自进式锚杆在垃圾土回填型深挖高边坡加固中的应用

何宇,蒋新闻

云南省交通规划设计研究院有限公司 云南 昆明 650011 云南交投公路建设第六工程有限公司 云南 昆明 650011

摘要：岩土工程中的边坡坡体锚固技术是应用锚杆或锚索对岩土体进行加固，可充分地发挥岩土体自身稳定能力，是一种对原岩扰动小、施土速度快、安全可靠以及经济有效的加固手段。针对出现的需在垃圾回填堆积土区域进行深挖高边坡并对坡体实施防护的特殊工况，普通锚杆支护手段成孔困难。自进式中空锚杆特别是采用较大直径和深度的自进式中空锚杆，施工简便，易于操作，可靠性高，有效地解决了松散岩土回填堆积体锚杆成孔困难的难题，效率高、有保障，效果好，在回填型深挖高边坡加固治理发挥了巨大的作用。

关键词：自进式锚杆；垃圾土；回填型；深挖高边坡；加固

0引言

云南昆明某建筑物，位于原废弃的采石场回填区范围内，废坑经回填，形成长约250米、顶面至坑底高约40～60米的垃圾土回填堆积坡体。该回填堆积体工程地质条件复杂，加之降水和自然下沉作用，在坡面上形成了许多条张拉裂缝，造成拟建建筑物场地基坑边坡坡体分段落不同程度的失稳，具备了滑坡体的某些典型特征和激活滑动的条件，对该堆积体中下部规划拟建高层建筑联体地下车库及人防工程的施工及运营造成严重威胁。

1工程地质条件及工程处治措施概况

该垃圾土堆积坡体回填物多为比较松软的城市垃圾及建筑垃圾，组分多为花岗岩强风化砂土粒、生活和建筑垃圾、大块花岗岩孤石、拆除钢筋混凝土砖石废弃物、石材加工场下角料废弃物以及各类含杂质砂土。回填堆积体内的导水性大部分都比较很强，个别小范围内水含量较高。

设计文件中对回填堆积边坡体加固采用两项措施综合处治，一是垂直向下注浆加固。注浆采用纯压式注浆，注浆孔采用梅花形布置；二是坡面采用水平向下15°角度的锚杆加框格梁的技术措施。坡面上部采用绿化措施，下部喷射混凝土封闭。

2工程实施过程中面临的问题

无论是垂直坡体注浆加固或坡面锚固加固，均离不开施造注浆孔和锚固孔，由于该垃圾土回填堆积坡体工程性质的特殊性，在具体实施的过程中，先期采用传统概念的钻机或钻具施工一直很难成孔，或塌孔现象频发，给穿进注浆管和普通锚杆带来很大困难。即便后来调整钻孔机具采用百米地质钻机试钻过程中，也频繁出现半个月未钻到设计深度，并且将套管卡死报废的记录。

3自进式锚杆微型桩技术的概念的提出

对于回填类特殊地层的受力载体或介质，无论是垂直、水平、倾斜方向，要求桩体或锚固体系和空间的钻具钻入具有循环无障碍通道。整合注浆管、抗浮、微型桩、中深孔锚杆、钻杆造孔等各概念，自进式锚杆可以实现集钻孔、注浆、成桩为一体的自进式锚杆微型桩技术。

4自进式锚杆在垃圾土回填堆积体边坡工程中的支护机理

综合而言，自进式锚杆在边坡工程特别是垃圾土回填堆积体开挖边坡中的防护加固作用主要表现为对堆积体松散介质不连续面的加强效应，归纳起来主要有以下一些作用：

1增韧止裂机理。

边坡中的卸荷裂隙随着侧向压应力逐渐解除，并局部进入微拉时，经历张型开裂，并在断续卸荷的自身平面内由稳定扩展到失稳，土（岩）桥击穿而相互贯通破坏。设置锚杆的主要作用可看成是对卸荷裂隙提供桥联作用，以阻止或延缓其张裂扩展过程，进而改善边坡岩体的变形与强度性质。

⑵销钉作用

销钉作用认为锚杆在加固软弱结构面时，凭借杆体自身的抗剪能力阻止卸荷裂隙面的相对滑动，从而提高了卸荷裂隙面的抗剪强度和粘结力。

⑶剪胀效应机理

当土（岩）体中的粗糙不连续面发生剪切位移时，不连续面的两壁因剪胀而产生扩容，使得贯穿不连续面的锚杆受拉产生附加的法向应力，并通过不连续面的摩擦效应提供附加的抗剪强度。

⑷预应力作用

预应力作用能有效的降低或消除土（岩）体中的拉应力和剪应力，使应力集中现象得到缓解，从而改善了土（岩）体的应力状态，同时，预应力使加固区的节理裂隙闭合，使节理裂的连通率降低，从根本上提同了土（岩）体的抗剪强度。

⑸挤压加固作用

预应力锚杆锚入松动土（岩）体后，其两端附近形成以锚杆两头为顶点的锥形压缩区。若将锚杆以适当间距排列，使相邻锚杆的锥形体压缩区相重叠，在预应力作用下，便形成一定厚度的连续压缩带。同时由于预应力的存在，在压缩带中的土（岩）体处于三向应力状态，提高了岩土体强度，在较为破碎的土（岩）体中安装预应力锚杆，可以使没有多大粘结力的碎石土加固成能承受较大荷载的整体“结构”。这就是锚杆的挤压加固作用。

 

 

图4-1  自进式锚杆结构构造图

5自进式锚杆微型桩的技术要点

⑴自进式锚杆集钻杆、注浆杆、锚杆三者为一体。适合于破碎易塌孔的地层中，避免了使用套管跟进的复杂施工工艺，

⑵自进式锚杆需使用刚性较好的材料，能够承受钻机冲击荷载，同时能够承担坡体侧向滑动变形的荷载。自进式锚杆体，既是钻杆、又是注浆管、也是微型桩、同时又是锚固力产生载体。

⑶用自进式锚杆在回填坡体内进行倾斜和垂直钻孔、注浆、加固，既对回填土体进行了加固，又可以抵抗侧向滑动变形，起到微型抗滑桩的作用，也可以作为侧向锚固体系例如中深孔锚杆来使用。

⑷自进式锚杆注浆饱满，并能实现高压注浆，使浆液充填岩土裂隙。锚杆微型桩同样既是造孔钻具，又是加固胶结类材料的通道，同时也是良好的传力体系。

⑸自进式锚杆微型桩技术用特殊专用钻头，用通用钻机将杆体钻入需要加固和锚固的回填坡体内，而后进行注浆、成桩、加固。

⑹自进式锚杆微型桩技术，造孔中，采用特有的多功能钎具实现高压风和水交替排渣、洗孔，也采取吹入干粉类材料，吸掉孔内渗水，保护孔壁，或采取水泥浆浆液保护孔壁的工艺，提高孔壁的完好程度。

⑺自进式锚杆具有预应力锚固功能。

⑻采取边钻进、边注浆工艺，有效防止因塌孔而给后续工序带来不必要的麻烦，提高成孔速度及成孔质量，这也是能使该项技术顺利实现的关键所在。

⑼自进式锚杆微型桩技术采用专用联接套进行工艺系统的连接，可根据需要，截成任意长度，同时可以边钻进、边进行任意连接。

⑽施工时所需工作平台或场地比较小，所以能适合任意场合，如狭小的隧道空间和超高的高边坡工作面。

⑾作为一种集抗浮和抗沉为一体的微型桩原理，在控制城市地铁下沉或起浮方面的推广具有一定的现实意义。

 

图5-1  自进式锚杆在软土中应用的效果图　　5-2  自进式锚杆在卵石中应用的效果

图5-3  隧道中自进式锚杆锚固效果           图5-4  自进式锚杆在基坑中的应用

6自进式锚杆自由段、锚固段的确定

本项目为垃圾土回填型深挖高边坡的自进式锚杆加固，锚杆模型按土层锚杆进行设定。土层锚杆是一种埋入土层深处的受拉构件，一端与工程构筑物相连、另一端锚固在土层中，整根锚杆长度分为自由段和锚固段。自由段是将锚头处的拉力传至锚固体的区段，其功能是对锚杆施加预应力；锚固段功能是通过锚固体与土层的粘结摩阻作用或锚固体的承压作用，将自由段的拉力传至土层深部。一般来说锚杆自由段Lf是根据基坑土体滑裂面计算出来的，其力学计算简图见图6-1。

图6-1土层锚杆计算简图

（1）

而锚固段长度La则一般是根据锚固承载力来估算=（2）式中，q为与土体粘结强度、钻孔方法、土壤性质、内摩擦角θ、抗剪强度、固结强度、锚杆上覆土厚度、灌浆压力等有关的参数，一般由试验确定，也可按规范取值； P为锚杆承载力；D为锚固段直径。

通过式（2）明显看出，要提高锚杆承载力，可加大D值或增大q值。工程实践及大量实验表明锚固长度并不与P成线性关系，当大于10m后P值的增幅就很小。目前提高P主要依靠在锚固端头扩体和二次灌浆技术，通过扩体不仅增加了锚固段表面积，达到增加承载力的目的，更重要的是扩大头前端土体所给予的阻力及端承力。另外可用二次、三次高压灌浆法提高锚固力，灌浆可通过渗透挤压作用增加锚固体周围土体的抗剪强度，增加了锚固段的表面积，一般可提高锚固力两倍以上。

7结语

自进式锚杆作为一种方便、高效的支护方式，在该垃圾土回填型深挖高边坡加固中起到了重要作用。随着今后信息化施工的不断发展、大量试验数据的收集，相信自进式锚杆设计、施工技术将越来越成熟、越来越完善，在边坡支护工程中发挥更大的作用。

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