錨桿（索）上邊坡防護受力分析

　　當(dāng)前,錨固技術(shù)已經(jīng)在國內(nèi)外得到了普遍應(yīng)用,然而學(xué)界對巖體錨固機理的研究還未見成熟,以至于在實際工程中錨固技術(shù)的合理性沒有得到充分的發(fā)揮。錨桿支護是在上邊坡巖體出現(xiàn)移動之前進行的主動支護加固,可有效地控制山體巖石失穩(wěn)、滑移。本文通過引用案例的形式分析了錨桿上邊坡防護受力相關(guān)狀況,為優(yōu)化設(shè)計提供參考。
　　
　　一、工程概述
　　
　　本文主要以隆林至百色高速公路兩階段段工程為例來分析,該路段起止樁號分別為:主線K0+350~K51+481.601、隆林聯(lián)線LK0+000~LK23+960,主線全長為51.6km,聯(lián)線全長20.8km。擬建K16+250高邊坡位于百色市隆林縣沙梨鄉(xiāng)委旦村以東200m。山體為一東北一南西走向山脊,高速公路從西穿山脊而過,形成樁號K16+200~K16+300的深挖路塹路段,長100m,坡腳最大垂直開挖深度約32m,左側(cè)邊坡較矮,越10~20m,右側(cè)邊坡較高,為20~50m。自然斜坡較緩,坡度為10~40度,開挖邊坡走向與山脊走向基本垂直。據(jù)統(tǒng)計,本路段共有75個坡面需進行上邊坡錨桿(索)加固處理,錨桿(索)一般位于2～7級坡面上,主要工程量總計為錨桿171160/11411m/孔,錨索125921/6296m/孔。通過對上邊坡的專項設(shè)計審查,對施工圖中的117處邊坡的設(shè)計進行了修正,并確定了17處高邊坡為特別跟蹤動態(tài)設(shè)計部位。
　　
　　二、錨桿應(yīng)力大小分布的一般特征
　　
　　本路段設(shè)計的壓力分散型錨索,設(shè)計鉆孔直徑130mm,錨索長度為18～43m,由三個單元無粘結(jié)鋼絞線組成,錨固長度8～15m,設(shè)計張拉力為600～750kN,注漿采用R425純水泥漿,水灰比0.4:1,注漿采用孔底返漿法。采用錨桿應(yīng)力傳感器,將其布置在孔口1/3錨桿長度處,長約0.8 m的傳感器與巖體脫開。嚴(yán)格地講,錨桿應(yīng)力測值代表了錨桿應(yīng)力傳感器這一長度范圍內(nèi)的受力狀態(tài)。根據(jù)觀測值發(fā)現(xiàn),監(jiān)測錨桿對應(yīng)的位置集中在每梯道坡的上、下各1 m左右,對應(yīng)的工程條件相似,但錨桿應(yīng)力測值差異非常懸殊。事實上,各錨桿應(yīng)力狀態(tài)與錨桿所處具體位置的地質(zhì)條件、工程及施工條件等密切相關(guān),錨桿應(yīng)力不可一概而論。
　　此外,錨桿應(yīng)力歷時主要受到三個因素的影響:第一是邊坡開挖卸荷,只有少數(shù)錨桿在一定時間內(nèi)捕捉到了這一信息,并且表現(xiàn)形式也各不相同;第二是溫度因素,溫度的影響普遍存在,但與錨桿應(yīng)力曲線可以是正相關(guān)關(guān)系,也可以表現(xiàn)為負(fù)相關(guān)。第三是巖體結(jié)構(gòu)面時效變形,它主要出現(xiàn)在巖體存在時效變形的地段,一般是存在軟弱結(jié)構(gòu)面或結(jié)構(gòu)面組合與邊坡的關(guān)系有利于產(chǎn)生時效變形的地段。
　　
　　三、應(yīng)力測值類型與成因分析
　　
　　首先,開挖條件下錨桿的應(yīng)力分析。邊坡后續(xù)開挖時上部錨桿受力狀態(tài)的不同表現(xiàn)形式與錨桿所處位置的具體地質(zhì)條件、工程條件和施工方法等密切相關(guān)。根據(jù)觀測值,坡內(nèi)10.5 m以內(nèi)淺層巖體向坡外的變形比在坡面大,淺層巖體與坡面巖體保持相對壓縮的變形態(tài)勢,這種變形使巖體內(nèi)的錨桿也處于受壓狀態(tài)。顯然,由于梯道坡頂處的臨空和應(yīng)力松弛,這種相對壓縮變形沒有坡腳一帶突出,觀測出的錨桿壓應(yīng)力值也以坡腳處比坡頂處大得多。由此可見,邊坡錨桿并不一定都受拉,陡傾軟弱結(jié)構(gòu)面相對較大的變形可以導(dǎo)致其外側(cè)錨桿受壓;邊坡后續(xù)開挖對上部錨桿受力狀態(tài)的影響方式和程度與邊坡巖體結(jié)構(gòu)、開挖強度等密切相關(guān),長大陡傾結(jié)構(gòu)面更容易導(dǎo)致開挖面上部巖體的變形和錨桿應(yīng)力的變化。
　　其次,基于溫度影響的錨桿應(yīng)力分析。錨桿應(yīng)力測值或全部或在某一時段表現(xiàn)出與溫度變化存在內(nèi)在關(guān)系。一些錨桿應(yīng)力表現(xiàn)為與溫度變化呈負(fù)相關(guān)關(guān)系,代表了巖體的溫度變形小于錨桿且灌漿質(zhì)量良好,巖體對錨桿的溫度變形有約束作用;另一方面,錨桿應(yīng)力與溫度呈正相關(guān)關(guān)系,可以出現(xiàn)在如下兩種情形:一是巖體破碎,溫度變化時巖體變形不小于錨桿變形,錨桿變形不會受到周圍介質(zhì)的反向約束;二是錨桿灌漿飽和度不夠或漿體質(zhì)量較差,即便巖體隨溫度變形比錨桿小,但由于漿體方面的原因,巖體對錨桿起不到相對約束作用,錨桿可以隨溫度自由變形而呈正相關(guān)關(guān)系。
　　第三,基于巖體時效變形的錨桿應(yīng)力分析。時效變形對錨桿受力狀態(tài)的影響是顯而易見的,反過來,錨桿應(yīng)力的相應(yīng)變化特征可以幫助判斷巖體時效變形特征。其中,錨桿應(yīng)力是否受時效變形的影響,主要取決于結(jié)構(gòu)面的變形特性和實施的加固措施是否能有效地控制結(jié)構(gòu)面的時效變形。
　　
　　四、結(jié)論
　　
　　第一,錨桿受力性質(zhì)、大小差異十分懸殊,這與錨桿所在位置的具體地質(zhì)條件密切相關(guān)。一般地,結(jié)構(gòu)面性質(zhì)、組合及其與邊坡的相對關(guān)系對錨桿應(yīng)力狀態(tài)的影響非常突出。邊坡后續(xù)開挖對上部已實施錨桿受力狀態(tài)的影響程度和表現(xiàn)方式同樣受錨桿所在位置的具體地質(zhì)和施工條件控制,并因此可以造成錨桿不同程度受拉、也可以是受壓。
　　第二,錨桿應(yīng)力與溫度聯(lián)系的普遍性說明了溫度是影響錨桿應(yīng)力的重要因素。
　　第三,當(dāng)上邊坡巖體采取逐步開挖逐步錨固的施工順序時,先期加固的錨桿隨著后期開挖的進行,巖體應(yīng)力場和位移場的變化,其受力也將逐步增加。系統(tǒng)錨桿對邊坡巖體位移的控制作用和加強節(jié)理巖體的整體性效果明顯。
　　第四,錨固的施工順序?qū)﹀^桿的受力有較大影響,邊開挖邊錨固的施工順序有利于錨桿作用的發(fā)揮和提高錨固巖體的整體性。
　　最后,我們還需注意邊坡巖體錨桿應(yīng)力狀態(tài)的差別都存在各自的內(nèi)在控制因素,即存在其個性的一面。這與一般理論分析或數(shù)值計算主要反映共性的一面所不同,在使用現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)時,必須充分尊重現(xiàn)場的現(xiàn)實條件。