周志炎，張漢華，張鳳姚

（1.中國(guó)水電建設(shè)集團(tuán) 四川電力開發(fā)公司，四川 成都 610017；2.開封黃河河務(wù)局，河南 開封 475000；3. 云南省水利水電科學(xué)研究院，云南 昆明 650228）

0 引言

巖體錨固是利用錨桿或錨索穩(wěn)定裂隙巖體的一項(xiàng)工程技術(shù)。它把錨桿或錨索埋置于巖體中，依靠與周圍巖體之間的抗剪強(qiáng)度傳遞結(jié)構(gòu)物的拉力， 或使巖體自身得到加固，以保持結(jié)構(gòu)物與巖體的穩(wěn)定[1]1。由于巖體錨固技術(shù)施工簡(jiǎn)單、成本較低，能在施工后迅速提供支護(hù)力，有利于發(fā)揮巖體的固有強(qiáng)度，并能限制巖體的變形發(fā)展， 從而進(jìn)一步提高施工的安全性， 提高巖體中軟弱結(jié)構(gòu)面、 潛在滑動(dòng)面的抗剪強(qiáng)度，改善巖體的力學(xué)參數(shù)及應(yīng)力狀態(tài)，使其向有利于穩(wěn)定的方向轉(zhuǎn)化，因此，巖體錨固技術(shù)廣泛應(yīng)用于礦山巷道、鐵路隧洞和電站地下廠房等工程。

1 巖體錨固技術(shù)的發(fā)展情況[2～3]

1.1 巖體錨固技術(shù)在國(guó)外的發(fā)展情況

1911 年， 美國(guó)首先用錨桿支護(hù)礦山巖石巷道。1934 年， 在阿爾及利亞切爾伐斯壩的加高工程中，首先采用承載力為1 萬kN 的預(yù)應(yīng)力巖石錨桿來保持加高后壩體的穩(wěn)定。 之后，印度的坦沙壩、南非的斯登布拉斯壩、 英國(guó)的亞格爾壩和奧地利的斯布列希壩也同樣采用預(yù)應(yīng)力錨桿加固。 1957 年， 法國(guó)Bauer 公司采用土層錨桿。 20 世紀(jì)60 年代，捷克斯洛伐克的Lipno 電站主廠房（寬為32m）、聯(lián)邦德國(guó)的WaldeckⅡ地下電站主廠房（寬33.4m）等大型地下洞室采用高預(yù)應(yīng)力長(zhǎng)錨桿和低預(yù)應(yīng)力短錨桿 （張拉錨桿）相結(jié)合的支護(hù)形式。 20 世紀(jì)70 年代，英國(guó)在普萊姆斯的核潛艇綜合基地干船塢的改建中，廣泛應(yīng)用了地錨，用以抵抗地下水的上浮力。1974 年，紐約世界貿(mào)易中心深開挖工程（開挖21 m）采用錨固技術(shù)，950 m 長(zhǎng)、0.9 m 厚的地下連續(xù)墻穿過有機(jī)質(zhì)粉土、沙和硬土層直達(dá)基巖，由6 排錨桿背拉，錨桿傾角45°， 工作荷載為3 000 kN。 20 世紀(jì)80 年代， 英國(guó)、 日本等國(guó)研究開發(fā)的一種新型錨固技術(shù)——單孔復(fù)合錨固，改善了錨桿的傳力機(jī)制，能大大提高錨桿的承載力和耐久性。 英國(guó)采用單孔復(fù)合錨固技術(shù)，在軟土中使錨桿的承載力達(dá)到1 337 kN。1989 年， 澳大利亞在Warragamba 重力壩加固工程中采用由65 根15.2 mm 的鋼絞線組成的錨桿，最大承載力達(dá)16 500 kN。 澳大利亞對(duì)Nepean 重力壩和Burrinjuck 重力壩分別采用承載力為16 500 kN 和16 250 kN 的錨桿加固。 為了檢驗(yàn)錨桿防腐蝕系統(tǒng)的完善性， 瑞士開發(fā)應(yīng)用了電隔離錨桿(電阻測(cè)定法)技術(shù)，該法已列入瑞士和全歐的錨桿標(biāo)準(zhǔn)。 瑞典和日本開發(fā)的帶膨脹端頭的土中錨桿 （膨脹體的直徑可達(dá)0.8 m），改變了摩擦作用的傳力機(jī)制，大大縮短了固定段長(zhǎng)度，具有多方面的優(yōu)點(diǎn)。

1.2 巖體錨固技術(shù)在我國(guó)的發(fā)展情況

20 世紀(jì)60 年代， 巖體錨固技術(shù)開始在我國(guó)工程中應(yīng)用。 1964 年，安徽梅山水庫采用設(shè)計(jì)承載力為2 400～3 200 kN 的預(yù)應(yīng)力錨桿加固壩基。20 世紀(jì)80 年代，北京的京城大廈、王府飯店、上海太平洋飯店等大型基坑工程采用預(yù)應(yīng)力土層錨桿背拉樁墻結(jié)構(gòu)。1993～1999 年，我國(guó)在深基坑和邊坡工程中的預(yù)應(yīng)力錨桿用量每年約為2 000～3 500 km。 近20 年來， 我國(guó)的巖體錨固工程技術(shù)獲得了明顯的發(fā)展和進(jìn)步，在各相關(guān)行業(yè)部門發(fā)展速度較快，尤其是在礦山巷道、 鐵路隧洞和電站地下廠房中錨桿支護(hù)的應(yīng)用技術(shù)得到迅速發(fā)展， 取得了大量的成功經(jīng)驗(yàn)和研究成果。

2 巖體錨固機(jī)理和力學(xué)效應(yīng)

2.1 巖體錨固機(jī)理

巖體錨固的基本原理就是依靠錨桿周圍地層的抗剪強(qiáng)度來傳遞結(jié)構(gòu)物的拉力或保持地層開挖面自身的穩(wěn)定，主要功能是：（1）提供作用于結(jié)構(gòu)物上以承受外荷的抗力，其方向朝著錨桿與巖體相接觸的點(diǎn)。 （2）使被錨固巖體產(chǎn)生壓應(yīng)力，或者對(duì)被通過的地層起加筋作用。 （3）加固并增加地層強(qiáng)度，改善巖體的相關(guān)力學(xué)性能。 （4）當(dāng)錨桿通過被錨固巖體時(shí)，能使這部分巖體內(nèi)部產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力。

當(dāng)然，錨桿的這些作用是相互補(bǔ)充的，對(duì)于某一特定的工程而言，可能是某一個(gè)或者幾個(gè)方面一起聯(lián)合發(fā)揮作用，從而保持巖體的穩(wěn)定。

2.2 巖體錨固的加固力學(xué)效應(yīng)

從加固的力學(xué)效應(yīng)上看，巖體錨固技術(shù)一方面提高巖體強(qiáng)度、減少巖體變形的力學(xué)效應(yīng)，另一方面加固變破損區(qū)的力學(xué)效應(yīng)。 中科院巖土所朱維申等人通過大量的實(shí)驗(yàn)研究表明[1]9：加錨巖體的單軸抗壓峰值強(qiáng)度提高約17%，殘余強(qiáng)度提高了一倍，抗變形能力顯著增加，抗拉強(qiáng)度亦提高一倍；國(guó)內(nèi)許多研究者通過數(shù)值計(jì)算，論證了錨桿支護(hù)對(duì)改善圍巖應(yīng)力狀態(tài)和減少圍巖塑性區(qū)，拉應(yīng)力范圍的顯著效果。

3 巖體錨固施工技術(shù)要點(diǎn)

編制可行的錨固施工方案， 是保證錨固效果的關(guān)鍵。錨固工程施工工序主要包括施工準(zhǔn)備、錨孔鉆造、錨筋制安、錨孔灌漿、鋼筋混凝土施工、張拉鎖定封錨等關(guān)鍵工作流程。

3.1 施工準(zhǔn)備

（1）施工組織設(shè)計(jì)。施工組織設(shè)計(jì)要求明確施工方法、施工工藝、工序流程、勞動(dòng)力組織和施工設(shè)備、材料、試驗(yàn)、監(jiān)測(cè)安排及安全、質(zhì)量管理。

（2）開工條件檢查。必備的開工條件包括開工報(bào)告、錨筋材料試驗(yàn)、漿體材料試驗(yàn)、配合比試驗(yàn)以及相關(guān)機(jī)械設(shè)備等。

（3）按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行預(yù)應(yīng)力錨索（桿）基本試驗(yàn)，即抗拔拉破壞試驗(yàn)。 基本試驗(yàn)的目的在于研究和驗(yàn)證設(shè)計(jì)采用的工作錨索的性質(zhì)和性能、施工工藝、設(shè)計(jì)質(zhì)量、設(shè)計(jì)合理性以及所提供的安全儲(chǔ)備，并著重研究錨索的抗拉承載能力、荷載與變形、松弛和蠕變等問題，同時(shí)考慮有關(guān)搬運(yùn)、儲(chǔ)存、安裝和施工過程中抗物理破壞的能力。若發(fā)現(xiàn)問題，及時(shí)采取變更和完善等應(yīng)對(duì)措施。

高福高速公路[4～5]路塹邊坡錨固工程中所布置的預(yù)應(yīng)力錨索基本試驗(yàn)(抗拔拉破壞試驗(yàn))，受施工場(chǎng)地和施工進(jìn)度等多種因素影響， 設(shè)計(jì)基本試驗(yàn)錨索與工程錨索同步進(jìn)行， 即在基本試驗(yàn)錨孔施工完成后(緊接施做試驗(yàn)錨墩，并在錨固漿體達(dá)到28d 齡期且錨墩強(qiáng)度達(dá)到80%后進(jìn)行基本試驗(yàn)工作，及時(shí)向業(yè)主、監(jiān)理和設(shè)計(jì)部門提交基本試驗(yàn)報(bào)告)，同步開始工程錨孔施工，故也稱驗(yàn)證性試驗(yàn)。

3.2 錨孔鉆造

根據(jù)錨固設(shè)計(jì)，用白灰或油漆在相應(yīng)位置上標(biāo)出錨孔的位置，經(jīng)檢驗(yàn)無誤后，方可進(jìn)行鉆孔工作。鉆機(jī)施工在鋼管腳手架作業(yè)平臺(tái)上進(jìn)行， 腳手架應(yīng)穩(wěn)定、牢固，平臺(tái)架板應(yīng)滿鋪，并拉設(shè)相關(guān)護(hù)欄或護(hù)網(wǎng)。鉆機(jī)就位時(shí)，利用地質(zhì)羅盤對(duì)傾角和方位角進(jìn)行校驗(yàn)， 鉆機(jī)導(dǎo)軌傾角誤差在±1°之間， 方位角誤差在±2°之間，校驗(yàn)無誤后才能開始鉆孔。 鉆孔時(shí)，采用無水干鉆法，以確保施工不惡化巖土工程地質(zhì)條件和保證孔壁的黏結(jié)性能。 進(jìn)尺速度根據(jù)鉆機(jī)性能和巖層情況嚴(yán)格控制，防止孔道扭曲變形。鉆進(jìn)達(dá)到設(shè)計(jì)要求的深度后，要穩(wěn)鉆1～2min，以防止孔底“滅尖”，然后利用高壓空氣穩(wěn)壓2～3min，將孔內(nèi)沉渣吹出孔外。 鉆孔結(jié)束后，要復(fù)查錨孔孔徑、深度、孔位、傾角和方位角，全部合格后方可進(jìn)行下道工序。

3.3 錨筋制安

常用的錨固方法有預(yù)應(yīng)力錨索、 預(yù)應(yīng)力錨桿和非預(yù)應(yīng)力錨桿3 種。鋼絞線采用砂輪切割機(jī)下料，要求每根長(zhǎng)度誤差小于5 cm，不得有機(jī)械損傷、死彎或銹坑。 沿錨桿體軸線方向每隔1.0～2.0 m，應(yīng)設(shè)置一個(gè)對(duì)中支架，必要時(shí)設(shè)排氣管，并與錨桿體綁扎牢固。錨桿體自由段應(yīng)用塑料布或塑料管裹套，與錨固段連接處應(yīng)當(dāng)用鉛絲綁牢、封扎嚴(yán)實(shí)，并按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行防腐處理。

錨筋制作完成后，應(yīng)按有關(guān)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其進(jìn)行檢查。在水平運(yùn)輸時(shí)，各支點(diǎn)間距不小于2m，且轉(zhuǎn)變半徑不宜太小。 垂直運(yùn)輸時(shí)，除主吊點(diǎn)外，其他吊點(diǎn)應(yīng)使錨筋體快速安全脫鉤， 一切合格后即可進(jìn)行安裝。 錨筋安裝由人工進(jìn)行操作。 安裝前，用鐵絲在錨筋上固定對(duì)中器和導(dǎo)向帽，不能使用電焊連接。安裝時(shí)，要均勻平穩(wěn)地將錨筋推入孔內(nèi)，盡量避免碰撞孔壁，如遇障礙，無法繼續(xù)穿入，應(yīng)將錨筋拔出，重新進(jìn)行清孔后再安裝。

3.4 錨孔灌漿

（1）注漿材料須符合設(shè)計(jì)要求和有關(guān)規(guī)劃要求。在注漿作業(yè)開始和中途停止較長(zhǎng)時(shí)間再作業(yè)時(shí)，應(yīng)當(dāng)用水或水泥稀漿潤(rùn)滑注漿泵及注漿管路。（2）注漿液應(yīng)嚴(yán)格按照配合比攪拌均勻，隨攪隨用。 注漿漿體強(qiáng)度應(yīng)不低于40 MPa，并按批次備制試件。（3）錨孔鉆造完成后，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行錨筋體安裝和錨孔注漿，原則上不得超過24 h。 （4）錨孔注漿必須采用孔底返漿方法(注漿壓力一般為210 MPa 左右)，直至孔口溢漿，嚴(yán)禁抽拔注漿管或孔口注漿。 如發(fā)現(xiàn)孔口漿面回落，應(yīng)在30min 內(nèi)進(jìn)行孔底壓注補(bǔ)漿2～3 次，確保孔口漿體充滿。 （5）當(dāng)采用二次劈裂注漿提高地層錨固力時(shí)，要求以漿體強(qiáng)度控制開始劈注時(shí)間(一次漿體強(qiáng)度為5MPa)，并在二次注漿管之錨固段內(nèi)設(shè)花孔和封塞。 （6）注漿作業(yè)應(yīng)認(rèn)真做好現(xiàn)場(chǎng)施工注漿記錄，每批次注漿都應(yīng)進(jìn)行漿體強(qiáng)度試驗(yàn)，且不得小于兩組。 漿體未達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的70%時(shí)，不得在錨筋體端頭懸掛重物和拉綁碰撞。

3.5 錨具支承體混凝土施工

（1）基槽開挖。 基槽的開挖由人工進(jìn)行，深度按與工程線的垂直距離控制，遇局部架空時(shí)采用漿砌片石嵌補(bǔ)（用M10 沙漿）。 基槽開挖結(jié)束后，要用2～5 cm 厚的水泥沙漿找平， 防止雨水沖刷和污染鋼筋，確?；炷翆?shí)體的幾何尺寸。（2）鋼筋安裝。當(dāng)基槽開挖結(jié)束后，即可進(jìn)行縱橫肋梁框架的鋼筋安裝。鋼筋可在坑槽內(nèi)現(xiàn)場(chǎng)拼裝，當(dāng)錨筋與框架鋼筋相互干擾時(shí)，可適當(dāng)移動(dòng)鋼筋的位置。（3）模板安裝?？蚣芑炷聊０蹇刹捎娩撃?、后背方木，以增加剛度和保持線形直順。 模板要支設(shè)穩(wěn)固，防止漏漿，其頂面標(biāo)高在支模時(shí)須嚴(yán)格控制，以滿足設(shè)計(jì)要求。 （4）混凝土澆筑。 在鋼筋、模板驗(yàn)收合格后宜盡快澆筑混凝土。 混凝土坍落度在1～3 cm，由人工挑抬入模，用插入式振動(dòng)器進(jìn)行振搗施工。 澆筑時(shí)，要注意錨具周圍混凝土的振搗質(zhì)量, 并防止碰撞錨具和錨具內(nèi)漏漿, 必要時(shí)可輔以人工振搗。 框架混凝土宜分片施工，澆筑梁肋時(shí)必須安裝頂模，以確保振搗質(zhì)量。 在相鄰框架的接觸處， 可先以2 cm 厚泡沫板相隔，最后再以瀝青麻絮或?yàn)r青木板填塞。 混凝土施工結(jié)束后，應(yīng)及時(shí)覆蓋，并與試塊進(jìn)行同體養(yǎng)生，為張拉施工提供條件。

3.6 張拉鎖定封錨

預(yù)應(yīng)力施工采用張拉力為150 t、 最大行程為200mm 的穿心式千斤頂進(jìn)行。 在正式施工前，千斤頂與油泵油表要進(jìn)行標(biāo)定， 并換算出相應(yīng)拉力時(shí)的油表讀數(shù)。 錨桿按設(shè)計(jì)荷載的25%、50%、75%、100%、110%分級(jí)張拉，每級(jí)觀察時(shí)間不少于10 min。錨索則應(yīng)根據(jù)每束預(yù)應(yīng)力筋長(zhǎng)短情況的不同， 采用先長(zhǎng)束后短束、每?jī)筛鶠橐粡埨瓎卧捻樞蜻M(jìn)行，每單元的張拉程度同錨桿相同。

錨筋在鎖定后48h 內(nèi)， 如發(fā)現(xiàn)有明顯的應(yīng)力松弛現(xiàn)象， 應(yīng)立即進(jìn)行補(bǔ)償張拉。 對(duì)未發(fā)現(xiàn)異常的錨筋，應(yīng)當(dāng)用砂輪切割機(jī)切除多余部分，隨后使用C25混凝土進(jìn)行封錨。

4 結(jié)語

（1） 巖體錨固工程施工是一項(xiàng)地質(zhì)條件變化復(fù)雜、 關(guān)鍵工程隱蔽和施工技術(shù)難度較大的特殊施工作業(yè)，應(yīng)由受過專業(yè)訓(xùn)練、具有豐富施工經(jīng)驗(yàn)的專業(yè)施工隊(duì)伍承擔(dān)， 各主要施工工序應(yīng)由相關(guān)專業(yè)技術(shù)人員進(jìn)行指導(dǎo)和監(jiān)督。

（2）錨固工程施工總的原則要求按照錨孔鉆造、錨筋制安、錨孔灌漿、鋼筋混凝土施工、張拉鎖定封錨等主要工序依次進(jìn)行， 一般采用地表簡(jiǎn)易觀測(cè)法和重要工程專業(yè)儀器監(jiān)測(cè)法，必要時(shí)開展動(dòng)態(tài)預(yù)報(bào)，以指導(dǎo)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)、確保施工安全，并檢驗(yàn)工程效果。各工序在保證主要施工順序和工藝要求的條件下，可以統(tǒng)籌安排。

（3）重點(diǎn)復(fù)雜的防護(hù)加固工程，由于其地質(zhì)條件復(fù)雜， 應(yīng)結(jié)合實(shí)際地層信息及坡體結(jié)構(gòu)條件進(jìn)行必要的調(diào)整與完善，即進(jìn)行動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)和信息化施工，從而達(dá)到經(jīng)濟(jì)合理和安全可靠的目的。

[1] 程良奎. 巖土錨固[M]. 北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2003.

[2] 程良奎. 巖土錨固的現(xiàn)狀與發(fā)展[J]. 土木工程學(xué)報(bào)，2001（3）：7-12.

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