在公路、鐵路、礦山、建筑基坑等工程領(lǐng)域,邊坡失穩(wěn)是常見的安全隱患,可能引發(fā)滑坡、坍塌等事故,威脅人員安全與工程進(jìn)度。邊坡錨桿作為一種高效的邊坡加固技術(shù),憑借其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)與工作原理,成為解決邊坡穩(wěn)定問題的核心手段。下面來深入解析其功能、作用。
一、邊坡錨桿的基本構(gòu)成
邊坡錨桿是一種通過 “錨固段” 與巖土體結(jié)合、“自由段” 傳遞拉力的細(xì)長構(gòu)件,通常由三部分組成:
1. 桿體:核心受力部件,多采用高強(qiáng)度鋼筋、鋼絞線或玻璃鋼等材料,需具備足夠的抗拉強(qiáng)度與耐久性,以承受邊坡巖土體的側(cè)向推力;
2. 錨固段:錨桿與巖土體緊密結(jié)合的關(guān)鍵部分,通過注漿(水泥漿、水泥砂漿等)將桿體與鉆孔孔壁黏結(jié),形成 “巖土體 - 漿液 - 桿體” 的一體化受力體系,確保拉力有效傳遞;
3. 外錨頭:位于邊坡表面,由墊板、螺母等部件組成,用于將錨桿拉力分散到邊坡表層,避免局部應(yīng)力集中導(dǎo)致表層巖土破壞,同時便于后期張拉與鎖定。
二、邊坡錨桿的核心功能
邊坡錨桿的核心功能圍繞 “改善邊坡受力狀態(tài)、提升穩(wěn)定性” 展開,具體可概括為三大類:
1. 主動加固:約束巖土體變形
邊坡巖土體之所以易失穩(wěn),本質(zhì)是其內(nèi)部抗剪強(qiáng)度不足以平衡自重或外部荷載產(chǎn)生的剪切力。錨桿通過以下方式主動約束變形:
① 當(dāng)邊坡出現(xiàn)微小位移趨勢時,錨桿錨固段與巖土體的黏結(jié)力會產(chǎn)生反向拉力,阻止巖土體進(jìn)一步滑動;
② 多根錨桿形成 “錨桿群” 時,可在邊坡內(nèi)部構(gòu)建一個 “加固區(qū)”,相當(dāng)于為巖土體增加了 “內(nèi)部支撐”,提升整體抗剪能力,延緩或阻止滑動面的形成。
2. 荷載傳遞:優(yōu)化受力分布
邊坡表層巖土體的荷載(如自重、雨水滲透壓力、外部堆載)易集中在局部區(qū)域,導(dǎo)致應(yīng)力超過巖土體承載極限。錨桿可充當(dāng) “力的傳遞通道”:
① 將邊坡表層或淺層的荷載,通過桿體傳遞到深層穩(wěn)定的巖土體中(錨固段所在位置);
② 避免荷載在淺層堆積,使整個邊坡的受力更均勻,降低局部垮塌風(fēng)險。
3. 巖體完整性修復(fù):填補(bǔ)結(jié)構(gòu)缺陷
在巖石邊坡中,巖體常存在裂隙、節(jié)理等天然缺陷,這些缺陷會削弱巖體整體性,成為滑坡的 “突破口”。錨桿通過注漿與張拉,可修復(fù)巖體缺陷:
① 注漿過程中,漿液會填充巖體裂隙,將分散的巖塊黏結(jié)為整體,提升巖體的完整性;
② 錨桿的預(yù)張拉應(yīng)力可在巖體內(nèi)部形成 “壓應(yīng)力區(qū)”,閉合微小裂隙,減少雨水、風(fēng)化作用對巖體的侵蝕,延長邊坡使用壽命。
三、邊坡錨桿的實(shí)際工程作用
基于上述功能,邊坡錨桿在不同工程場景中發(fā)揮著不可替代的作用,具體體現(xiàn)在以下四個方面:
1. 抗滑穩(wěn)定:防治滑坡災(zāi)害
這是錨桿最主要的作用。在易發(fā)生滑坡的邊坡(如公路邊坡、礦山排土場)中,錨桿可直接針對滑動面發(fā)力:
① 當(dāng)邊坡存在明確的潛在滑動面時,錨桿穿過滑動面,將滑動面以上的不穩(wěn)定巖土體(滑體)與以下的穩(wěn)定巖土體(滑床)連接;
② 通過錨桿拉力平衡滑體的下滑力,阻止滑體沿滑動面滑動,尤其適用于黏性土、碎石土及風(fēng)化巖邊坡。例如,山區(qū)公路邊坡常采用 “錨桿 + 噴射混凝土” 組合形式,既通過錨桿抗滑,又通過噴混保護(hù)表層巖土,防治小型滑坡與落石。
2. 防滲輔助:減少水致失穩(wěn)風(fēng)險
雨水滲透是導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)的重要誘因 —— 水會增加巖土體自重,降低黏聚力與內(nèi)摩擦角(尤其是黏性土)。錨桿雖不直接防滲,但可通過以下方式輔助提升防滲效果:
① 錨桿注漿過程中,漿液可封堵部分巖土體孔隙,減少雨水下滲通道;
② 與錨桿配合使用的 “錨桿格構(gòu)梁”(鋼筋混凝土梁與錨桿結(jié)合),可在邊坡表面形成 “網(wǎng)格狀防護(hù)層”,配合土工膜等防滲材料,進(jìn)一步阻擋雨水滲透,降低水致滑坡風(fēng)險。
3. 空間節(jié)約:適應(yīng)復(fù)雜場地
在城市建筑基坑、隧道洞口等場地狹窄的場景中,傳統(tǒng)的 “放坡開挖” 或 “擋土墻” 技術(shù)往往受空間限制(如周邊有建筑物、道路)。錨桿的優(yōu)勢在于 “入土深、占地小”:
① 錨桿沿邊坡垂直或傾斜鉆孔安裝,無需在邊坡外側(cè)占用大量空間;
② 相比重力式擋土墻(需厚重墻體平衡推力),錨桿加固方案更輕便,可減少土方開挖量與工程成本,尤其適合城市密集區(qū)域的邊坡防護(hù)。
4. 動態(tài)調(diào)整:應(yīng)對荷載變化
部分工程(如礦山開采、堆載場地)的邊坡荷載會隨時間變化,錨桿可通過 “預(yù)張拉” 與 “二次張拉” 實(shí)現(xiàn)動態(tài)加固:
① 施工時通過預(yù)張拉,提前在錨桿內(nèi)施加應(yīng)力,主動壓緊巖土體,提升初始穩(wěn)定性;
② 后期若荷載增加(如礦山堆載升高),可通過外錨頭的螺母進(jìn)行二次張拉,補(bǔ)充錨桿拉力,確保邊坡始終處于穩(wěn)定狀態(tài)。
四、邊坡錨桿的施工流程
錨桿施工需嚴(yán)格遵循 “勘察 - 設(shè)計(jì) - 施工 - 檢測” 的流程,核心步驟如下:
① 地質(zhì)勘察:通過鉆探、原位測試,明確邊坡巖土體的類型、強(qiáng)度、裂隙分布及地下水位,確定錨桿的長度、間距、錨固段位置;
② 鉆孔:根據(jù)設(shè)計(jì)要求,采用潛孔鉆、回旋鉆等設(shè)備鉆孔,控制鉆孔角度(通常與邊坡面成 15°-45°)與孔徑(略大于桿體直徑),鉆孔后需清理孔內(nèi)巖屑與積水,避免影響注漿效果;
③ 錨桿安裝:將制作好的桿體(若為鋼絞線需綁扎定位筋)緩慢放入鉆孔,確保桿體居中,避免與孔壁直接接觸;
④ 注漿:采用壓力注漿機(jī),將水泥漿(水灰比通常為 0.4-0.5)從孔底向上灌注,確保漿液填滿孔內(nèi)空隙,直至漿液從孔口溢出,注漿后需養(yǎng)護(hù) 7-14 天(根據(jù)氣溫調(diào)整);
⑤ 張拉與鎖定:漿液強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)值的 70% 以上后,安裝墊板、螺母,通過張拉設(shè)備施加預(yù)拉力,達(dá)到設(shè)計(jì)值后鎖定螺母,完成錨桿施工;
⑥ 質(zhì)量檢測:通過拉拔試驗(yàn)(隨機(jī)抽取 5%-10% 的錨桿)檢測錨桿的抗拔力,確保滿足設(shè)計(jì)要求;同時檢查注漿密實(shí)度(如超聲波檢測),避免出現(xiàn)空洞。
邊坡錨桿作為一種主動加固技術(shù),通過 “約束變形、傳遞荷載、修復(fù)巖體” 的核心功能,在抗滑穩(wěn)定、防滲輔助、空間節(jié)約等方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用,已成為公路、礦山、建筑等領(lǐng)域邊坡防護(hù)的核心手段。其施工需嚴(yán)格遵循地質(zhì)勘察、精準(zhǔn)施工、質(zhì)量檢測的流程,同時結(jié)合工程實(shí)際做好材料選擇與后期監(jiān)測,才能確保加固效果。隨著新型材料(如碳纖維錨桿)與智能化監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展,邊坡錨桿將更高效、更精準(zhǔn)地應(yīng)對復(fù)雜的邊坡穩(wěn)定問題,為工程安全提供更可靠的保障。