高陡边坡防护加固处理技术与应用

高陡边坡防护加固处理技术与应用

摘要：介绍自钻式中空锚杆的受力原理、性能参数、设计要素、施工技术要点和创新亮点，对高陡边坡混凝土施工的垂直运输方案进行分析探讨。通过阳江核电站主厂区西侧边坡防护加固处理工程实践，阐述边坡防护加固处理措施选择的依据条件，得出自钻式中空锚杆在灾害性地质边坡治理中更具先进性、适用性、经济性的结论。

关键词：高陡边坡自钻式中空锚杆混凝土垂直运输技术应用

Abstract: introducing the drill style hollow bolt of stress principle, performance parameters, design elements, construction techniques and innovative window, high and steep slope of concrete construction of vertical transportation scheme is discussed. Through the west of the nuclear power plant yangjiang slope protection reinforcement engineering practice, this paper expounds the reinforcement measures side slope protection the basis of selection of conditions, have to drill style hollow bolt from the severe geological slope in the management of advanced, applicability, economy more the conclusion.

Keywords: high and steep slope hollow drill style from the concrete vertical transportation technology application

1 前言

随着社会经济的快速发展和土木工程的兴起，高陡边坡坍塌、滑坡等地质灾害的治理面临新的课题。因此，边坡防护加固处理技术的研究开发有一定的社会意义和经济价值。

边坡防护技术形式多样，施工方法各不相同。一般采用挂网喷射混凝土和岩土锚固防护加固的居多。岩土锚固技术自1911源于美国，发展到今天已在许多国家推广应用，该技术有效地解决了边坡稳定的难题。目前国内外各类岩土锚杆已达600多种[1]，其中自钻式中空锚杆技术是近年从国外引进的岩土工程新技术，它能满足设计锚固力为50～1500KN的拉伸与压缩件 [1]。该系列锚杆已应用于越来越多的隧道、边坡、护堤、路基、深基坑等防护加固工程，可以预见其良好的发展前景。

2 自钻式中空锚杆简介

2.1 锚杆的受力原理

① 锚杆悬吊作用：锚杆穿过软弱、松动、不稳定的岩土体，锚固在深入稳定的岩土体上，提供足够的拉力，克服滑落岩土体的自重和下滑力，防止边坡洞壁滑移、塌落。

② 挤压加固作用：锚杆受力后，在周围一定范围内形成压缩区。将锚杆以适当的方式排列，使相邻锚杆各自形成的压缩区相互重叠形成压缩带。压缩带内的松动地层通过锚杆加固，整体性增强，承载能力提高。

③ 组合梁(拱)作用：锚杆插入地层内一定深度后，在锚固力作用下的地层间相互挤压，层间摩阻力增大，内应力和挠度大为减小，相当于将简单叠合的数层梁变成组合梁。组合梁的抗弯刚度和强度大大提高，从而增强了地层的承载能力。

2.2 锚杆的设计要素

① 锚杆长度：锚杆有效发挥其作用时所需的总长度。按悬吊作用计算时，是锚固长度、加固长度和外露长度之和。按组合梁作用计算时，是1.2倍组合梁(拱)的高度和外露长度之和。实际取值时，还应考虑开挖轮廓线不平整而增加的附加长度。

② 锚固长度：锚杆锚入稳定地层中的长度，可按经验或计算选取。按经验选取时，考虑锚固方式和锚杆直径。按计算选取时，考虑砂浆与锚杆的粘结力和砂浆与孔壁的粘结力。

③ 加固长度：按沿锚杆方向所悬吊的危岩的高度，或围岩荷载高度，可用声波等测试技术测量松动圈厚度的方法来确定。

④ 锚杆拉拨试验：在锚杆未被喷射混凝土覆盖之前，用锚杆拉力计或扭力矩扳手直接进行测定。夹住锚杆后，缓慢均匀加压，直至压力表读数达到与设计值相对应的数值为止，或使锚杆松动为止，一般不做破坏性试验。在锚杆被喷射混凝土覆盖后，用锚杆探测仪探明后，将锚杆刨出再进行测定。检测数量按洞室每30~50m累计长度或每300根锚杆取样一组，每组不得少于3根，应在检查点同一断面内的一排锚杆中均匀选取。

2.3 自钻式中空锚杆的性能参数

表1 自钻式中空锚杆性能参数表

2.4 施工技术要点

① 钻进：采用台车或手持式凿岩机将安装好钻头的锚杆钻进至设计深度。

② 卸下钻机，将止浆塞安装在锚孔内离孔口25cm处。特殊情况如注浆压力较大或围岩太破碎，也可用锚固济封孔。

③ 通过快速注浆接头将锚杆尾端与锚杆专用注浆机相连。

④ 开动注浆机注浆，待注浆饱满且压力达到设计值时停机。注浆压力根据设计参数和注浆机性能确定。

⑤ 根据设计需要，安装垫板和螺母。

2.5 创新亮点

① 钻孔、注浆、锚固一次完成。作为钻杆的锚杆体无需拔出，其中空可作为注浆通道，从里至外进行注浆。工序简单，大大提高工效。

② 由于该锚杆三位一体的功能使得它在各类围岩条件下施工时，不需套管护壁、预注浆等特殊手法也能形成锚孔并保证锚固与注浆效果。

③ 自钻式锚杆具有边钻进边加长的特性，能任意切割和连接加长，可适用于较狭小的施工空间，实现了特长锚杆加固围岩的设计思想。

④ 高效能的止浆塞使注浆保持较强的注浆压力，充分的充填空隙，固结破碎岩体，高强度的垫板、螺母可以将深层围岩应力均匀地传递到洞壁围岩上，达到围岩与锚杆互为支护的目的。

3 高陡边坡混凝土施工的垂直运输方案分析探讨

在高陡边坡防护加固处理工程的方格梁、预应力锚杆或锚索的圈梁、压顶梁、岩石边坡的缺陷修补等混凝土结构中，其共同特点是工程数量小，施工点多，场地狭小，线路长，工作面广，属高空作业。混凝土的垂直运输是高陡边坡防护加固处理的施工难点，因此，垂直运输方案的选择对施工安全、施工效率和经济效益有着至关重要的作用。

高陡边坡混凝土施工的垂直运输通常采用泵送、溜筒输送或机械运输方案，三者均有不同的缺点。泵送是管路装拆困难，施工成本高；溜筒输送则使混凝土容易离析，强度降低，影响混凝土的浇筑质量；机械运输受场地因素多，超过一定高度难于施工，且安全风险高。

根据高陡边坡防护加固处理工程的特点和施工经验，混凝土的垂直运输

采用喷射入仓的方法较为理想。即利用混凝土喷射机和空气压缩机将混凝土通过皮管喷射至施工部位。这种方法具有如下优点：

① 工艺简单，机具移动方便，尤其对工作面分散的工程施工更具灵活性。

② 输送管路容易连接，施工安全可靠。

③ 传输距离长，最大传输距离可达200m，可降低高陡边坡混凝土施工运输的难度。

④ 对混凝土无光面要求的部位可不支设模板，视混凝土的体积大小分多次喷射施工。

4 工程实例

4.1 工程概况

阳江核电站位于广东省阳江市，是我国在建规模最大的核电项目，6台机组总投资近700亿元人民币。

主厂区西侧边坡因受雨水冲刷及厂区爆破施工等因素的影响，边坡局部出现了坍塌、掉块的现象。为加强边坡的局部稳定性，确定局部防护加固处理方案。

边坡分五级，每级设一3m宽的马道，总高72m，坡比为1：0.5。离坡脚地面线3 m处有一6 m宽7 m深的与边坡平行的排洪沟，给边坡防护施工带来一定的困难。

4.2边坡综合治理方案措施

① 马道坍塌

为保持马道的完整性，对马道坍塌较严重的部位进行修补。马道修补的按下图所示方案进行：

图1 马道修补示意图

② 马道破碎

在一些区域，边坡马道虽未发生坍塌，但由于爆破的影响，马道下部岩体比较破碎，形成危岩，这些部位采用图2所示的方案清理破碎岩体后再进行修补。

图2 马道加固示意图

③ 坡面超挖

有部分边坡超挖后，上部岩体悬空形成危岩，且坡面岩体破碎。对这些部位，采用素混凝土修补，必要时再用锚杆锚固的方式进行处理。

图3 坡面超挖危岩加固示意图

④ 坡面岩体破碎

局部边坡岩体节理较为发育，开挖后边坡坡面岩体较破碎，易受雨水冲刷和其它外界因素的影响而塌落，这些区域采用清理的表面已经松动的岩块后进行锚喷支护的方式进行坡面防护。

图4 坡面破碎岩体加固示意图

⑤ 结构面小角度相切

岩体中局部结构面与边坡面走向夹角较小（通常不大于 20°），而倾向与倾角和边坡的倾向与倾角相差亦不大，以致边坡面上形成较薄的层状岩体，在爆破或雨水作用的影响下易产生滑塌。处理方案见下图。

图5 受斜切结构面影响岩体加固示意图

⑥ 坡面节理密集带局部节理较为发育，风化严重，受雨水冲刷作用的影响形成了深切沟槽，不利于边坡的稳定，采用锚喷支护进行封闭。锚喷支护用锚杆铁丝网喷射混凝土防护方案进行施工。

4.3 主要施工工艺概述

①缺陷修补：马道坍塌及超挖严重的部位采用C15混凝土修补，混凝土的垂直运输采用喷射入仓工艺。

②锚杆：采用自钻式中空锚杆锚固格构，锚杆外径为27mm，钻孔直径为80mm，锚杆长度是6~12m，全部用标准长度为6m的锚杆连接加长。

③边坡防护：用锚杆铁丝网喷射混凝土，锚杆施工完毕，先挂设目数30×30，丝径0.3 mm的平纹铁丝网，再用6@20圆钢筋压面，绑扎固定后喷射C20混凝土，喷层厚度7cm.。

4.4 工程质量检测

本工程按《建筑边坡工程技术规范》GB50330-2002对喷射混凝土的强度、厚度、外观质量及锚杆的抗拔力进行检测，结果全部合格。

5 结语

通过阳江核电站主厂区西侧边坡防护加固处理工程实践证明，自钻式中空锚杆比传统注浆锚杆的施工效率提高了30％以上。自钻式中空锚杆锚固新技术在灾害性地质边坡的治理中带来很大方便，对边坡的防护加固更具先进性、适用性、经济性，起到了其它锚固材料无法替代的效果。

在实际工程中，边坡的坡度、高度、地质条件、边坡的危害程度和现场施工条件是选择防护加固处理措施的依据。合理的技术方案是实现高陡边坡防护加固处理施工安全、优质、高效的关键。

参考文献：

[1]闫毅志．岩土锚固工程技术在公路建设中的应用推广［J］．山西建筑，2003，29(17)：46．

[2]中华人民共和国建设部．GB50330-2002．建筑边坡工程技术规范［S］．北京：中国建筑工业出版社，2002．

[３]林宗元．岩土工程治理手册［M］．武汉：中国建筑工业出版社，2005．

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。