用於加固巖石邊坡的預應力錨梁的製作方法
2023-12-11 23:03:52
專利名稱：用於加固巖石邊坡的預應力錨梁的製作方法
技術領域：
本發明涉及加固巖石邊坡工程，尤其是一種採用預應力技術，集地質勘探、巖石工程加固、排水和監測等功能於一身的新型地下預應力錨梁結構。
現有的同類結構主要有水電部門常用來加固邊坡工程的錨固洞。該種結構的要點是採用專門為加固邊坡而開挖的垂直於邊坡面走向方向的、接近水平的長條洞。沿著洞軸方向布置呈環形狀分布的主鋼筋(或鋼管)，洞內用混凝土澆滿，主鋼筋(或鋼管)受拉力作用。圖4給出了現有錨固洞的主要結構，即在錨固洞9』中放入主鋼筋(或鋼管)3』，在其外部設有箍筋4』，在主鋼筋(或鋼管)3』的內外均澆注混凝土5』、8』，在主鋼筋(或鋼管)3』的端部設有與鋼管基本垂直的錨固洞頭部2』。錨固洞頭部2』與鋼管內的混凝土是一體的，從而使其抗拉強度較高；另外，在邊坡表面設有混凝土噴層1』也可起到加強的作用；在關鍵的軟弱結構面(斷層)6』處設有鋼筋混凝土抗滑齒7』；為了對主鋼筋進行應力監測，在其上設有鋼筋計10』。
該結構通過其主鋼筋(或鋼管)的受拉來阻止邊坡開裂、下滑的發生和發展，從而達到加固邊坡工程的目的，同時利用鋼筋計來監測其強度變化。
據理論分析和現場應用實踐，以上現有錨固洞至少存在著四點不足一、錨固洞的鋼筋(或鋼管)是從洞口至洞底作通長且相同布設，而未按邊坡的不同巖體結構進行不同的設計。在此條件下，造成工程地質條件很差部位，如斷層出露的部位洞體的強度不足，容易破壞，而在工程地質條件較好的部位則抗拉能力有餘，其強度發揮不夠充分，造成浪費。
二、在錨固洞受拉的過程中，隨著主鋼筋(或鋼管)的拉長，抗拉強度很低的混凝土將被拉裂。特別是在那些工程地質條件很差的部位，(如斷層出露的部位)有可能因抗拉強度不足而造成鋼筋拉斷而產主相當寬的裂縫，甚至出現大塌方等重大工程事故，如我國漫灣水電站左岸邊坡的錨固洞被拉裂而導致大塌方，直接經濟損失逾億元。
三、在設計上用混凝土將全部錨固洞填滿的結構，不利於邊坡排水，而排水往往在邊坡穩定中起著極為重要的作用。
四、鋼筋計本身僅能進行鋼筋應力監測，但不能進行更為重要的位移監測，這對於邊坡加固的主要手段來說，是一個極大的缺點，即當鋼筋計安裝部位與將來發生的拉裂部位不一致時，鋼筋計的拉應力讀數不僅不出現「大幅度上擴，至峰值強度拉裂，導致應力值突然下降的現象」，而是一開始就下降，從而產生「錨固洞是穩定的」危險誤導。
本發明的目的是要提供一種用於加固巖石邊坡的預應力錨梁，它克服了上述現有錨固洞的缺點和不足，具有高效的加固功能和排水功能，可提高監測效果，同時降低加固的成本。
本發明的目的是這樣實現的一種用於加固巖石邊坡的預應力錨梁，包括開挖於邊坡中與坡面走向垂直的水平長條洞、噴層、受力主筋和環狀箍筋，還包括澆築於該長條洞中的鋼筋混凝土中空管，該鋼筋混凝土中空管沿著洞軸方向布設受力主筋和環狀箍筋，受力主筋分布於混凝土中空管的厚壁中，中空部作為排水通道，中空管根據為施工錨梁而開挖的水平長條洞洞壁的地質素描和巖體結構特點設有重點加固段和一般加固段，在重點加固段設有中空的預應力橋體，在加固段周圍設有與排水通道相通的若干排水孔。
所述的主筋為鋼管或粗鋼筋。
在加固段按放射狀設置若干排水孔。
在錨梁底部設有抗滑齒和洞底錨杆。
重點加固段設置鋼筋混凝土抗滑齒。
預應力橋體為中空的、橫跨重點加固部位的厚壁筒，並與斷層上下的好巖體搭接，在筒壁均勻預留預應力筋孔道，孔道內布置預應力鋼筋或鋼鉸線，張拉後錨固於筒的兩端，並布置非預應力鋼筋，以箍筋支撐。
在重點加固段的主筋上設有若干鋼筋計。
在洞底設有多點伸長計，其多點伸長計的測點均布在排水管道的混凝土上。
所述的預應力橋體跨過斷層並深入到斷層上下盤較堅硬巖體中足夠深度，通過對中空橋體施加後張預應力增加斷層上下盤間的連結強度。
一般加固段的中空部分與預應力橋體部分的形狀相同。
本發明具有以下六個顯著的效果一.工程地質勘察功能由於要求對準備施工錨梁的洞體進行詳細的地質素描，所以在錨梁施工過程中實際上起到工程地質勘察作用，即將之作為地質探洞。而從地質勘察角度上看等於節省了一份勘察經費。
二、高效的加固功能根據工程地質學理論，邊坡穩定性是受關鍵軟弱結構面控制的，所以根據地質條件採取分段(重點加固段和一般加固段)的錨梁設計。因此，該設計比採用主鋼筋始終不變的現有錨固洞設計更符合工程地質學理論，錨梁設計採用預應力搭橋新結構，重點加固了最可能出現開裂、滑動等大事故的關鍵部位，從而達到確保工程安全的目的；與此同時，經認真計算還可適當地消減一般加固段的加固強度，從而節約工程加固經費。
三、具有良好的排水功能排水對於邊坡穩定極為重要，但現有錨固洞方法不具備排水功能，這是錨固洞設計上的一個重要不足，它有悖於「治坡先治水」這一重要專家經驗。而本發明著重考慮增設了排水結構。該排水結構由排水孔和排水通道組成。一般而言，如果邊坡採用長鑽孔進行排水，則隨著時間的推移，排水孔是很容易被邊坡內部隨水流出的泥砂堵塞而逐漸失去排水效果。這從邊坡工程穩定角度看是很危險的。但由於錨梁以其「中空」部分作為大口徑的排水通道，所以不易堵塞，而且即使堵塞了也容易清除。
四、提高了監測效果現有錨固洞僅對主鋼筋進行應力監測。但如果應力監測點與開裂部位不一致，就有可能對邊坡穩定產生誤導，甚至導致滑坡事故的嚴重後果。而本發明除了仍保留主鋼筋作應力監測外，還利用「中空」布設多點位移計進行監測，從而可防止上述誤導和滑坡事故的發生。
五、節約混凝土錨梁和錨固洞的直徑接近，一般設為Ф2.5m，如果中空的直徑留Ф1.2m，則可節約混凝土約23.04％。雖然作圓型「中空」還需要模板，一個邊坡通常需要構築多個錨梁，模板可以重複使用，其費用因而又可平分，但所節約的材料經費還是很可觀的。
六、具有補充加固功能假定在某種特殊情況下錨梁在某一部位發生開裂，且開裂位移逐漸加大，則可考慮將由長鋼筋(或鋼管)與箍筋焊接的外徑小於中空部分內徑、足夠長的鋼籠儘快地推入錨梁中空內，並注漿，使之在較短時間內產生抗拉作用。顯然，這種補充加固功能，可使它能在快速搶險中發揮重要作用。
下面結合附圖詳細說明依據本發明提出的用於加固巖石邊坡的預應力錨梁的具體方法和工作原理。
圖1為預應力錨梁的結構示意圖；圖2為預應力搭橋的橋體的結構示意圖；圖3為預應力錨梁橋體斷面圖；圖4為現有的水平布置的錨固洞的結構示意圖。
本發明用於加固巖石邊坡的預應力錨梁，與現有的錨固洞一樣，在開挖於邊坡中基本水平的長條洞中設置受力主筋，形成一個與長條洞緊密粘結在一起的中空管，該中空管根據長條洞所揭露的地質條件設計錨梁的位置、抗拉能力、長度等；進一步將整個錨梁分為重點加固段和一般加固段，重點加固段設計為中空的預應力橋體，重點加固出露於洞壁的斷層或其它地質薄弱帶，加固段周圍設有排水孔與作為排水通道的中空部分相通。
預應力錨梁的主要結構如圖1所示，主要包括開挖於邊坡中與坡面走向垂直的水平長條洞、噴層4、澆築於該洞中的鋼筋混凝土中空管，以及用於監測的伸長計13和鋼筋計8、受力主筋9、預應力鋼筋18、排水孔5和排水通道20。
在接近水平的長條洞中設有澆築於該洞中的鋼筋混凝土中空管，該鋼筋混凝土中空管沿著洞軸方向布設有受力主筋(或鋼管)9和環狀筋箍，受力主筋9分布於混凝土中空管的厚壁中，中空部分作為排水通道20，而且在加固段還按放射狀設置若干排水孔5，以起到較好的排水作用，使錨梁具有現有錨固洞方法所不具備的排水功能；在邊坡3處為錨梁口部1，此處的混凝土及主筋沿邊坡3向外延伸形成錨梁鎖口2，在邊坡外設有噴層4，可起到固定邊坡和保護鋼筋的作用；對於一般加固部分，可採用相同的主鋼筋(鋼管)布設方法進行設計，即形成一般加固段。
為了加強錨梁的固定作用，可在錨梁底部設有抗滑齒11和洞底錨杆12；為了進一步加強錨梁的固定作用，可根據為施工錨梁而開挖的水平長條洞的洞壁的地質素描和巖體結構分類，在該錨梁長度範圍內確定需要重點加固的部位，如斷層6等關鍵軟弱結構面出露的部位，分別設計不同厚度和不同結構的錨梁段，使各錨梁段在實際邊坡3抗滑工作中所具有的抗拉安全係數彼此接近，還可考慮設置鋼筋混凝土抗滑齒14，如圖1所示，以增加錨梁對邊坡3的抗滑力，同時也增加用於該處的重點加固段的抗滑能力。
除此之外，為了進一步提高重點加固部位的實際抗拉能力，達到重點加固斷層等地質薄弱帶的目的，本發明專門提出預應力搭橋技術，在重點加固段設有中空預應力橋體，預應力「橋體」7的結構如圖2、3。
將預應力「橋體」7設計成中空的、橫跨重點加固部位，如斷層等，並與斷層上下盤較好巖體搭接一定長度的厚壁筒，並深入到斷層上下盤較堅硬巖體中足夠深度，在筒的兩端分別預埋錨板16，在筒壁均勻預留預應力筋孔道17，在孔道內水平地布置數根預應力鋼筋18或鋼鉸線，張拉後錨固於筒的兩端，可用固緊螺帽15固定，並布置非預應力鋼筋9，並以鋼箍筋21支撐。
中空的預應力「橋體」7採用後張法施工，即對中空橋體利用後張法技術施加預應力。由於預應力橋體的作用，使上下盤較堅硬巖體更緊密地連結起來，使斷層(或軟弱結構面)的抗拉強度大幅度增加。經精心設計，可高效地防止斷層等出露的部位被拉開或者滑動。從而解決了錨固洞因主鋼筋(或鋼管)作相同布設而導致的「在工程地質條件很差的部位強度不足，而在工程地質條件較好的部位抗拉能力有餘、浪費材料的問題」；錨梁的一般加固段和重點加固段，發明者對監測進行以下設計(如圖1)在重點加固段的主筋(或鋼管)9上設有若干鋼筋計8，即在鋼筋中選點進行應力監測；在洞底設有多點伸長計13，其多點伸長計的測點19均布在排水通道20的混凝土10上，利用伸長計可準確監測其拉伸量。
另外，該洞可同時兼作為排水通道、部分位移監測和錨梁管壁可能開裂的觀察場所，以及當出現錨梁將被拉斷出事故的徵兆時，作為補充加固的空間，塞進足夠長的鋼筋或鋼管並用混凝土或砂漿將它們澆築在中空的空間內。
權利要求
1.一種用於加固巖石邊坡的預應力錨梁，包括開挖於邊坡中與坡面走向垂直的水平長條洞、噴層、受力主筋和環狀箍筋，其特徵在於還包括澆築於該長條洞中的鋼筋混凝土中空管，該鋼筋混凝土中空管沿著洞軸方向布設受力主筋和環狀箍筋，受力主筋分布於混凝土中空管的厚壁中，中空部分為排水通道，中空管根據為施工錨梁而開挖的水平長條洞洞壁的地質素描和巖體結構特點設有重點加固段和一般加固段，在重點加固段設有中空的預應力橋體，在加固段周圍設有與排水通道相通的若干排水孔。
2.如權利要求1所述的用於加固巖石邊坡的預應力錨梁，其特徵在於所述的主筋為鋼管或粗鋼筋。
3.如權利要求1所述的用於加固巖石邊坡的預應力錨梁，其特徵在於在加固段按放射狀設置若干排水孔。
4.如權利要求1所述的用於加固巖石邊坡的預應力錨梁，其特徵在於在錨梁底部設有抗滑齒和洞底錨杆。
5.如權利要求1所述的用於加固巖石邊坡的預應力錨梁，其特徵在於重點加固段設置鋼筋混凝土抗滑齒。
6.如權利要求1所述的用於加固巖石邊坡的預應力錨梁，其特徵在於預應力橋體為中空的、橫跨重點加固部位的厚壁筒，並與斷層上下的好巖體搭接，在筒壁均勻預留預應力筋孔道，孔道內布置預應力鋼筋或鋼鉸線，張拉後錨固於筒的兩端，並布置非預應力鋼筋，以箍筋支撐。
7.如權利要求1所述的用於加固巖石邊坡的預應力錨梁，其特徵在於在重點加固段的主筋上設有若干鋼筋計。
8.如權利要求1所述的用於加固巖石邊坡的預應力錨梁，其特徵在於在洞底設有多點伸長計，其多點伸長計的測點均布在排水管道的混凝土上。
9.如權利要求1所述的用於加固巖石邊坡的預應力錨梁，其特徵在於所述的預應力橋體跨過斷層並深入到斷層上下盤較堅硬巖體中足夠深度，通過對中空橋體施加後張預應力增加斷層上下盤間的連結強度。
10.如權利要求1所述的用於加固巖石邊坡的預應力錨梁，其特徵在於一般加固段的中空部分與預應力橋體部分的形狀相同。
全文摘要
本發明公開了一種用於加固巖石邊坡的預應力錨梁,包括水平長條洞、噴層、受力主筋和環狀箍筋,以及澆築於長條洞中的鋼筋混凝土中空管,沿著洞軸方向布設受力主筋和環狀箍筋,中空部分為排水通道,中空管設有重點加固段和一般加固段,在重點加固段設有中空的預應力橋體,在加固段周圍設有與排水通道相通的若干排水孔。該預應力錨梁具有高效的加固功能和排水功能,可提高監測效果,同時降低加固的成本。
文檔編號E02D17/20GK1278573SQ0010572
公開日2001年1月3日 申請日期2000年4月5日 優先權日2000年4月5日
發明者楊志法, 祝介旺, 李曉 申請人:中國科學院地質研究所