預應力錨索施工技術在蒙古國某礦山邊坡中的應用

宋 軍 濤

(1.華北有色工程勘察院有限公司，河北 石家莊 050021； 2.河北省礦山地下水安全技術創新中心，河北 石家莊 050021)

近年來隨著礦產行業的快速發展，礦山開采的規模不斷擴大,逐步由淺部轉向深部，對于露天礦山來說邊坡穩定性顯得尤為重要。隨著礦山開采深度的增加，高邊坡有可能會出現滑塌、滑坡、落石等各種不良地質情況，這將會對礦山開采造成不良影響。蒙古國某露天礦山為運行礦山，隨著開采深度的增加，局部邊坡出現滑坡現象，加固部分上部為礦山運輸道路，沒有擴幫條件，綜合各種因素采用預應力錨索進行加固處理。

預應力錨索施工技術是指采用預應力方法把錨索錨固在巖體內部的索狀結構，用于加固邊坡[1]。錨索靠錨頭通過滑動體內的鉆孔錨入穩定巖體內，把滑動體與穩固巖體連在一起，從而改變邊坡巖體的應力狀態，提高邊坡不穩定巖體的整體性。預應力錨索施工時需專用的施工設備，錨索一般由內錨頭、錨索自由端和外錨頭三部分共同組成[2]。內錨頭稱為預應力錨固段或錨根，是錨索錨固在巖體內提供預應力的根基，按其結構形式一般采用膠結式，膠結式可分為砂漿膠結和樹脂膠結兩類，砂漿式分為二次注漿和一次注漿；外錨頭稱為外錨固段，是錨索借以提供張拉力和鎖定的部位，其種類有錨塞式、鋼筋混凝土格構梁式[3]、墩頭錨式和鋼構架式等；錨索自由端是連結內外錨頭的構件，也是張拉力的承受者，通過對錨索自由體的張拉來提供預應力。錨索體一般采用高強度鋼筋、鋼絞線或螺紋鋼筋，鋼絞線因其強度高，且具有一定的柔性應用最為廣泛。

1 工程概況

蒙古國某礦山屬于無林草原帶，為典型的丘陵地形，地形比較平緩，海拔標高1 000 m～1 100 m，相對高差80 m～100 m。目前露天開采階段主要有1 070 m臺階、1 058 m臺階、1 046 m臺階、1 034 m臺階、1 022 m臺階、1 010 m臺階、998 m臺階、986 m臺階和974 m臺階。露天邊坡各區段均存在不同程度的破壞現象，主要表現形式為臺階邊坡的垮塌。2018年年初靠近出入口處邊坡1 070 m～1 058 m平臺出現向下滑動，累計滑動距離達40 cm，滑動體長約25 m，寬約20 m。通過現場勘查及地質條件分析得出邊坡滑坡主要是由于節理切割影響，受3條相交節理影響，1 070 m～1 058 m 臺階被切割成楔形體，在開挖擾動及雨水作用下下滑。

2 治理方案簡述

為了解決邊坡滑坡及開裂，確保滑坡區域下方作業安全及上部主運輸道路穩定，經過現場踏勘并綜合各種治理措施，最終確定邊坡治理方案包括兩個部分：削坡減載、預應力錨索加固。

1)削坡減載：對邊坡1 046 m～1 070 m滑坡區域進行削坡減載，削坡后臺階坡面角為55°，臺階高度12 m。削坡工程量約為6.28萬m3。

2)預應力錨索加固：邊坡削坡卸荷后，為防止邊坡沿縱向節理繼續滑動，對該區域施工錨索進行加固，加固范圍為1 046 m～1 070 m臺階坡面。其中1 046 m～1 058 m臺階坡面設置3排錨索，每排19根，共計57根，橫向間距為3.0 m，豎向間距3.0 m，錨索長度35 m，錨固段7.0 m；1 058 m～1 070 m臺階坡面設置3排錨索，每排18根，共計54根，橫向間距3.0 m，豎向間距2.5 m，錨索長度25 m，錨固段6.5 m；錨索拉力設計值650 kN，鎖定值550 kN。錨索索體均采用4根1860級1×7直徑15.2 mm鋼絞線。錨索傾角25°，方位角為兩部分，東側為172°，西側為192°。坡面設置格構梁，格構梁尺寸為500 mm×500 mm，混凝土強度為C30，錨索位于格構梁交點。

3 預應力錨索加固施工

邊坡削坡卸載后，仍存在大規模東西向節理，治理時隨著邊坡向下開挖、雨水侵蝕、凍融影響出現了邊坡坡面松散，又出現了不同程度的變形及開裂，為了保證道路和下部采礦安全，需采用預應力錨索進行加固。預應力錨索工藝流程圖見圖1。

1)邊坡及平臺修整：先用人工將各加固區坡面的浮石、危巖體等清除。

2)孔位布設：根據施工圖提供坐標采用全站儀在坡面上放出每一排錨桿(索)的高程線和兩側控制線。確定錨桿(索)位置時先用鋼尺量出第一排的位置，其余兩排孔位采用吊垂線的方法確定孔位。

3)腳手架搭設：腳手架自下而上分層搭設—錨索隨腳手架自下而上分層施工—腳手架自上而下拆除。腳手架采用φ48.3 mm×3.25 mm鋼管搭設，搭設腳手架操作平臺在鉆孔位置下30 cm左右，寬度不小于3.5 m，搭設完成后滿鋪腳手板。

4)鉆孔：錨索孔采用氣動MD-50型潛孔錘鉆機沖擊式成孔。用倒鏈將鉆機吊至作業平臺，并與腳手架固定牢固，確保鉆進期間鉆機的穩定性。開孔前檢查鉆頭尺寸、鉆機傾角和方位角，由于坡面經過凍融后較松散，為了保證開孔質量，每個鉆孔開孔時安裝2 m長套管，鉆進過程中時刻觀察鉆機鉆進狀態，出現問題及時處理，鉆孔孔深比設計值大500 mm以上，終孔前吹渣時間不小于5 min，保證孔內干凈。提鉆后及時下錨索索體，防止塌孔。

5)錨索下料及編制：錨索索體采用1 860 MPa φ15.2 mm(7×φ5)有粘結鋼絞線。鋼絞線必須采用切割機下料。鋼絞線下料長度為設計長度+2.0 m。錨索錨固段按設計要求留置，自由段先涂一層黃油，然后套DN18的聚氯乙烯塑料管防腐裝置，外繞扎工程膠布固定。每1.5 m安裝一個扎箍，每1.5 m設置一個保持架。注漿管編入索體，靠近孔底的注漿管出口至錨索端部距離控制在5 cm～10 cm。

6)錨索入孔：錨索入孔采用人工入孔。錨索的外露長度2.0 m。坡面凹進部分適當加長。

7)注漿：注漿體材料為P.O42.5純水泥漿，水灰比0.45～0.5∶1，注漿采用二次注漿法，第一次注漿孔底返漿法，注漿長度為錨固段，采用測電阻方式控制；第二次為壓力劈裂注漿，在第一次注漿漿液強度達到3 MPa后，進行注漿，注漿壓力3 MPa。

8)格構梁施工：格構梁按設計尺寸施工，由于坡面凹凸不平，施工時保證最小截面尺寸不小于設計尺寸，格構梁澆筑完成后及時進行養護，并留置試塊。

9)張拉：錨索張拉在格構施工完畢后進行。張拉前對張拉設備進行標定，張拉時注漿體和混凝土臺座的抗壓強度值應達到25 MPa；張拉順序為從兩頭向中間逐步張拉，同一道橫梁盡可能在同一天張拉完成；錨索正式張拉前，取75 kN～110 kN對錨索預張拉1次～2次，使錨索體完全平直；正式張拉時荷載按設計張拉力的25%,50%,75%,100%四級進行張拉，張拉至1.05倍～1.2倍設計拉力值(550 kN)后，卸荷至設計拉力值并鎖定；鎖定后，若發現預應力損失，須進行補償張拉后再進行鎖定。

10)封錨：錨具外留存鋼絞線長度不小于50 mm，其余用切割機切除后進行封錨。錨索封孔后，進行封孔注漿，灌漿前應用高壓水氣將孔內沖洗干凈，然后灌入水泥濃漿，當進漿濃度和出漿濃度一致時停止注漿，并及時進行補漿。

4 治理效果評價

預應力錨索張拉于9月3日全部完成，根據1070平臺GPS監測點監測數據顯示，全部張拉完成后變化速率明顯減緩，由最高時的2 mm/d減緩到0.1 mm/d，現在基本處于穩定狀態，最終驗收一致認為達到了預期的治理效果。監測點位移表見表1，監測點位移變化圖見圖2。

表1 監測點位移表 mm

5 結語

通過蒙古國露天采坑邊坡治理項目的成功實施，簡述了預應力錨索設計及施工過程，介紹了各施工階段應注意的問題，工程完工后通過位移監測數據顯示邊坡加固效果明顯，說明使用預應力錨索施工技術在露天邊坡加固的措施是行之有效的，是能夠保證礦山安全生產的，為后續邊坡加固提供參考。