16、以挖煤采空區(qū)承重阻滑工程和臨江危巖體錨固方案治理鏈子崖危巖體，同時按照國際慣例，率先在我國地質(zhì)災害防治工程中實行了業(yè)主負責制、招投標制、工程監(jiān)理制，進行工程初步設計、施工圖設計和選定工程施工單位。 在治理黃臘石滑坡災害中，共建成地表排水渠7003 m，地下排水廊道340 m，排水孔總深1115 m，形成了地表與地下結(jié)合的立體排水系統(tǒng)。 黃臘石滑坡經(jīng)過治理后，滑坡體已趨于穩(wěn)定，工程運行良好。 鏈子崖危巖體整治錨固工程由兩大部分組成，“7000 m3”施工從1995年11月開工，1996年3月竣工，施工垂直于危巖體到母體的錨索33束，實際鎖定力每束達1000kN。“50000 m3”錨固工程從19

17、96年3月到1997年8月，完成錨索151束，總錨固力達231000kN，錨固方向大部分為210度左右。在進行危巖體錨固施工的同時，還在鏈子崖建成地表排水渠530 m，防崩攔石壩2條，危巖掛網(wǎng)噴漿4300 m2。 鏈子崖危巖體主體錨固是我國目前高陡邊坡危巖防治工程難度最大的地質(zhì)工程，施工中搭設了82.6 m的高質(zhì)量施工排架。錨固鉆孔的保直防斜、堵漏，鋼絞線防腐蝕均采用了先進的技術和工藝。自行研制了反噴清孔技術，采用孔內(nèi)電視監(jiān)視、鉆孔聲波測試等先進技術保證施工質(zhì)量，質(zhì)量一次合格率達到100。 長江三峽鏈子崖危巖體治理工程達到了防治危巖體崩、滑、塌和堵塞長江咽喉要道的目標，經(jīng)過施工后的應力調(diào)整和三峽水庫壩前135175 m蓄水的嚴峻考驗，其穩(wěn)定程度已顯示出防治工