锚杆是常用的顺层岩质边坡预加固措施之一,传统的锚杆由杆体和锚具两部分构成,可以提供很高的轴向锚固力,但是所能承受的垂直于锚固结构的剪切力很小且易被剪切破坏。因此,在顺层岩质边坡预加固设计计算中,通常不允许边坡岩体沿岩层层面发生变形,也就是不允许锚固结构承受剪应力,以免锚固结构被剪切破坏。
这种不允许边坡岩体变形的锚固结构预加固方法可能存在两个方面的问题:一是存在实际设计的锚固结构过于保守的情况。尽管岩层层面与岩石相比是力学上的弱面,但是其天然抗剪强度通常是很高的,不应该被忽略。岩层层面抗剪强度的发挥对坡体稳定是有利的,但抗剪强度的发挥需要岩层层面两侧岩体发生相对位移趋势甚至位移,这种锚固结构预加固方法因不允许边坡岩体变形而不能考虑岩层层面的抗剪强度,必然导致实际设计的锚固结构过于保守。二是存在锚固结构因被剪切破坏而丧失锚固能力的风险。顺层岩质边坡切坡开挖施工中,由于开挖卸荷作用,坡体发生变形是不可避免的。当坡体出现顺坡向的变形时,预设的锚固结构必然随之发生剪切变形,由于锚固结构的抗剪能力很低且允许的剪切变形很小,锚固结构容易因剪切变形或剪应力过大而损坏,从而丧失锚固能力。
鉴于此,本章提出一种适于顺层岩质边坡预加固的让剪型锚杆结构。这种锚杆结构沿长度方向自里向外由锚固段、自由段、锚具段和张拉段四部分组成。锚固段位于边坡潜在滑面以下的稳定岩体内,锚固段由锚筋和砂浆体组成,锚固段的横截面为圆形,锚筋被砂浆体包裹,并通过砂浆体与周围岩体接触界面的抗剪强度提供锚固力。自由段位于边坡潜在滑面以上的岩体内,与传统锚杆相比,让剪型锚固结构的自由段横截面为圆形,其直径明显大于锚固段的直径。自由段由锚筋和低压缩模量材料(如聚氨酯发泡材料)组成,锚筋预先经过无黏结处理,锚筋被低压缩模量材料包裹;低压缩模量材料具有压缩性高、韧性好、透水性低的特点,在外荷载作用下易变形、不易破坏。
让剪型锚杆属于预加固措施,需要在边坡开挖之前完成施工和安装,因此让剪型锚杆的施工方法对顺层岩质边坡锚固效果有较大的影响。让剪型锚杆的施工方法包括自由段钻孔、锚固段钻孔、清孔、锚筋及止浆塞安装、锚固段注浆、自由段注浆、锚具安装、张拉锁定等步骤,具体说明如下:
(1)锚孔施工:用岩石钻机施工自由段钻孔,直至钻孔深度等于自由段长度,且钻孔直径等于或略大于自由段直径,在自由段钻孔施工完成后需要更换适合的钻头,进行锚固段钻孔施工,从自由段钻孔底部开始钻进施工锚固段钻孔,直至钻孔深度略大于锚固段长度,且钻孔直径等于或略大于锚固段直径。
(2)清孔:用高压空气或水清除钻孔内的岩石碎屑等杂物。(www.daowen.com)
(3)安装锚筋及止浆塞:把预先制作好的锚筋、注浆管、止浆塞等安装在已清孔的钻孔内。
(4)注浆:通过注浆管向锚固段钻孔内注入砂浆,直至注满。注浆施工时注意要控制好注浆压力,既能够确保注浆质量,又不能使止浆塞失效。通过注浆管在自由段钻孔内注入低压缩模量材料浆液,直至注满。
(5)安装锚具:清理钻孔孔口多余岩土体后,施工锚座、安装锚板和锚夹具。当具备张拉条件时,通过锚筋张拉设备张拉外露的锚筋,待张拉荷载达预定值后用锚夹具锁定。
让剪型锚杆自由段允许发生较大的横向变形,且自由段内产生的剪应力很小,锚筋的剪切变形也很小,从而实现了让剪效果。这种让剪型锚杆应用于顺层岩质边坡预加固时,允许潜在滑面以上岩体发生一定量的顺坡向剪切位移,锚固结构不会因此被剪切破坏,有利于岩层层面抗剪强度在坡体稳定中发挥作用。
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