岩土加固使用技术

《岩土加固实用技术》笔记预应力锚杆的应用领域：深基础工程（深基坑支挡、地下室抗浮、地下停车场、地下铁道或地下街）；边坡稳定工程（边坡加固、斜坡挡土、锚固挡墙、滑坡防治）结构抗倾覆应用（防止高塔倾倒、防止高架桥倾倒、坝体稳定、挡土墙稳定）；加压装置的应用（桩的荷载试验、沉箱下沉加重）；隧洞崩塌及变形的防止（防止隧洞坍塌、控制隧洞^或竖井>围岩变形）；冲击区的抗浮与防护（坝下游冲击区保护、排洪隧洞冲击区保护）各种构筑物稳定性与锚固（防止桥墩基础滑动、悬臂桥锚固、吊桥桥墩锚固、大跨度拱结构物稳定）。岩土锚固的基本原理：依靠锚杆周围地层的抗剪强度来传递结构物的拉力或保持地层开挖面自身的稳定。不能作为永久性锚杆的锚固地层：有机质土层作为永久锚杆的锚固地层，会引起锚固体的腐蚀破坏；液限WL>50%的土层，由于其高塑性会引起明显的徐变，不能长久地保持恒定的锚固力；相对密度Dr<0.3%的松散地层，锚固体单位面积上的摩阻力极低。锚杆设计流程：锚杆设计包括计算外荷载；决定锚杆布置和安设角度；锚杆锚固体尺寸设计；预应力筋的确定；稳定性验算；锚头设计等主要步骤。锚杆设计中的注意事项（1）锚杆的水平和垂直间距，一般不宜大于4.0m，以避免应力集中，也不得小于1.5m，以免群锚效应而降低锚固力。（2）一般锚杆的俯角不小于13°，不大于45°，以15〜35°为好。（3）因岩体松散而施加的预应力，以为加固地基和抵抗化动力而施作预应力的锚杆，以设计拉力值（工作荷载）作为锁定荷载为好。（4）预计地层有明显徐变的情况，可以先将锚杆张拉到设计拉力值的1.2〜1.3倍，然后再退到设计拉力值锁定，这样可减少地层的虚变量。提高锚固体的抗拔力和锚杆承载力的途径（1）增加锚固体长度（但是对于土层锚杆，一味采用增长锚固体长度来提高锚固体的抗拔力是不适宜的）；（2）高压灌浆（是由于高压浆液渗透到周围地层或高的压力在钻孔周围形成径向压力，提高了锚固体表面的粘结摩阻力<抗拔力〉的缘故，但当注浆压力超过4MPa时，锚杆承载力的增加将微不足道）；（3）端头扩体或多段扩体。锚杆预应力损失的原因（1）钢材松弛；（2）地层徐变；（3）锚固地层中发生的冲击（爆破、重型机械和地震力等）；（4）锚杆荷载变化（潮汐、风荷载等）。控制锚杆预应力损失的方法：采用适宜的荷载比（锚杆锁定荷载与极限承载力之比）；采用再次或多次补偿张拉对减少锚杆预应力损失有明显效果。锚杆锚头装置安装时应满足（1）锚杆荷载应为中心荷载；（2）荷载分布板应足以适应在施加荷载和超荷条件下没有显著的位移和转动；（3）由于锚头的滑动或转动所产生的此生应力应保持在最小程度。群锚效应：群锚的力学问题与群桩相似，研究表明，锚杆群中各锚杆的受力是不均匀的，锚杆群的承载效应总是低于单个锚杆的承载效应。需要采用密集锚杆时，应当使用不同倾角或不同长度，或两者并用，以使锚杆理论间距保持大于1.5m。喷锚支护的工作特点（1）及时性：可以在隧洞开挖后几小时内施作，立即提供连续支撑抗力；（2）粘结性：喷层与围岩能紧密粘结，一般粘结力达1.0MPa以上，通过喷层-岩石结合面上的粘结力和抗剪力，使隧道表面被裂隙分割的岩块联结起来，保持岩块间的咬合镶嵌作用，并能将局部危石荷载传给附近的稳定岩石，从而阻止岩石的移动。（3）柔性：根据弹塑性理论，地下洞室开挖后，在围岩不至松散的前提下，维护洞室稳定所需的支承抗力随塑性区的增大而减少。喷锚支护良好的柔性，允许围岩塑性区有一定的发展，避开应力峰值，又不至出现围岩的有害松散，能有效发挥围岩的自承能力和支护材料的性能。（4）深入性：指锚杆深入岩体内部，保持或提高岩体结构强度，改善围岩应力状态的特性。（5）灵活性：指喷锚支护类型参数、加固方式、支护步骤和施工顺序等的可调整性。可以根据围岩地质局部加固，也可整体加固，既可单锚、单喷，也可喷锚联合或同配筋、刚拱架结合使用。还表现在可分性上，既可一次完成，也可分次完成。对于喷锚支护，做到先“柔”后“刚”比较容易。（6）密封性：不透水性，防止有害侵蚀和充填物流失。新奥法的基本原则（1）围岩是隧洞承载体系的重要组成部分；（2）尽可能保护岩体的原有强度；（3）力求防止岩土松散，避免岩石出现单轴和双轴应力状态；（4）通过现场量测，控制围岩变形，一方面要容许围岩变形，另一方面又不容许围岩出现有害松散；（5）支护要适时，最终支护既不要太早，也不要太晚；（6）喷射混凝土层要薄，要有“柔”性，宁愿出现剪切破坏，也不要出现弯曲破坏；（7）当要求增加支护抗力时，一般不加厚喷层，而采用配筋，加设锚杆和拱肋等方式；（8）一般分两次支护，即初期支护和最终支护；（9）设置仰拱，形成封闭结构。二次支护：巷道支护由初始支护和二次支护组成。初始支护的目的是及时提供一定的支承抗力，防止岩体松散冒落，容许围岩在不致松散的前提下有一定量的变形，使岩体应力得以相当的释放，使二次支护避开应力峰值。二次支护的作用是承受长期蠕变阶段的围岩压力，保证巷道的长期稳定性。最终设计：最终设计是根据量测数据调整初始支护参数，并进行二次支护设计。（1）根据围岩松动范围和锚杆应力调整锚杆支护参数；（2）根据“围岩-初始支护”体系的变形量与变形特征调整支护抗力与支护柔性间关系；（3）根据围岩变形速率确定二次支护时间，即在变形速率处于递减阶段时施作二次支护。（4）根据量测结果及工程使用要求，确定二次支护类型。隧道“围岩支护”力学形态观测，包括巷道收敛变形、围岩内部移动、喷射混凝土接触应力的量测资料，特别是隧道收敛变形速率变化，是确定二次支护时间与参数的实际而可靠方法。一般来说，当巷道收敛变形长期处于等速率增长时，应考虑用锚杆加强初始支护，调整初始支护参数，提高支承抗力。当收敛变形速率处于减速或月收敛量为几mm时，再进行二次支护是比较合适的。提高支护抗力的方法有：加大锚杆长度，缩小锚杆间距；采用预应力锚杆；设置封底结构，形成闭合支护环；在喷层内配置钢筋或刚拱架改善支护柔性的方法有：分次施作喷层；推迟施作二次支护；推迟闭合仰拱；沿隧洞横断面，每隔2〜3m设置一条宽15cm的纵向变形缝，当隧道收敛变形很大时，仅出现变形缝的靠拢或闭合，而并不引起喷层的破坏；采用钢纤维喷射混凝土，增加支护韧性，使喷锚能承受更大的变形而不破坏；采用摩擦式锚杆，但围岩移动量大于10cm时仍不损坏锚杆的作用。提高喷锚支护在软弱的流变效应明显的岩体中的适应性的经验：喷锚紧跟掘进工作面；喷锚结合，以锚为主；先柔后刚，分次支护；设置底拱，全面封闭；合理掌握二次支护时间。喷锚支护有的失败，有的成功，关键是要在巷道开挖后的全过程中，运用量测方法，根据围岩变形规律，恰当地分配支护刚度，适时地追加支护抗力，正确地掌握支护时机，在“围岩-支护”体系的协调变形上下功夫。判断爆破震动的破坏程度：一般已振动速度作为衡量爆破振动强度的参量：V=Ka3Q/R式中V为振动速度，K为与地形有关的系数，a为衰减系数，一般岩石为1〜7.5,Q为炸药量（kg），R为测点至爆破中心的距离。19.有利于围岩稳定性的掘进方法有（主要针对挤压膨胀岩体）：（1）采用光面爆破或预裂爆破；（2）在可能条件下，采用无爆破掘进，如掘进机、风镐、液压镐挖掘；（3）如仍采用传统爆破法掘进，则要变深孔爆破为浅孔爆破，或断面中心部分用钻爆法，边缘部分用风镐挖掘。摩擦型缝管锚杆的力学作用（1）对围岩施加三向预应力，围岩处于压缩状态。（2）锚杆在安装后能立即提供支承抗力，有利于及时控制围岩变形，为早期及时控制围岩变形创造了极为有利的条件。（3）锚固力随时间而增加。（4）围岩位移以后仍能保持锚固力，当锚杆从岩层部分拔出后仍能保持相当的锚固力。（5）锚杆的支护抗力可调整，对于不同岩石层的适应性较强。不同类型锚杆的力学特性与适用条件（1）机械式点负荷锚杆：是一种用扭力扳手张拉的主动型锚杆，一经安装就在垫板和锚头处对岩石加载，在垫板处对岩石的压缩力约在30kN以上，锚头处产生相应的反力。但这种锚杆对爆破震动很敏感，易产生锚头徐变和应力集中，锚头周围的岩石常发生破裂。（2）普通砂浆锚杆：被动型锚杆，只有当岩石移动时，锚杆才承受拉应力和剪应力，主要作用是在岩石节理裂隙面上提供抗剪强度，抑制岩块移动，维护岩块于原位，保持岩块间的咬合镶嵌效应。（3）树脂锚杆：不带螺纹的固定锚头树脂锚杆，实质上也是一种被动锚杆，在其安装时并不能取得垫板荷载，树脂不产生径向压力，在锚杆端头能提供与机械式锚杆