注浆锚杆和柔性防护技术在高危边坡防护中的应用

[关键字] 注浆锚杆 柔性防护网 高危边坡 

　　0引言 

　　注浆锚杆支护是在岩体内打钻孔， 装入锚杆， 以锚杆内孔作为注浆孔， 向边坡岩体内注入浆液的一种支护方式。其实质是在边坡岩体松散堆积体中， 利用锚杆兼作注浆管， 外锚内注， 实现锚注一体化，不但可充分发挥锚杆对边坡岩体的锚固作用， 且可提高边坡岩体的强度和完整性。注浆锚杆注浆， 对松散边坡岩体的裂隙、节理有效地充填封闭， 使岩层转化为承载状态， 大大提高了边坡岩体的强度及其自身承载能力。起到了岩体自身积极支护的作用。注浆锚杆的浆液在凝固之后能够为锚杆端头锚固提供了着力基础。 

　　1工程背景 

　　国道318线曲水～大竹卡段公路位于拉萨至日喀则地区之间，终点连接尼泊尔，是西藏自治区"三纵、两横、六通道"骨架公路网中重要的一横，在西藏乃至全国公路网中占重要地位。本段公路沿高山河谷地形展布，线位大多数沿着峡谷斜坡坡脚开挖修筑而成，少部分位于雅鲁藏布江冲积阶地之上，边坡病害较多。 

　　1.1 K4793+260～K4793+381段高危边坡崩塌。 

　　该段边坡为岩质边坡，风化严重，岩体破碎，距路面以上约10～25m处部分段岩石呈碎裂状，为最主要崩塌掉块区；本段边坡坡度近75°，高约40m，受水的侵蚀和冻胀以及岩体自身重力作用极易崩塌掉块。据公路养护人员介绍，本段边坡崩塌掉块规模及频率较大，对行车安全造成极大威胁，崩塌掉块破坏路面，掩埋边沟，从而增加了养护工作强度及难度。 

　　1.2 K4798+343～+535段高危边坡崩塌。 

　　该段边坡主要为岩质顺层边坡，岩层面倾向公路，风化严重，岩体破碎，裂隙明显，崩塌常有发生；本段边坡坡度近60°，高约50m。 

　　本段大里程方向（日喀则侧）为崩坡积土层，边坡顶有一较平缓堆积平台；小里程方向（拉萨）为顺层岩石边坡，坡顶土石相接处发育两条小型冲沟。此种地形条件造成雨季及冰雪融水直接侵蚀冲刷堆积物使其崩落，且对顺层岩体有裂隙水补给；冬季冰雪融水渗入岩层裂隙中，冻胀力使岩体之间裂隙增大，岩体应力降低；顺层岩石坡脚被开挖部分切断，在各种外因及重力作用下易于发生滑塌，对行车安全造成极大威胁。 

　　1.3 K4799+300～+559段上边坡堆积物崩落 

　　本段病害区位于雅鲁藏布江二级阶地之上，多为磨圆度很好的卵砾石及粉细砂层，胶结差，易散。此段上边坡坡度约25～40°。路面从冲积地层坡脚通过，坡脚已有防护挡墙，墙高10m，墙后设浆砌护坡防护，护坡顶边坡做锚喷处理，喷锚结构由于长时间雨水冲刷、淘蚀坡面，导致其与自然坡面脱落，坡面散落破坏现象发育，砌体护坡被碎落物部分覆盖，掩埋下部并堆积于挡墙顶部，砂砾石冲积地层边坡经雨水冲刷，碎落砾石经挡墙顶部掉落路面，对行车安全造成威胁，损害沥青路面。 

　　2防护工程的构成及特点 

　　2.1注浆锚杆 

　　岩土锚固是岩土工程领域的重要分支， 已在边坡、基坑、矿井、隧道、地下工程等工程建设中得到广泛应用。采用锚固技术， 能充分调用和提高岩土体的自身强度和自稳能力， 确保施工的安全和工程稳定， 并能节约工程造价， 加快施工速度， 具有显著的经济效益和社会效益。按照锚杆内部拉筋与水泥浆体间传力方式的不同， 可将注浆锚杆分为拉力型、压力型和剪切型 3 种[ 2]。 

　　2.1.1 中空注浆锚杆的结构 

　　中空注浆锚杆由中空杆体、止退锚头、定位螺母、扩体胀壳式止浆塞、碗形垫板、半球形紧固螺母等组成。各部件功能是： 

　　中空杆体： 作为锚杆抗拔力的承载体， 可兼做注浆通道。止退锚头： 防止向上安设锚杆时杆体退缩， 兼有压力座功能。 定位螺母： 前一螺母用于固定止浆塞的位置， 后一螺母旋进， 挤压橡胶止浆塞使之膨胀以达到封堵锚孔止浆的效果。扩体胀壳式止浆塞： 被前后两定位螺母相向挤压后， 外鼓以达到止浆效果。 碗形垫板： 用于扩大端头锚固范围， 便于对锚杆施加一定的预压力。紧固螺母： 用于紧固垫板。 

　　2.1.2 中空注浆锚杆的优点 

　　通过高强锚杆和锚注加固的共同作用， 实现高强锚杆和注浆锚杆的强初撑、急增阻、高阻力特性， 增加控制边坡岩体变形的能力， 提高边坡岩体的整体强度和稳定性， 充分发挥边坡岩体的自承能力， 有效阻止边坡岩体变形[4]。 

　　2.2 柔性防护网 

　　2.1.1柔性防护网特点和治理效果 

　　（1）柔性与整体性。柔性防护网充分利用柔性材料的易铺展性和高防冲击能力， 使柔性系统各构件协调响应， 整体承载可释放或缓冲巨大冲击力， 也可允许坡面岩石在有限范围内发生变形， 避免局部集中受力发生破坏， 同时降低了对锚杆等构件的能力要求。 

　　（2）轻型化开放系统。高强度轻型化纲结构系统使施工方便， 简单。由于系统的开放性， 地下水可以自由排泄， 避免了由于地下水压力的升高而引起的边坡失稳问题。该系统除对稳定边坡有一定贡献外， 同时还减少了系统的视觉干扰， 对坡面形态特征无特殊要求， 不破坏和改变坡面原有的地貌形态和植被生长条件， 其开放特征为随后实施人工坡面绿化保留了必要的条件，将工程治理与环境保护和改造融为一体。 

　　（3）耐久性。充分利用技术成熟， 性价比良好的金属涂层防腐技术， 采用热镀锌的钢丝绳和钢丝或锌铝合金涂层钢丝来确保系统较长的防腐寿命， 一般可达 30～100 年， 因超载而发生破坏时， 一般仅需要更换或修复少量构件延长使用寿命[5]。

　　3防护工程的设计 

　　3.1 分段工程设计 

　　3.1.1 K4793+260～K4793+381段高危边坡崩塌 

　　（1）该段边坡为岩质边坡，坡度近75°，在陡崖之上与小路下方自然坡面上设截水沟一道，自左至右，向下将坡面降水引排至山体右侧地势低洼处，通过坡阔处接入路基边沟，水沟宽60cm，沟壁厚30cm； 

　　（2）清坡，规整地形边界，清除浮土浮石； 

　　（3）坡面设GPS2柔性主动防护网，规格为：D0/08/300钢绳网和S0/2.2/50格栅网，进行坡面防护，并设Φ32普通砂浆锚杆4m，采用M30水泥砂浆锚固。 

　　3.1.2 K4798+343～+535段高危边坡崩塌 

　　（1）该段边坡亦为岩质边坡，坡度近60°，在陡崖之上小路下方自然坡面上设一道截水沟自左向右，由上而下，将坡面降水引排至右侧挡墙外坡脚处，位置对应涵洞，水沟宽60cm，沟壁厚30cm； 

　　（2）顺层岩石上方有一小型水石流冲沟，主要受大气降水影响，本次防治在山间小路与顺层岩石坡顶中间部位，于冲沟中设置一道拦挡钢筋网，用来阻挡水石流冲击路面，混凝土结构埋入土中1米。 

　　（3）清坡，规整地形边界，清除浮土浮石； 

　　（4）坡面设GPS2柔性主动防护网，规格为：D0/08/300钢绳网和S0/2.2/50格栅网，进行坡面防护，并设Φ32普通砂浆锚杆4m，采用M30水泥砂浆锚固。 

　　（5）主动网下方5m高度范围，于顺层岩石段设两排Φ32独立锚杆共34根进行顺层岩石防护，锚杆长度6m，锚杆安装并注水泥砂浆完成后，将钢筋末端弯起用环氧树脂砂浆封闭。 

　　3.1.3 K4799+300～+523段上边坡堆积物崩落 

　　该段位于河流二级阶地之上，坡面松散堆积物主要为磨圆度较好的卵砾石。治理措施为： 

　　（1）在坡顶之上沿平台设一道截水沟，将坡面降水引排至左侧山间冲沟，水沟宽60cm，沟壁厚30cm； 

　　（2）清坡，规整地形边界，清除浮土浮石，清理浆砌护坡表层堆积物，清除浆砌护坡上沿喷锚防护碎块，不能清除时，可直接将主动网压于喷浆体表面； 

　　（3）坡面设GPS2柔性主动防护网，规格为：D0/08/250钢绳网和S0/2.2/20格栅网，进行坡面防护，并设Φ25的中空锚杆3m，采用C30水泥净浆锚固； 

　　（4）在原有挡墙之上设高60cm的浆砌挡墙，防止碎落物直接冲击路面； 

　　（5）在右侧冲沟防护网下方设一道急流槽，疏排坡面降水。 

　　3.2施工注意事项 

　　施工准备：施工之前，必须现场复核图纸中标明的测量控制点或里程桩号，并与实际交通设施位置及高程，如涵洞、路面等进行核对，核对无误后，才能进行放线。建筑工程位置或刷方控制点位经现场设计代表确认后，再进行施工。 

　　单项工程注意事项： 

　　（1）边坡刷方工程施工。边坡土石方开挖施工要求严格按照具体有关设计要求进行。对于设有锚固工程的高边坡工程开挖，要求严格按照从上至下的开挖施工顺序逐级开挖，待上级边坡锚固工程全部实施并产生加固作用后（根据实际情况可采用有效可行的临时加固或预加固工程措施）方可进行下级边坡的土石方开挖作业，逐级开挖，逐级加固，直至全部防护工程结束，确保坡体稳定和结构安全。 

　　（2）砌体工程施工。砌体砂浆要求满足设计标号，砂浆饱满，并按有关施工规范和规定砌筑。砌块材料要求石质均匀，符合规定尺寸要求，采用未风化且不易风化之硬石砌筑。 

　　（3）排水工程施工。地表截排水沟要求在路堑边坡土石方开挖施工前施做，并发挥作用，减少地表水对坡面冲刷和入渗坡体的作用和影响。 

　　（4）挂网锚固工程施工 

　　清坡。清坡在多数情况下，清坡工作并不是必须的，但以下两种情况是需要加以考虑. 放线。尽管定型化标准结构锚杆位置等是有尺寸限制的，但也有一定的允许调整范围，特别是对于锚杆来讲，其位置的确定具有更大的灵活性。 

　　锚筋制安。锚筋下料应整齐准确，误差不大于±50mm，预留张拉段钢绞线长度；锚筋的制作应搭建高于地面50cm以上与锚筋设计长度相适应的制作台及简易防晒防雨棚，受地形限制，需在边坡平台上进行锚筋制作的，也应搭架制作，同时应做好防晒防雨措施。 

　　（5）锚孔注浆。锚杆注浆的配合比见结构图，其中锚固段遇土质或砂土状强风化岩层且富水时应采用二次高压劈裂注浆法来提高地层锚固力。 

　　注浆材料要求严格按照经试验合格的配比备料，注浆浆液应严格按照配合比搅拌均匀，随拌随用。锚孔注浆必须采用孔底返浆方法（注浆压力一般为2.0Mpa左右），直至孔口溢出新鲜浆液，严禁抽拔注浆管或孔口注浆；如发现孔口浆面回落，应在30分钟内进行孔底压注补浆2～3次，确保孔口浆体充满。 

　　（6）支撑绳安装与调试。安装纵横向支撑绳，张拉紧后两端各用2～4个（支撑绳长度小于15m时为2个，大于30m时为4个，其间为3个）绳卡与锚杆外露环套固定连接。 

　　从上向下铺挂格栅网，格栅网间重叠宽度不小于5cm，两张格栅网间的缝合以及格栅网与支撑绳间用φ1.2铁丝按1m间距进行扎结（有条件时本工序可在前一工序前完成即将格栅网置于支撑绳之下。 

　　（7）钢绳网铺挂与缝合。从上向下铺设钢绳网并缝合，缝合绳为φ8钢绳，每张钢绳网均用一根长约31m（或27m）的缝合绳与四周支撑绳进行缝合并预张拉，缝合绳两端用两个绳卡与网绳进行固定联结。 

　　（8）完善性工序。系统安装完毕后，有条件时宜用土或小石块将平铺在地面上的格栅压住，避免落石将格栅向上掀起。 

　　4防护工程治理效果 

　　本次病害治理效果良好，达到预期目的，三个工点经治理后，未出现落石或坍塌现象，保证了段落内的路面安全和行车安全。 

　　5小结 

　　注浆锚杆和主动柔性防护网结合的方法在高原地区高危边坡有较好的防护效果；本文中设计的防护措施能够推广到其他工程实例中。 

　　参考文献 

　　[1] 李博章.注浆锚杆在软岩大断面巷道支护中的应用[J]. 陕西煤 炭，2007（1） ： 47-48. 

　　[2] 陆士良， 汤雷， 杨新安. 锚杆锚固力与锚固技术[ M ] . 北京： 煤炭工业出版社， 1998. 

　　[3] 李万喜， 刘建民.全长粘结式注浆锚杆抗拔力分析[J]. 探矿工程（ 岩土钻掘工程），2004（6） ： 6-8. 

　　[4] 王 健.大断面软岩巷道深孔注浆和注浆锚杆联合支护[J]. 煤 矿 开 采，2008（85） ： 36-38. 

　　[5]白 福， 高安民.柔性防护网在青海西久公路红土山高边坡的应用[J].公路，1981（ 2） ： 164-166. 

　　[6]张忠爱.柔性防护系统在大型公路边坡应用与施工[J].西部探矿工程，2010（ 7） ： 183-186.