锚固工程加固边坡的原理

前几天有朋友问：施加了预应力的锚索会提高滑坡的安全系数吗？采用无预应力的全长粘接型锚杆加固边坡，与没有设置锚杆的同一个滑坡安全系数有何不同？

其实这位朋友可能是要说，无预应力锚杆和预应力锚索的设置并没有改变滑坡的滑面参数，锚杆和锚索的施作为什么会增加坡体的稳定性。

1、对于全粘接的锚杆和钢锚管工程，在钻孔完成后居中放置钢筋和钢管，然后实行孔底返浆式的压力注浆工艺，确保了注浆体与钻孔孔壁岩土体的紧密接触与胶结，也确保了浆体与钢筋和钢管的有效接触与胶结，从而达到了将锚固工程与坡体“一体化”，即实现了锚固体与周边岩土体共进退的有效机制。

人常说，能者多劳，这句话在锚固工程加固坡体时也是同样实用的。即坡体一旦发生相对变形的位移趋势时，强度相对较大的钢筋与钢管必然首先产生应力集中现象。正如坡体中存在结构面时，坡体发生变形趋势时必然会在结构面附近产生应力集中现象一样。钢筋与钢锚管作为后期植入坡体的人造结构，也必然会在坡体中形成“结构体”，但这种结构体由于性能优于坡体自身，故一旦发生坡体的变形位移趋势时，必然会在锚固体周边产生应力集中抵抗这种坡体变形趋势。而由于坡体与锚固体在压力注浆情况下实现了“一体化”，故最终使坡体与锚固体共同抵抗坡体的变形趋势，只是锚固体的存在极大的缓解了坡体的不稳定性，即提高了坡体的稳定度。

锚杆或钢锚管加固坡体的原理主要是利用钢筋或钢管的自身抗剪性能与注浆体抗剪性能，在与坡体“一体化”的机制下与构成坡体的岩土体自身抗剪能力共同提高坡体的稳定度。其中，对于钢锚管工程，如果能实现有效的复合地基式注浆而有效提高钻孔壁周边一定范围内岩土体的力学性能，就可能更有效的提高了坡体的稳定度。

因此，有效的注浆是确保锚固工程实现对坡体有效加固的关键。

图1 全粘接锚固工程加固坡体示意图

2、对于预应力锚索工程，在钻孔完成后居中放置设置了自由段与锚固段的锚索体，然后实行孔底返浆式的压力注浆工艺，通过注浆体确保了位于滑面以下的锚固段与周边稳定岩土体和钢绞线“一体化”，即实现了锚固体与周边岩土体共进退的有效机制。而对于位于滑面以上的自由段由于存在隔离设置，注浆体确保了锚索与周边坡注浆体的隔离，从而达到了其实现自由的目的。通过这样的设置，确保锚索施加预应力时锚固段能有效提高锚固力和自由段伸长产生预应力。

预应力锚索加固坡体时，是预应力与坡体自身的抗滑力在良好的注浆工艺下实现对坡体下滑力的平衡。这种有效的主动加固措施，较被动加固的锚杆与钢锚管工程更加有利于控制坡体产生变形趋势。

坡体中锚索预应力的产生，对完整性较好的坡体，预应力将在滑面附近实现对滑面的正压力，从而提高了滑面的反向摩擦力，继而与在滑面附近与预应力向上的分力共同有效的平衡了坡体的下滑力；对于完整性较差的坡体，预应力在坡面框架等反力结构的协调下，将在坡面附近产生下滑力反向的“网兜力”，从而实现对坡体下滑力的平衡，也就实现了对坡体的有效加固。

当预应力平衡坡体下滑力的存在较大的富裕时，也就实现了坡体的安全储备，即预应力的提高可有效提高坡体的稳定度。

图2 预应力锚固工程加固较完整坡体的示意图

从以下分析可以看出，有效的实现锚固体的注浆，确保被动防护的锚杆与钢锚管，以及主动加固的锚索锚固段的锚固能力，是确保锚固工程有效加固坡体的关键所在。而对于存在主动加固效果的预应力锚固工程，确保自由段产生预应力，以及坡面良好的反力结构，是实现坡体主动加固的另一关键因素。