边坡工程锚固技术-孙霁

硕士研究生课程考试试卷考试科目：边坡工程学考生姓名：孙霁考生学号：20101602011学院：土木工程学院专业：土木工程（岩土工程）考生成绩：任课老师(签名)考试日期：2011年07月07日边坡工程锚固技术正文边坡工程锚固技术摘要：边坡工程是岩土工程领域的一个重要组成部分，它的安全与稳定性对我们建设工程的影响非常重大，采用锚固技术来加固危险或潜在不稳定的边坡是边坡工程加固中一种非常有效的方法。

本文论述了锚固技术的发展状况，锚杆的特点和构造，边坡工程锚杆受力原理与设计方法以及锚固技术的施工、锚杆的试验与监测。

关键词：边坡工程，锚固，锚杆设计，施工1 概述1.1 边坡工程概述边坡工程是岩土工程领域的一个重要组成部分，它涉及到我们土木工程建设的方方面面：不论是水库的岸坡、公路铁路的路堑边坡、隧道进出口的边坡还是建筑物的切坡等，都有边坡的影子。

边坡按成因可分为自然边坡和人工边坡。

天然的山坡的谷坡是自然边坡，此类边坡是在地壳隆起或下陷的过程中逐渐形成的，。

人工边坡是受到人类的活动影响而形成的边坡，可以人为控制边坡的几何参数，又分为开方边坡（挖方形成的边坡）和构筑边坡（填方形成的边坡）。

边坡按组成又分岩质边坡（岩坡）和土质边坡（土坡）。

岩坡失稳与土坡失稳的主要区别在于土坡中潜在滑动面的位置不明显，而岩坡中的滑动面一般比较明确。

岩坡中结构面的规模、性质及其组合方式在很大程度上决定着岩坡失稳的位置和破坏形式；结构面的产状或性质一有改变，岩坡的稳定性就会受到影响。

一旦受到较大的外界干扰，不稳定的边坡往往会失稳，因此，边坡的安全与稳定性是我们工程建设中经常遇到的问题。

一旦边坡失稳而引起滑坡、崩塌等灾害，就会影响工程的施工进度与质量，甚至还会造成生命财产的重大损失，所以有关边坡的防治处理已经进行了多年并取得了很多经验和巨大成就。

欧美国家从19世纪中叶就开始了对滑坡灾害的研究和治理，而我国的研究则从20世纪中叶开始，从最初的挡土墙到抗滑桩到最近的注浆加固、锚固技术以及锚固与抗滑桩相结合的形式，我们取得了不错的成果，但是，对边坡的受力分析、稳定性判断、影响因素以及锚固技术加固措施等仍需要我们的更加努力地去研究和完善！1.2 锚固技术概述岩土工程源远流长，人类最早的岩土工程就是穴居。

岩土工程的研究对象是复杂的地质体。

它们在漫长的地质年代演化过程中，经历了地质构造运动、物理、化学和生物的风化以及人类活动等作用，同时在一定的时间、一定的空间与一定的条件下，处于相对稳定的平衡状态。

但是由于自然或认为因素的干扰，它们原有的平衡状态会遭到破坏，原有的应力场也会发生充分布，因此产生过量破坏后- 1 -正文边坡工程锚固技术的形态则有可能导致各种各样的地质灾害发生，如滑坡、泥石流、坍塌等。

为了预防和治理这些所导致的地质灾害，工程上常将一种受拉杆件埋入岩土体，用于调动和提高岩土体的自身强度和自稳能力，这种受拉杆件在工程上称为锚杆，它所起到的作用则为锚固，应用力学、物理数学、地质学和材料学等科学知识来解决岩土工程中的锚杆设计、计算、施工好监测等方面问题的技术和工艺就成为锚固工程。

锚固技术不但在边坡工程治理中效果显著，在矿山开发、隧道支护、深基坑支护、坝体抗倾覆、围岩加固等工程中也得到行之有效的应用。

由于它的应用范围十分广泛，而且安全、适用、经济、有效，相信在未来它必将在我国的土木工程建设发挥更大的作用。

1.3 锚固技术的发展与应用锚固技术在土木工程中的应用已有约100年的历史了，最早应该是美国于1912年在阿伯施莱辛（Aberschlesin）的弗里登斯（Friedens）煤矿使用锚杆支护顶板，1915年至1920年在一些金属矿山也开始使用锚杆，从而为锚杆技术未来的推广和发展奠定了基础。

1934年阿尔及利亚开始把预应力锚杆应用于舍尔法坝的加高工程；1957年，西德Bauer公司在深基坑支护中开始使用土层锚杆；20世纪60年代，捷克斯洛伐克和西德在大型地下洞室中应用了高预应力长锚杆和低预应力短锚杆；至20世纪80年代后，英国、日本等国家开发了单孔复合锚固的新技术，改善了锚杆的传力机制，显著地提高了锚杆承载力和耐久性；锚杆技术在全球范围内得到了广泛的应用，而且锚固技术的理论研究、技术创新和工程应用都得到了很大的发展。

其中，理论研究主要着重于岩层（地层）锚固的荷载传递机理以及不同类型注浆锚杆用于不同地层时锚杆与注浆体、注浆体与岩层（地层）间的粘结力及其分布状态。

我国的锚固技术始于50年代后期，京西矿务局安淮煤矿、河北龙烟铁矿、湖南湘潭锰矿等单位先后相继使用楔缝式岩石锚杆支护矿山巷道。

进入20世纪60年代后，普通砂浆锚杆和喷射混凝土支护开始应用于矿山巷道、铁路隧道和边坡整治等工程中。

举世瞩目的长江三峡工程，长1607m、高170m的双线五级永久船闸高边坡工程，采用4000余根长25～61m、设计承载能力为3000kN（部分为1000kN）的预应力锚杆和近10万根长8～14m的高强锚杆作整体加固或局部加固，大大增强了边坡的整体稳定性。

这也是锚固技术在边坡工程中的典型应用，除了在边坡工程、矿山巷道、铁路隧道中取得了巨大的应用，在深基坑支护、坝基工程、防止高架桥倾倒和桥墩滑动等方面也取得了广泛的应用；可以看到，锚固技术在土木工程建设中得到了大量应用并取得了明显的社会经济效益。

综合总结历史上锚固工程的生产应用，锚固技术主要有以下几个方面的用途：（1）深基础和地下结构工程支护：主要用在深基坑支挡、高层建筑地下室抗- 2 -边坡工程锚固技术 正文 - 3 -浮、地下结构工程支护与加固，如地下停车场、地铁或地下街道等，如图1所示。

图1 锚固技术在深基础工程中的应用（a ）深基坑支挡；（b ）地下室抗浮；（c ）地下停车场；（d ）地铁或地下街道（2）结构抗倾覆应用：防止高塔倾倒、防止高架桥倾倒、防止坝体倾倒、防止挡土墙倾倒等，如图2所示。

图2 锚固技术在结构抗倾覆中的应用（a ）防止高塔倾倒；（b ）防止高架桥倾倒；（c ）防止坝体倾倒；（d ）防止挡土墙倾覆（3）边坡稳固工程：主要有边坡加固、斜坡挡土墙、锚固挡墙、滑坡防治等，如图3所示。

正文边坡工程锚固技术- 4 -图3 锚固技术在边坡稳定工程中的应用（a ）边坡加固；（b ）斜坡挡土墙；（c ）锚固挡墙；（d ）滑坡防治（4）道桥基础加固：防止桥墩基础滑动、悬臂桥加固、吊桥桥墩锚固、大跨拱形结构物稳定，如图4所示。

图4 锚固技术在道桥基础中的加固应用（a ）防止桥墩基础滑动；（b ）悬臂桥加固；（c ）吊桥桥墩锚固；（d ）大跨拱形结构物稳定（5）加压装置中的应用：桩的静荷载试验装置、沉箱下沉加重，如图5所示。

边坡工程锚固技术正文- 5 -图5 锚固技术在加压装置中的应用（a ）桩的静荷载试验装置；（b ）沉箱下沉加重（6）现有结构物补强与加固：运用锚固技术对结构物的滑移、变形和裂缝等破坏进行加固处理。

（7）巷道及隧道工程支护：防止隧道（井巷）坍塌、控制隧道（井巷）围岩变形，如图6所示。

图6 锚固技术在巷道及隧道工程支护中的应用（a ）防止隧道坍塌；（b ）控制隧道（井巷）围岩变形（8）锚固技术还广泛地应用于其他工程的方方面面。

2 锚杆2.1锚杆的构造锚杆是固定在岩土层钻孔中或直接打入岩土层中控制地层变形作用的受拉杆件，它的一端与工程构筑物相连，另一端锚固在稳定的岩土层中，必要时还可以对它施加预应力，以承受土压力、水压力或地震作用等荷载所产生的拉力，并将此拉力传入深处的稳定岩土层中，从而有效地防止结构变形、维护构筑物的稳定。

工程上所指的锚杆通常是对受拉杆件所处的锚固系统的统称。

锚杆一般由外锚头、拉杆和内锚段组成；沿轴线方向可以分为自由段和锚固段，其中自由段一般位于需要加固的岩土层中给予加固，而锚固段则处于稳定的岩土层中以提供抗力。

一般锚杆的承载能力主要与其锚固段的性质相关，而锚杆变形量则主要与其自由段相关。

普通锚杆构造图如图7所示。

正文 边坡工程锚固技术- 6 -图7 锚杆构造示意图1—紧固装置；2—承压板；3—台座；4—套管；5—拉杆；6—锚固砂浆体锚杆各部分作用如下：（1）外锚头 外锚头是构筑物与拉杆的连接部分，它的作用是把构筑物传来的作用力有效地传给拉杆。

通常拉杆是沿水平线向下倾斜方向设置的，其与作用在构筑物上的侧向岩土压力不在同一方向上。

因此，为了把构筑物的外荷载有效地传给拉杆，不但要保证外锚头构件本身的材料强度足够，相邻的构件能够紧密的固定连接，而且要把集中的外力分散开。

因此，外锚头一般由台座、承压板和紧固装置等部件组成，图1中L 1为拉杆从外锚头中伸出来一部分以保证锚固紧密。

在设计时，根据锚固目的，锚头应具有补偿张拉、松弛的能力。

（2）拉杆 锚杆中的拉杆一般应该位于锚杆装置的中心线上，其作用为把外锚头的拉力传递给内锚段的锚固砂浆体，所以拉杆与锚固砂浆体应有可靠地粘结力或紧压力，由于拉杆要承受一定的荷载，所以它一般采用抗拉强度较高的钢材或压应力钢绞线等生产。

（3）内锚段 内锚段的锚固体位于锚杆靠后部分的稳定岩土层中，起作用主要是将来自拉杆的作用力通过锚固砂浆体与周围岩土层之间的摩阻力传给稳定的地层。

在锚固工程中，内锚段锚固体的可靠性直接决定着整个锚固工程的可靠程度，因此，内锚段锚固体的设计决定着整个锚杆支护的成败。

另外，在评价内锚段的锚固效果时不能仅仅从材料结合的破坏原理来判断，而更应该主要从锚固段的设计是否适应所在地层来评价。

2.2 锚杆的种类锚杆种类划分方法纵多，目前国内外多按照锚固长度分类，按锚固方式分型。

按锚固长度可分为两类：集中（端头）锚固类锚杆和全长锚固类锚杆。

锚固装置或杆体只有一部分与锚孔壁接触的锚杆称为集中锚固类锚杆；锚固装置或杆体全部与锚孔壁接触的锚杆称为全长锚固类锚杆。

两类锚杆按锚固方式可分为两种，边坡工程锚固技术 正文 - 7 -即机械锚固型和粘结锚固型。

锚固装置或杆体与锚孔壁接触，以摩擦阻力为主要锚固作用的锚杆，称为机械锚固型锚杆；杆体部分或全长用胶结材料把杆体和锚孔壁粘结起来，以粘结力为主要锚固作用的锚杆，称为粘结锚固型锚杆。

锚杆大致分类见表1所示。

表1 锚杆分类 分 类锚 杆 名 称 端头锚固类锚杆 机械锚固型锚杆 倒楔锚杆、楔缝锚杆、胀壳锚杆 粘结锚固型锚杆快硬水泥卷锚杆、树脂药卷锚杆、砂浆锚杆 摩擦型锚杆楔管锚杆、缝管锚杆 全长锚固类锚杆树脂锚杆、缝管锚杆、砂浆锚杆 其他类型锚杆 自钻式锚杆、可回收式锚杆、屈服锚杆、钢花管式锚杆针对不同地质条件、不同实际工程条件下工程结构的需要，目前已研制出对应的各式各样的锚杆，总计已有数百种之多，但真正用于工程中的锚杆种类还是有限的。

除了以上分类外，按锚杆和土体的相对运动情况分为主动锚杆和被动锚杆；按应用对象分为岩石锚杆和土层锚杆，岩石锚杆是指内锚段锚固于各类岩层中的锚杆，而自由段可以位于土层或岩层中，土层锚杆是指锚固于各类土层中的锚杆；按使用年限是否大于2年分为临时锚杆和永久锚杆；按是否预先施加应力分为预应力锚杆和非预应力锚杆；按受力特征分为普通锚杆和屈服锚杆；按锚杆锚固段的受力状态进行分类，可分为拉力型锚杆、压力型锚杆、拉力分散型锚杆、压力分散型锚杆和拉压分散型锚杆，其中的拉力分散型、压力分散型、拉压分散型三种锚杆又统称为荷载分散型锚杆。