矿山工程边坡治理的岩土锚固技术研究

2021-01-22侯志鹏

四川水泥 2021年1期

关键词：岩土灌浆锚杆

侯志鹏

工程技术 Engineering technique

矿山工程边坡治理的岩土锚固技术研究

侯志鹏

（中国非金属材料南京矿山工程有限公司，江苏南京 210016）

矿山工程对于边坡稳定性和安全性的要求极高，边坡的治理水平将起到较大的影响，需要加强对边坡治理的研究，达到更高的治理质量和效率。岩土锚固技术是矿山工程边坡治理中常用的技术，能够达到较好的边坡治理效果。本文就将对当前边坡治理的岩土锚固技术进行深入分析，探讨岩土锚固技术的应用和发展，期望能够促进岩土锚固技术的水平提高，也促进矿山工程的发展。

矿山工程；边坡治理；岩土锚固技术

0 引言

在采用岩土锚固技术进行矿山工程边坡治理时，需要对锚杆的承载能力、施工工艺和锚固段传力机理等技术要点有所掌握，才能够对边坡的软土层和复杂土层等情况起到有效的治理作用。所以必须要加强对岩土锚固技术研究的重视，充分掌握矿山工程边坡治理的岩土锚固技术的要点，才能够使技术得到理想的发挥，做好矿山工程的边坡治理。

1 岩土锚固技术的先进性及重要性

我国对于岩土锚固技术的应用较早，积累了大量的技术经验和研究，再经过不断的技术改善，已经能够达到较为先进的技术水平，尤其是我国研制出的新型扩体型锚杆的应用，能够具有重复性高压灌浆和旋喷灌浆的技术，在实际的边坡治理中，对于软土层和复杂土层的承载力低、蠕变量大等问题都能够进行有效的解决。在锚杆荷载机制方面，我国也进行了深入的研究，对粘结度和锚固定长度之间的关系进行了多次的科学验证，最终进行了最合理的划分，使锚杆长度保持在最佳范围内，起到最大的技术作用。在锚杆粘结应力方面，我国也研制出了荷载分散性锚固体系，能够使锚杆粘结应力达到更高的均匀分布水平，也能够使锚杆的承载能力和防腐性能得到更大的提高，在实际的边坡治理中达到更好的治理效果。在锚杆的长期性和安全性方面，我国也建立起了完善的技术标准体系，并且在工程领域中不断扩大应用范围，使岩土锚固技术能够更多的应用到适合的工程项目中，推动岩土锚固技术的不断发展。

在工程领域中，岩土锚固技术的应用不仅能够加强岩土的稳定性和强度，还能够促进结构重量和体积的降低，有利于岩土工程在结构方面的稳定性，使变形量得到更好的控制。尤其是岩土锚固技术可控可测的技术优势，对于复杂土层环境也能够达到理想的技术效果。如今我国的岩土锚固技术随着快速发展的社会建设，技术水平的增加也极为快速，锚杆品种的研制也经达到了60多种，通过不同的承载力等性能，发挥出更加有力的技术作用，在多个工程领域中都具有极为重要的技术地位。

2 岩土锚固技术的技术特点及要点

岩土锚固技术包括岩锚和土锚两种类型，都需要将工程结构物或挡土墙的一端与锚固地基的土层或岩层进行连接，使承受结构物获得更大的托力和抗拔力。岩土锚固技术能够充分利用岩土的自身条件，使岩土的自稳能力有所提高，有效防止工程产生坍塌、滑移等事故的发生，使工程的安全性得到极大程度的保障。岩土锚固技术还具有较为广泛的锚固范围，对于工程作业空间的占用也较少，能够大量减少钢支撑等材料的应用。在施工过程中，对于施工环境的要求较低，产生的施工噪音也很小，还不会对环境造成污染。但是岩土锚股技术中的拉杆会在长期受力下产生蠕变或松弛等问题，就必须要在施工中予以极高的重视，对施工质量进行严格把控，并采取更加科学的防范措施，对岩土锚固技术的质量予以加强。

通过对岩土锚固技术的分析能够发现，想要加强技术质量和效率，有以下几技术要点是关键：一是做好施工前的准备工作，对矿山工程、地质条件、技术人员数量和水平等方面做到详细的了解，掌握真实和全面的资料信息，并对所需的技术人员和施工材料进行规划，才能够有利于后续施工的顺利进行；二是根据掌握的资料信息做好技术方案的制定，尤其是对于锚固打孔、锚杆制作和安装等技术环节，必须要确保技术要求的标准和明确，才能够有效发挥出对技术人员的指导和约束作用，降低技术质量问题产生的可能性；三是根据技术方案和工程的实际情况，对技术人员进行相应的培训和考核，确保技术人员能够掌握施工所需的技术水平，并提高技术人员的技术能力，避免由于技术人员能力不足造成的技术问题；四是在施工过程中对各个环节的技术质量进行严格检验，技术人员必须严格按照技术方案进行施工，当实际情况与技术方案不符时，需要暂停施工汇报管理人员，对技术方案进行合理调整之后才能够继续施工，避免技术质量无法达到工程需求；五是在施工过程中要进行严格的监督管理，由专门的监管人员进行巡检或抽检，确保施工能够按照工程要求顺利进行，也确保技术质量能够达到质量要求。科学的巡检和抽检安排能够有效把控整体的技术和施工情况，如果存在技术问题能够及时发现及时解决，避免对整体工程造成的延期、超支等不良影响。

3 矿山工程边坡治理中岩土锚固技术的应用

矿山工程对于边坡的稳定性要求较高，也必须要保障工程的安全性，岩土锚固技术是常用的边坡治理技术，尤其是矿山工程边坡会随着内部承受力度状态的变化，导致岩土受力方向和受力大小产生变化，为了适应这种变化，就会形成边坡的变形和受力破损等情况，岩土锚固技术能够通过锚杆的轴应力和剪应力等作用力的分布，与岩土产生共同的承载力，使边坡等到更加稳固的加持，有效保障矿山工程的稳定性和安全性。

矿山工程的施工环境较为恶劣，需要面对极为复杂的环境条件，岩土锚固技术具有极强的适应性，能够在达到理想的边坡治理的效果同时，发挥节约用地、节约造价、利于绿化美观等技术优势。比如在观音山矿山工程中，边坡支护高度为10.0m-27.0m，现场放坡空间极小，经过全面的设计审查后，以岩土锚固技术最为适用。根据边坡27.0m的最高支护高度，划分为三个台阶进行支护，将边坡的坡率设置为1:0.4、1:0.4和1:0.2，并在中间设置宽度为1.5m和2.0m的安全平台。在各台阶的支护中采用C30钢筋混凝土的格构锚杆，设置横向和竖向间距均为2.5m，锚固体直径为150mm。最终在占地和造价极小的条件下，将边坡的稳定度控制在工程所需的范围以内。

但在实际的岩土锚固技术应用中，由于不同矿山工程的坡体地质存在差异性，会产生不同的影响因素，对于施工工艺的影响也不尽相同，所以还需要根据工程的具体情况，对岩土锚固技术方案进行针对性的设计，并与工程后续的技术环节做好衔接。

4 矿山工程边坡治理的岩土锚固技术发展分析

我国的岩土锚固技术已经能够达到世界范围内的先进水平，在水利水电、土木建筑、铁路交通、矿山工程等多种工程领域中都能够进行高效的应用。矿山工程对于岩土锚固的长期性要求较高，越好的长期性效果越能够保障工程的安全性，也有利于矿山工程其他施工技术标准的制定。但在采用岩土锚固技术时，还需要对锚固过程中可能存在的危险因素做好评估，包括危险因素的来源、程度、锚杆的长期性能以及对病害的监测和处理等，最终形成岩土锚固技术的整体评估，能够使技术的应用达到更加针对性、有效性和全面性的作用，减少对岩土锚固技术质量的不良影响。基于我国对岩土锚固技术的大量研究，整理出一下几点岩土锚固技术的发展成果：

4.1 可重复高压灌浆型和旋喷灌浆扩体型锚杆

在进行工程项目的边坡治理时，常常由于软土层和复杂地层造成承载力降低和蠕变形量增加的问题，针对这种情况，我国进行了新型锚杆的研制，最终研制出可重复高压灌浆型锚杆和旋喷灌浆扩提型锚杆。可重复高压灌浆型锚杆能够通过高压劈裂灌浆的技术优势，使锚杆的承载能力和土体粘结强度得到同时提高。对于锚杆承载能力的提高，还可以采取钻孔内预埋二次注浆管的方式达到理想效果。旋喷灌浆扩体型锚杆是根据高压喷射的原理，通过水力切割在锚固段内进行扩孔，与填充的水泥进行置换，利用扩大头的形成提高端承的作用力，通常能够达到1.2m的扩大头长度和0.7-0.8m的直径，最终达到传统锚杆承载能力的三倍以上。

4.2 载荷传递机制和载荷分散型锚固体系

在锚固体系中，需要采用不同的材料进行不同部位的制定，在弹性力学参数和接触面粘结强度方面就会表现出一定的差异性，会造成锚杆在载荷分布方面的不均匀现象，尤其是部分部位的应力会过于集中，当粘结应力超过承受范围就会造成粘结效应的降低和脱开，残余强度将无法保持锚杆的有效作用。这种不良影响还具有渐进性，产生的破坏程度也会逐渐加强，长期影响会导致锚杆蠕变的加剧，当锚固段加长时，也无法促进锚杆承载能力的比例增长。

针对这种情况，通过在锚杆承载能力设计中引入锚固长度对粘结强度影响因子的方式，进行有限元分析和现场测试的优化，经过多次试验后发现，在岩锚锚固长度达到6m以上、土锚锚固长度达到10m以上的时候，影响因子的取值保持在0.6-1.0之间，而岩锚锚固长度在6m以下、土锚锚固长度在10m以下的时候，影响因子的取值保持在1.0-1.6之间，最终得到了锚杆锚固长度的合理范围。

根据原有的传力机制基础，我国又研制出了增加锚杆锚固段长度促进锚杆承载能力加强的技术，就是使锚杆的承载能力与其长度保持一定的线性关系，也就是荷载分散型锚杆，并完成了与其配套应用的综合配套技术设计。主要是通过锚杆不同单元的划分，对锚杆的张拉进行提前补偿，使不同单元的锚杆都能够保持相近的荷载程度，将应力集中的问题彻底解决。

压力分散型锚杆具有更强的双层防腐性能，当压力不断升高时，也不会产生灌浆体的开裂，有效加强了锚杆的长久耐用性。并且由于锚杆芯体具有方便拆除的特性，在临时工程中也能得到良好的应用，对于其他工程也不会产生阻碍影响。压力分散型锚杆还具有应力分布均匀、承载能力强、蠕变变形量小、防腐性能强等优势，在多个工程领域中都得到了广泛性的应用。

4.3 岩土锚固技术的长期性和安全性评价

我国的建设工程数量较多，规模也较大，岩土锚固技术具有极为重要的技术地位，尤其是在长期性和安全性方面的表现，得到了极高的重视，我国也不断加大对这方面的研究投入。经过多次的腐蚀程度试验后，基于物元理论与层次分析法的结合应用，最终形成了多层次的评估模型和评估指标，能够对岩土锚固工程进行各部分的初始权重评估，使其长期性和安全性得到更加科学的评价，有利于岩土锚固技术的质量保障。

4.4 标准化建设

在岩土锚固技术的快速发展和广泛应用的环境下，为了加强岩土锚固技术的质量和效率，我国也已经制定出了完善的岩土锚固技术标准体系，尤其是对锚杆的设计和材料等方面，都提出了明确的要求，使岩土锚固技术得到了规范性和统一性的保障。对锚固段长度计算公式也进行规范性的修改，使锚固长度与粘结强度得到更加标准化的技术效果，有利于在各个工程领域中，保持岩土锚固技术的理想作用。

4.5 进一步的研究方向

虽然经过长期的研究发展，我国的岩土锚固技术已经达到了世界先进的水平，但仍然存在较大的发展空间，也仍然需要继续进行技术研究与创新，比如在新型锚固结构方面的研究以及配套技术的推广、对锚固结构与周围结构的传力机制研究、岩土锚固技术的力学性能和破坏机制研究等，促进岩土锚固技术更多的技术性提高，发挥出更多的技术优势，达到更好的技术作用。