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岩石边坡锚索加固设计与施工

张伟

2000级土木工程专业岩土工程班

第一节 岩石边坡工程勘探

山东省莱州市金仓矿业有限公司仓上金矿位于莱州市境内，年产黄金70000两，是我国大型露天金矿之一。矿区位于莱州市以北25公里，属过西乡管辖。矿区采场坑口地势较为平坦，标高为+3m左右。上口尺寸为1200×415m，分东西两个采场。西部采场终了设计坑底标高-118m，终了边坡最大高度-121m。目前开采水平为-154m和-142m，形成157m的包边坡，边坡台阶高度为12m，并段后为24m。台阶边坡角第四系为40°，强风化带为50°~62°，斜长角闪岩为60°~65°，花岗岩为60°~75°，上盘综合边坡角为42°52′44″~43°40′04″，下盘综合边坡角为42°33′10″~43°23′38″。 东部采场北帮地质构造复杂，断层交错，北帮西部F18断层与边坡面形成小角度相交，为逆断层。断层产状182°，∠54°~∠56°，上缓下陡，表面光滑，并充填有10mm厚的黑色断层泥。局部有断层破碎带，使部分边坡出现稳定性不足。本工程加固范围位于东部采场北帮西部的481~491线之间，该面边坡受F18和F7的影响，边坡稳定性明显不足，这两个断层形成楔体，上部为-94m汽车运输道，一旦楔体失稳，将直接影响采场的安全生产，使该矿生产瘫痪、停产。为此，莱州市金仓矿业有限公司于1998年委托鞍钢矿山研究所对仓上金矿北帮西部进行边坡稳定性分析及综合治理方案研究，并进行了边坡加固设计，加固设计范围为-106m~-118m。

第二节 边坡预应力锚索治理方案设计

一、边坡治理方案 本设计主要采用预应力锚索加固方案。在加固范围内（包括F7断层以西）共分A、B、C和D四个区。A区宽30m；B区宽27.5m；C区宽20m；D区宽25m，采用5排预应力锚索防护，外设钢筋混凝土锚墩结构，并挂网喷射混凝土。

二、预应力锚索设计与计算

1、滑坡推力：单位宽度坡体重量 A： WA????(10?8)?12??25?108?2700kN/m ?2???(12?10)?12??25?132?3300kN/m ?2???(12?14)?12??25?156?3900kN/m ?2?? B： WB??? C：左10m ：WC1??? 右10m： WC2????(10?8)?12??25?108?2700kN/m ?2?? D： WD????(13?15)?12??25?168?4200kN/m ?2??2、按坡顶有裂隙破坏计算

临界张裂隙深度Zcr：

Zcr?H(1?cot??cot?)?12(1?cot55?cot65)?5.14m 取Zcr?5m 水位高度取Zw?4m

1rwZw(H?Z)/sin? 21 ??10?4?(12?5)/sin55

2 ?171kN

1122裂隙中的净水压力：V?rwZw??10?4?80kN

22浮力 ： U?3、锚固力计算

稳定系数取1.5 Fs?cA?(Wcos??U?Vsin?)tan??Tsin(???)tan?

Wsin??Vcos??Tcos(???) T——锚固力，kN； ?——锚杆的安装角； A段锚固力T，由下式：

1.5?100?12/sin55?(2700?cos55?171?80sin55)tan28?Tsin(15?28)tan28

2700sin55?80cos55?Tcos(15?28)得出TA=838kN 同理得出 TB=1218kN TC1=1597kN TC2=838kN TD=1787kN

4、锚索截面积

选择8根ф15.24钢绞线组成锚索，每根最大抗拉力20t，锚索抗拉力8×20=160t。 5、锚固段长度 各段长度如下表： 长 度 位 置 段 位 A段 14 10 24 B段 14 12 26 C左段 14 15 29 C右段 14 10 24 D段 14 15 29 锚固段 自由段 总长度 6、张拉力验算

张拉力验算考虑一定的安全储备

T0=160×75%=120t=120×9.8kN=1176kN 间排距选择@2.5×2.5m

此时，由每排五根锚索所提供的锚固力为 T=1176×5=5880KN> TD×2.5=4467.5KN

显然，锚固力更大于TA、TB 、TC1、TC2，张拉力满足设计要求。

第三节 预应力锚索施工

一、施工方案 根据剩余下滑力，选用锚索体为ф15.24的1860Mpa高强低松弛钢铰线，单个锚固单元设计荷载为1200kN，即由8根钢铰线组成，内锚固段采用自由注浆锚固，锚固长度为12m或14m。张拉段采用金属波纹管隔离，波纹管直径为φ80mm，待张拉完毕后进行注浆。

二、主要施工工序、技术措施 （一）锚索造孔及制安 1、锚索造孔 锚索孔均采用130mm钻孔，钻孔倾角为15°，钻孔深度为锚索长度加500mm。钻孔施工前应严格定位定向，倾斜角度偏差小于1.5°，水平方向偏差小于2.5°，安装锚索前应进行洗孔处理，用压气吹净沉渣。 2、锚索编制 采用1860MPa（ф15.24）高强低松弛钢铰线。根据设计要求，钢铰线下料时应注意其切割的质量检查，对有磨损破股的应予剔除。钢铰线的切割应使用砂轮锯，不得使用电弧切割。锚头用10#铁丝拢紧二道，分离架采用20mm厚铸铁件，锚固段每隔1m设置一个分离架，分离架与分离架之间用10#铁丝拢紧，形成如串桃核状的索体。张拉段用金属波纹管隔离，管端用棉花黄油堵紧，并用8#铁丝绑扎牢靠。 3、锚索安装 安装锚索前，必需严格检查钻孔深度、锚索长度是否与设计相符，检查张拉段长度是否准确，波纹管端部密封是否可靠，分离架固定是否牢固。锚索体不得有锈蚀、油污现象。下锚索前应对孔口进行保护，严防泥土、石块和杂物带入孔内，锚索体露出孔口不得小于800mm。 4、锚固段的注浆 锚固段的锚固采用灌注净水泥浆工艺，将φ30mm塑料管附在锚索体上，一同送入孔内，水泥净浆采用425普通硅酸盐水泥，水灰比控制在0.45~0.50左右，用注浆泵向孔内注浆，直至浆液溢出孔口后一分钟左右。注浆后如浆液面下降应及时补注，直至浆液稳定在孔口为止。

（二）锚索锚墩施工 锚墩结构如图所示，锚墩上台面400×400mm，与锚索轴向垂直，高300mm，锥角45°，采用C25混凝土，锚墩内设φ12mm间距为200mm的正方形钢筋网，钢筋两端均设锚固弯钩。

（三）喷射混凝土施工 1、对局部岩面破碎带应加挂钢筋并喷射混凝土，钢筋网由φ6.5mm光面钢筋绑扎而成，网格200×200mm，喷射混凝土厚度为120mm。 2、钢筋网应按要求使钢筋牢固地固定在坡面上，喷射混凝土时不应晃动。 3、喷射混凝土前应用高压风水清洗坡面，并保持喷射作业前坡面潮湿。喷射混凝土混合料配比应符合设计要求，并定期取样进行试验。喷射混凝土时应控制好水灰比，保证喷层表面平整，呈潮湿光泽，无麻窝、干斑或滑移及流淌现象。喷射混凝土作业应分片、分段进行，顺序由下而上，喷射时喷头应垂直于喷面，并保持0.6~1.0m的距离。 4、喷射混凝土一般应分次喷射，第二次喷射应在第一次喷混凝土终凝后进行，初喷超过1小时应用高压水清洗喷层表面。 5、喷射混凝土终凝后两小时应开始喷水养护，防止干裂，养护时间不少于7昼夜。

（四）锚具选择 锚具采用HVM锚具系统。该锚具包括锚环、夹片、锚板和螺旋筋组成。1200kN级锚索采用HVM15-8型锚具。其相配套的金属波纹管为φ80mm，在浇灌钢筋混凝土锚墩的同