1、1锚喷技术在高速公路边坡加固应用研究摘要：以锚喷技术为研究对象，通过分析岩质边坡锚喷加固的作用机理，结合具体的工程实例，得出锚喷加固设计方案，应用于高速公路边坡支护工程。研究成果可供其他类型工程参考。 关键词：锚喷技术；高速公路；边坡；加固 中图分类号：U412.36+6 文献标识码：A 1 引言 锚喷技术是一种将岩体作为结构材料，通过锚杆（锚索） 、钢筋网及混凝土的作用，调动和增加岩体的自生强度来实现岩体自身支撑达到岩体稳定的方法，是一种符合现代岩体力学理论的岩层稳定控制方法。锚喷技术作为一种新兴的边坡加固技术，其技术来源于 50 年代发展起来的新奥法锚喷支护，这一施工方法将喷射混凝土技术和
2、全粘结注浆锚杆结合起来，首先应用于硬岩中的隧道开挖，以后又逐步推广应用于软岩及土体的开挖，现在已广泛应用于地下工程的许多方面，同时在边坡的加固方面开始得到应用。锚喷技术常见的措施有锚杆（锚索）加固、喷射混凝土加固、锚杆混凝土联合加固、锚喷网联合加固等1-3。本文以襄十高速公路某边坡锚喷加固技术为对象进行研究，旨在为其他类型工2程提供设计经验。 2 工程概况 该工程位于襄樊至十堰高速公路一段，属丘陵地貌单元，构造剥蚀中低山重丘区。区域出露地层岩性为中下元古界武当山第二岩组上岩段中深程度的区域变质岩和接触热变质岩，主要是云母石英片岩、长石石英砂片岩、变粒岩，由于经历了多期地质构造变动并伴有大量的基
3、性超基性岩浆岩的侵入，该区域岩体的稳定性较差，片理和其它构造节理非常发育，岩石风化严重，对线路的施工和今后公路的运营造成很大的隐患。 3 边坡稳定性分析 一般地，影响岩质边坡变形破坏的因素主要有：岩性岩体结构水的作用风化作用地震天然应力地形地貌及人为因素等。在对该边坡进行稳定性计算时，采用极限平衡法，具体如下： 极限平衡按总应力法，稳定性系数由下式计算： 式中：N分条条块重量垂直于潜在滑面的分量（kN/m） ；边坡物质的内摩擦角（） ；c 边坡物质的粘聚力；L 潜在滑弧长度；T 分条条块重量平行于潜在滑面的分量（kN/m） 。 经计算，边坡稳定性系数分别为：“天然状态”下为 1.02、 “天然
4、状态+降雨、融雪”下为 0.73、 “天然状态+地震”为 0.53。由此可见，边坡在天然状态下处于临界稳定状态，并会在降雨、融雪或地震作用的扰动下发生失稳，因此需对其进行治理。 34 边坡锚喷技术原理与设计 4.1 岩质边坡锚喷加固的作用机理 喷锚网加固是靠锚杆、钢筋网和混凝上层共同工作来提高边坡岩土的结构强度和抗变形刚度，减小岩（土）体侧向变形，增强边坡的整体稳定性（图 1） 。主要适用于岩性较差、强度较低、易于风化的岩石边坡；或虽为坚硬岩层，但风化严重、节理发育、易受自然应力影响、导致大面积碎落，以及局部小型崩塌、落石的岩质边坡；或岩质边坡因爆破施工，造成大量超爆、破坏范围深入边坡内部，路
5、堑边坡岩石破碎松散、极易发生落石、崩塌的边坡防护。 图 1 边坡断面及锚喷加固布置图 1岩体；2喷射砼；3锚杆；4浆砌块石挡墙；5路基 锚喷支护最早是从应用地下洞室加固逐渐应用到地表边坡和基坑工程中的，在锚喷加固中，一般认为锚杆加固起主要作用，喷射混凝土作用为辅助作用，所以在设计中选用锚杆参数是首要考虑的。 4.1.1 锚杆作用机理 对锚杆支护在地下洞室加固的作用机理，主要为悬吊、组合梁和挤压加固的共同作用。显然，锚杆支护对洞室的加固机理与洞室的空间几何形状有关，而边坡的空间几何形状有别于地下洞室，锚杆加固对边坡的加固作用机理不完全同于其作用于地下洞室。一般认为，在岩质边坡工程中，锚杆起压力墙
6、和组合梁作用。 1、锚杆的压力墙作用 4对于锚杆的压力墙机理可以这样分析，当岩质边坡边坡没有明确的滑动面，但岩体被多组节理、层理切割不规则块状，破裂面或呈不连续状，或呈陡峭型、或逆坡向，这种情况下破坏呈塌落、倾倒等坍塌形式，往往层层递进。控制不住塌而不止。这种含软弱结构面的岩体稳定主要由其间结构面的抗剪强度决定。岩质边坡的系统锚杆大大提高了锚固区域破碎岩体的整体性，同时，锚固区域锚杆与岩体共同形成厚度与锚杆深度相近的压力墙，并控制了锚固区外岩体的变形，压力墙因镶嵌在岩体里，其的作用不完全类同于挡土墙或抗滑桩，其主动式的加固机理决定加固后的边坡能“自我”稳定，这也是锚杆加固边坡的优越性之一4。2
7、、锚杆的组合梁作用 对于锚杆的组合梁作用，当岩体含软弱结构面主要为层理或片理，且岩层的产状与岩体坡面相近，结构面间 C、值较小，极易发生顺层滑移。使用锚杆加固时，将锚杆与结构面近似垂直方向布置，锚杆的加固大大提高了层理可片理间的抗剪切强度，锚杆起了力学组合梁的铆钉作用。这种情况下，锚杆的加固作用是非常明显的。 4.1.2 混凝土作用机理 对于喷射混凝土的作用机理，实验结果(2)表明，不论是完整岩体还是软弱结构面的裂隙岩体，也不论有无锚杆加固，喷射砼都不同程度地对岩体有加固作用（图 44） 。对于裂隙岩体除一般人们公认的高压喷砼浆液渗入裂隙的加固作用外，就单轴压缩试样而言，砼喷层还具有粘结捆绑作
8、用，将软弱面分割离散的岩块粘结成整体，有效地减弱了应力集5中现象，从而提高岩体的整体稳定性和强度，同时约束了岩体的变形，从而改善岩体的应力状态，起到加固围岩的作用。 岩质边坡失稳时，主要原因是结构面影响和水的作用，混凝土喷射层有效地控制地表水的渗入和岩体的进一步风化，因此喷射混凝土层对边坡的稳定也起着重要作用。 4.2 锚喷加固设计 4.2.1 加固方案 1、加固设计以技术经济合理的稳定坡角、严格控制爆破和综合治水措施为基础； 2、设计采用素喷砼、锚喷和锚喷网三种加固类型； 3、三种加固类型的使用视边坡稳定状况、边破高度和坡角等因素确定； 4、喷砼的作用是防止表面岩体进一步风化及阻止局部小块岩
9、石下滑，钢筋网的设置则是增大喷砼层的抗剪和抗拉强度，同时钢筋混凝土与锚杆共同作用，对边坡起表里共同加固作用； 5、锚杆类型选用砂浆螺纹钢锚杆，经济合理，便于快速施工； 6、对于岩质边坡，加固紧随开挖，要求每挖完一层台阶，迅速加固其产生的边坡，防止边坡产生过大的位移变形。 4.2.2 加固参数选择 锚喷加固的设计参数主要有：锚杆深（长）度，锚杆直径、孔径，锚杆间距，砂浆强度，喷砼的厚度、强度和材料，钢筋网的型号、网格长度等。这些参数均是边坡加固中的重点，它将关系到坡体在开挖后的6稳定性。 1、锚杆参数 （1）锚杆长度 根据结构面网络模拟分析和现场的量测，岩体结构面最大间距小于2m，考虑到爆破及锚
10、杆可能与结构面倾斜的因素，以及规范要求的锚固深度为安全系数 2-3 倍的要求， 锚杆长度为 8 米。 锚杆长度校核：由岩体结构特征分析知，岩体节理面平均间距所确定的危险和潜在不稳定的岩块宽度为 0.50.7m，其三倍小于锚杆长度（6-12m） ，满足校验规则。 （2）锚杆间距 由上所述，岩体结构面最大间距小于 2m，确定锚杆的间距为 2 米。考虑到结构面的片理与节理有近似垂直的关系，确定锚杆的排拒与间距相同，即排拒与间距均为 2 米，为了更好的发挥锚杆锚固的作用，采用梅花形布置。 （3）最大锚固力 这是最重要的锚杆参数之一。对于锚杆受力的确定，当边坡在侧向压力作用下发生位移时，锚杆中可能会同时
11、产生拉力、剪力与弯矩，受力状态复杂，设计中同时考虑这三种力的作用是很困难的。但有关试验资料表明：锚杆中的剪力和弯矩对边坡稳定所起的作用，与轴向拉力相比，处于次要地位，可略去不计，这就使锚杆加固设计大为简化。 根据锚杆对边坡局部滑块的锚固作用原理，设每根锚杆的最大锚固力 P，如下式所示： 7式中：F=1.4，为安全系数；A =2x2=4m2，即每根锚杆的锚固面积；W=2212.7=10.8 吨，即每根锚杆承担的岩体重量；C=50kPa，为岩体内聚力（考虑爆破破坏作用） ；=35，为岩体节理倾角；=24.5，为岩体节理摩擦角；=75，为锚杆与坡面的夹角。得出每根锚杆的锚固力 P=3.12t。 （4
12、）直径与孔径及砂浆强度 根据经验类比和施工的方便，锚杆直径设计为 32mm，钻孔孔径为80mm，砂浆强度 M10。 （5）锚杆锚固力校核 锚固破坏要考虑锚杆与砂浆的结合破坏、砂浆与孔壁的结合破坏、岩体的剪切破坏以及锚杆的拉伸破坏等诸多形式，其中锚杆与砂浆的结合力最小，将其作为校核对象，按公式计算： 算出最小锚固力 P=6.91t，大于设计锚固力 P=3.12t。校核证明锚杆设计锚固力满足要求。综合考虑锚固力，6m 锚杆大于 10t，8m 锚杆大于 12t。 2、喷射混凝土参数 （1）喷射混凝土厚度 结合该段的岩层情况，根据锚杆喷射混凝土支护技术规范（GB50086-2001）要求，喷射混凝土厚
13、度定为 10cm；遇局部较为破碎地8段，为了提高安全系数，喷射混凝土厚度设计为 15cm。 （2）喷射混凝土强度 根据规范要求，喷射混凝土强度定为 C20。 （3）喷射混凝土材料 要求使用 425 以上水泥以及满足有关规范的砂石，配合比为水泥：砂：石=1：2：2，水灰比：0.52。使用的速凝剂必须满足规范要求。 3、钢筋网参数 选用 6mm 钢筋，钢筋网格为 2020cm。 5 结论 以锚喷技术为研究对象，通过分析岩质边坡锚喷加固的作用机理，结合具体的工程实例，得出锚喷加固设计方案，应用于高速公路边坡支护工程。研究成果可供其他类型工程参考。 参考文献 1 罗嘉运. 岩土工程及路基M. 北京：中国铁道出版社，1997. 2 陈建平，吴立. 地下建筑工程设计与施工M. 武汉：中国地质大学出版社，2001. 3 孔祥金. 锚固与注浆在公路工程中的应用，锚固与注浆论文集M. 乌鲁木齐：新疆科技卫生出版社，1995. 4 任清文，罗军. 锚杆应用及加固机理研究综述M. 北京：水利水电科技出版社，1997.2 9作者简介：杨保华（1962-） ，男，高级工程师，主要从事电力工程岩土工程勘测与设计，
