CN1120916C - 用于加固岩石边坡的预应力锚梁 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于加固岩石边坡的预应力锚梁，包括水平长条洞、喷层、受力主筋和环状箍筋，以及浇筑于长条洞中的钢筋混凝土中空管，沿着洞轴方向布设受力主筋和环状箍筋，中空部分为排水通道，中空管设有重点加固段和一般加固段，在重点加固段设有中空的预应力桥体，在加固段周围设有与排水通道相通的若干排水孔。该预应力锚梁具有高效的加固功能和排水功能，可提高监测效果，同时降低加固的成本。

Description

用于加固岩石边坡的预应力锚梁

本发明涉及加固岩石边坡工程，尤其是一种采用预应力技术，集地质勘探、岩石工程加固、排水和监测等功能于一身的新型地下预应力锚梁结构。

现有的同类结构主要有水电部门常用来加固边坡工程的锚固洞。该种结构的要点是：采用专门为加固边坡而开挖的垂直于边坡面走向方向的、接近水平的长条洞。沿着洞轴方向布置呈环形状分布的主钢筋(或钢管)，洞内用混凝土浇满，主钢筋(或钢管)受拉力作用。图4给出了现有锚固洞的主要结构，即在锚固洞9’中放入主钢筋(或钢管)3’，在其外部设有箍筋4’，在主钢筋(或钢管)3’的内外均浇注混凝土5’、8’，在主钢筋(或钢管)3’的端部设有与钢管基本垂直的锚固洞头部2’。锚固洞头部2’与钢管内的混凝土是一体的，从而使其抗拉强度较高；另外，在边坡表面设有混凝土喷层1’也可起到加强的作用；在关键的软弱结构面(断层)6’处设有钢筋混凝土抗滑齿7’；为了对主钢筋进行应力监测，在其上设有钢筋计10’。

该结构通过其主钢筋(或钢管)的受拉来阻止边坡开裂、下滑的发生和发展，从而达到加固边坡工程的目的，同时利用钢筋计来监测其强度变化。

据理论分析和现场应用实践，以上现有锚固洞至少存在着四点不足：

一、锚固洞的钢筋(或钢管)是从洞口至洞底作通长且相同布设，而未按边坡的不同岩体结构进行不同的设计。在此条件下，造成工程地质条件很差部位，如断层出露的部位洞体的强度不足，容易破坏，而在工程地质条件较好的部位则抗拉能力有余，其强度发挥不够充分，造成浪费。

二、在锚固洞受拉的过程中，随着主钢筋(或钢管)的拉长，抗拉强度很低的混凝土将被拉裂。特别是在那些工程地质条件很差的部位，(如断层出露的部位)有可能因抗拉强度不足而造成钢筋拉断而产主相当宽的裂缝，甚至出现大塌方等重大工程事故，如我国漫湾水电站左岸边坡的锚固洞被拉裂而导致大塌方，直接经济损失逾亿元。

三、在设计上用混凝土将全部锚固洞填满的结构，不利于边坡排水，而排水往往在边坡稳定中起着极为重要的作用。

四、钢筋计本身仅能进行钢筋应力监测，但不能进行更为重要的位移监测，这对于边坡加固的主要手段来说，是一个极大的缺点，即当钢筋计安装部位与将来发生的拉裂部位不一致时，钢筋计的拉应力读数不仅不出现“大幅度上扩，至峰值强度拉裂，导致应力值突然下降的现象”，而是一开始就下降，从而产生“锚固洞是稳定的”危险误导。

本发明的目的是要提供一种用于加固岩石边坡的预应力锚梁，它克服了上述现有锚固洞的缺点和不足，具有高效的加固功能和排水功能，可提高监测效果，同时降低加固的成本。

本发明的目的是这样实现的：一种用于加固岩石边坡的预应力锚梁，包括开挖于边坡中与坡面走向垂直的水平长条洞、喷层、受力主筋和环状箍筋，还包括浇筑于该长条洞中的钢筋混凝土中空管，该钢筋混凝土中空管沿着洞轴方向布设受力主筋和环状箍筋，受力主筋分布于混凝土中空管的厚壁中，中空部作为排水通道，中空管根据为施工锚梁而开挖的水平长条洞洞壁的地质素描和岩体结构特点设有重点加固段和一般加固段，在重点加固段设有中空的预应力桥体，在加固段周围设有与排水通道相通的若干排水孔。

所述的主筋为钢管或粗钢筋。

在加固段按放射状设置若干排水孔。

在锚梁底部设有抗滑齿和洞底锚杆。

重点加固段设置钢筋混凝土抗滑齿。

预应力桥体为中空的、横跨重点加固部位的厚壁筒，并与断层上下的好岩体搭接，在筒壁均匀预留预应力筋孔道，孔道内布置预应力钢筋或钢铰线，张拉后锚固于筒的两端，并布置非预应力钢筋，以箍筋支撑。

在重点加固段的主筋上设有若干钢筋计。

在洞底设有多点伸长计，其多点伸长计的测点均布在排水管道的混凝土上。

所述的预应力桥体跨过断层并深入到断层上下盘较坚硬岩体中足够深度，通过对中空桥体施加后张预应力增加断层上下盘间的连结强度。

一般加固段的中空部分与预应力桥体部分的形状相同。

本发明具有以下六个显著的效果：

一.工程地质勘察功能

由于要求对准备施工锚梁的洞体进行详细的地质素描，所以在锚梁施工过程中实际上起到工程地质勘察作用，即将之作为地质探洞。而从地质勘察角度上看等于节省了一份勘察经费。

二、高效的加固功能

根据工程地质学理论，边坡稳定性是受关键软弱结构面控制的，所以根据地质条件采取分段(重点加固段和一般加固段)的锚梁设计。因此，该设计比采用主钢筋始终不变的现有锚固洞设计更符合工程地质学理论，锚梁设计采用预应力搭桥新结构，重点加固了最可能出现开裂、滑动等大事故的关键部位，从而达到确保工程安全的目的；与此同时，经认真计算还可适当地消减一般加固段的加固强度，从而节约工程加固经费。

三、具有良好的排水功能

排水对于边坡稳定极为重要，但现有锚固洞方法不具备排水功能，这是锚固洞设计上的一个重要不足，它有悖于“治坡先治水”这一重要专家经验。而本发明着重考虑增设了排水结构。该排水结构由排水孔和排水通道组成。一般而言，如果边坡采用长钻孔进行排水，则随着时间的推移，排水孔是很容易被边坡内部随水流出的泥砂堵塞而逐渐失去排水效果。这从边坡工程稳定角度看是很危险的。但由于锚梁以其“中空”部分作为大口径的排水通道，所以不易堵塞，而且即使堵塞了也容易清除。

四、提高了监测效果

现有锚固洞仅对主钢筋进行应力监测。但如果应力监测点与开裂部位不一致，就有可能对边坡稳定产生误导，甚至导致滑坡事故的严重后果。而本发明除了仍保留主钢筋作应力监测外，还利用“中空”布设多点位移计进行监测，从而可防止上述误导和滑坡事故的发生。

五、节约混凝土

锚梁和锚固洞的直径接近，一般设为Φ2.5m，如果中空的直径留Φ1.2m，则可节约混凝土约23.04％。虽然作圆型“中空”还需要模板，一个边坡通常需要构筑多个锚梁，模板可以重复使用，其费用因而又可平分，但所节约的材料经费还是很可观的。

六、具有补充加固功能

假定在某种特殊情况下锚梁在某一部位发生开裂，且开裂位移逐渐加大，则可考虑将由长钢筋(或钢管)与箍筋焊接的外径小于中空部分内径、足够长的钢笼尽快地推入锚梁中空内，并注浆，使之在较短时间内产生抗拉作用。显然，这种补充加固功能，可使它能在快速抢险中发挥重要作用。

下面结合附图详细说明依据本发明提出的用于加固岩石边坡的预应力锚梁的具体方法和工作原理。

图1为预应力锚梁的结构示意图；

图2为预应力搭桥的桥体的结构示意图；

图3为预应力锚梁桥体断面图；

图4为现有的水平布置的锚固洞的结构示意图。

本发明用于加固岩石边坡的预应力锚梁，与现有的锚固洞一样，在开挖于边坡中基本水平的长条洞中设置受力主筋，形成一个与长条洞紧密粘结在一起的中空管，该中空管根据长条洞所揭露的地质条件设计锚梁的位置、抗拉能力、长度等；进一步将整个锚梁分为重点加固段和一般加固段，重点加固段设计为中空的预应力桥体，重点加固出露于洞壁的断层或其它地质薄弱带，加固段周围设有排水孔与作为排水通道的中空部分相通。

预应力锚梁的主要结构如图1所示，主要包括开挖于边坡中与坡面走向垂直的水平长条洞、喷层4、浇筑于该洞中的钢筋混凝土中空管，以及用于监测的伸长计13和钢筋计8、受力主筋9、预应力钢筋18、排水孔5和排水通道20。

在接近水平的长条洞中设有浇筑于该洞中的钢筋混凝土中空管，该钢筋混凝土中空管沿着洞轴方向布设有受力主筋(或钢管)9和环状筋箍，受力主筋9分布于混凝土中空管的厚壁中，中空部分作为排水通道20，而且在加固段还按放射状设置若干排水孔5，以起到较好的排水作用，使锚梁具有现有锚固洞方法所不具备的排水功能；

在边坡3处为锚梁口部1，此处的混凝土及主筋沿边坡3向外延伸形成锚梁锁口2，在边坡外设有喷层4，可起到固定边坡和保护钢筋的作用；

对于一般加固部分，可采用相同的主钢筋(钢管)布设方法进行设计，即形成一般加固段。

为了加强锚梁的固定作用，可在锚梁底部设有抗滑齿11和洞底锚杆12；

为了进一步加强锚梁的固定作用，可根据为施工锚梁而开挖的水平长条洞的洞壁的地质素描和岩体结构分类，在该锚梁长度范围内确定需要重点加固的部位，如断层6等关键软弱结构面出露的部位，分别设计不同厚度和不同结构的锚梁段，使各锚梁段在实际边坡3抗滑工作中所具有的抗拉安全系数彼此接近，还可考虑设置钢筋混凝土抗滑齿11，如图1所示，以增加锚梁对边坡3的抗滑力，同时也增加用于该处的重点加固段的抗滑能力。

除此之外，为了进一步提高重点加固部位的实际抗拉能力，达到重点加固断层等地质薄弱带的目的，本发明专门提出预应力搭桥技术，在重点加固段设有中空预应力桥体，预应力“桥体”7的结构如图2、3。

将预应力“桥体”7设计成中空的、横跨重点加固部位，如断层等，并与断层上下盘较好岩体搭接一定长度的厚壁筒，并深入到断层上下盘较坚硬岩体中足够深度，在筒的两端分别预埋锚板16，在筒壁均匀预留预应力筋孔道17，在孔道内水平地布置数根预应力钢筋18或钢铰线，张拉后锚固于筒的两端，可用固紧螺帽15固定，并布置非预应力钢筋9，并以钢箍筋21支撑。

中空的预应力“桥体”7采用后张法施工，即对中空桥体利用后张法技术施加预应力。由于预应力桥体的作用，使上下盘较坚硬岩体更紧密地连结起来，使断层(或软弱结构面)的抗拉强度大幅度增加。经精心设计，可高效地防止断层等出露的部位被拉开或者滑动。从而解决了锚固洞因主钢筋(或钢管)作相同布设而导致的“在工程地质条件很差的部位强度不足，而在工程地质条件较好的部位抗拉能力有余、浪费材料的问题”；

锚梁的一般加固段和重点加固段，发明者对监测进行以下设计(如图1)：

在重点加固段的主筋(或钢管)9上设有若干钢筋计8，即在钢筋中选点进行应力监测；

在洞底设有多点伸长计13，其多点伸长计的测点19均布在排水通道20的混凝土10上，利用伸长计可准确监测其拉伸量。

另外，该洞可同时兼作为排水通道、部分位移监测和锚梁管壁可能开裂的观察场所，以及当出现锚梁将被拉断出事故的征兆时，作为补充加固的空间，塞进足够长的钢筋或钢管并用混凝土或砂浆将它们浇筑在中空的空间内。

Claims (8)

1、一种用于加固岩石边坡的预应力锚梁，包括受力主筋和环状箍筋，其特征在于：还包括浇筑于长条洞中的钢筋混凝土中空管，该钢筋混凝土中空管沿着洞轴方向布设受力主筋和环状箍筋，受力主筋分布于混凝土中空管的厚壁中，中空部分为排水通道，中空管根据为施工锚梁而开挖的水平长条洞洞壁的地质素描和岩体结构特点设有重点加固段和一般加固段，在重点加固段设有中空的预应力桥体，在加固段周围设有与排水通道相通的若干排水孔。

2、如权利要求1所述的用于加固岩石边坡的预应力锚梁，其特征在于：所述的主筋为钢管或粗钢筋。

3、如权利要求1所述的用于加固岩石边坡的预应力锚梁，其特征在于：在加固段按放射状设置若干排水孔。

4、如权利要求1所述的用于加固岩石边坡的预应力锚梁，其特征在于：在锚梁底部设有抗滑齿和洞底锚杆。

5、如权利要求1所述的用于加固岩石边坡的预应力锚梁，其特征在于：重点加固段设置钢筋混凝土抗滑齿。

6、如权利要求1所述的用于加固岩石边坡的预应力锚梁，其特征在于：预应力桥体为中空的、横跨重点加固部位的厚壁筒，并与断层上下的好岩体搭接，在筒壁均匀预留预应力筋孔道，孔道内布置预应力钢筋或钢铰线，张拉后锚固于筒的两端，并布置非预应力钢筋，以箍筋支撑。

7、如权利要求1所述的用于加固岩石边坡的预应力锚梁，其特征在于：所述的预应力桥体跨过断层并深入到断层上下盘较坚硬岩体中足够深度，通过对中空桥体施加后张预应力增加断层上下盘间的连结强度。

8、如权利要求1所述的用于加固岩石边坡的预应力锚梁，其特征在于：一般加固段的中空部分与预应力桥体部分的形状相同。

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