一种多点摩擦抗滑锚索及其安装方法

技术领域

本发明涉及边坡支护技术领域，具体涉及一种多点摩擦抗滑锚索及其安装方法。

背景技术

边坡包括滑床和滑体，滑体与滑床的接触面即为边坡滑移面。如图1所示，在传统的边坡支护工程中，锚索常常与抗滑桩、桩板墙、格构梁、排桩、挡墙等支挡结构组合，形成受力合理的抗滑结构，此时锚索按照功能可分为锚固段、自由段和锚头部分，锚固段固定在滑床内，锚索的拉力作用在桩身、墙体、梁等结构上，锚索此处的作用等同于优化了桩、墙等支挡结构的内力分布，而滑体的下滑力并非由锚索直接承受，而是先传递至支挡结构，再通过锚头传递至锚索钢束本身，进而现有的边坡支护工程，不仅需要锚固结构的设计与施工，还需要支挡结构的设计与施工。

大型基覆边坡——即基岩面上有覆土，而且在空间展布长度很大的边坡，其力学模型可简化为无限边坡模型的边坡。对于大型基覆边坡，若采用传统的支护作业方式，则需要支护结构的数量、尺寸达到一定要求才能达到较好的支护效果，且同时需要对锚索和支挡结构进行设计，进而会产生较高的施工成本。另外，传统的支护方式需要进行桩孔开挖、挡墙压载与回填等作业，这对本就不稳定的坡体进一步造成了扰动，导致工程量大且危险性高，而且大部分边坡破面的岩土体在外界自然或人为因素扰动下发生变形、岩土体流失等现象极为常见，当锚索与结构体之间的接触力因岩土体变形失效时，锚索的锚固力失效，结构体也可能因此受损，最终导致边坡支护失效。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种多点摩擦抗滑锚索及其安装方法，可在无需刚性支挡结构的条件下实现对边坡的优异抗滑性能，可改变边坡滑移面空间形态，充分发挥岩土体的自承能力，通过锚索和岩土体之间相互作用形成更加稳定的结构体，整体结构稳定，在减少工程量和降低施工成本的同时可提升施工安全性。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

一种多点摩擦抗滑锚索，包括锚索本体，锚索本体包括互相连接的锚固段和自由段，锚索本体仰斜安装于边坡内，锚固段锚固于边坡的滑床的底部稳定基岩内，自由段上设有多个等间距排列的摩擦块，摩擦块与边坡的滑体摩擦接触。

进一步地，自由段上设有多个等间距排列的止浆组件，止浆组件包括两个相对设置的止浆塞，止浆塞包括限位板和密封胶囊，限位板固定在锚索本体中的钢束上，止浆组件中的两个密封胶囊位于两个限位板之间且分别与两个限位板粘接，密封胶囊内充满有高压缩模量的液体，两个密封胶囊之间的钢束通过承载支架支撑，两个密封胶囊之间通过注浆形成与锚索本体固定连接的摩擦块。

进一步地，锚索本体还包括锚头，锚头设于边坡的坡面，边坡的坡面设有与锚头对应的抗滑块，锚头包括承载台、固定夹片、固定帽和空心紧固螺栓，锚索本体中的钢束穿过抗滑块并与抗滑块固定连接，承载台设于抗滑块背离摩擦段的一侧并与抗滑块抵接，锚索本体中的钢束穿过承载台并通过固定夹片夹持于承载台上，承载台上设有固定帽，固定帽上设有将固定夹片压紧在承载台上的空心紧固螺栓，锚索本体中的钢束穿过空心紧固螺栓。

基于上述结构，本发明还提供了一种多点摩擦抗滑锚索的安装方法，其包括以下步骤：

对锚索本体除锚头外的所有结构进行初步组装，并在锚索本体中滑动穿设注浆管；设定锚索本体在安装时的仰斜角，然后根据刚体极限平衡法计算单根锚索本体的有效支护范围，并根据单根锚索本体的有效支护范围确定上下相邻两排锚索本体之间的水平安装间距；根据上下相邻两排锚索本体之间的水平安装间距确定锚索本体在边坡坡面上对应的锚点，然后根据设定的仰斜角在锚点处通过跟管钻由下至上钻出延伸至滑床底部稳定基岩的仰斜锚索孔；取出跟管钻的钻杆和钻头并留下跟管钻的套管作为仰斜锚索孔的孔壁支撑，并对仰斜锚索孔的孔壁进行清理；将初步组装的锚索本体沿着套管放入仰斜锚索孔中，然后通过注浆管注浆将锚固段锚固于滑床内；将锚固段锚固后，通过注浆管注浆由内向外依次在多个止浆组件处形成摩擦块；所有摩擦块注浆形成后拔出注浆管和套管，然后安装锚头完成锚索本体的整体安装。

进一步地，以单根锚索本体的有效支护范围作为上下相邻两排锚索本体之间的水平安装间距。

进一步地，设锚索本体在安装时的仰斜角为β，则β∈[β

进一步地，根据刚体极限平衡法，对于上下相邻的两个锚索本体，将两个锚索本体在边坡坡面上对应的锚点分别标记为B和D，将位于下排的锚索本体与边坡滑移面的交点标记为A，设A与B之间的距离的水平投影长度为L

进一步地，

进一步地，设锚点B在边坡滑移面上的水平投影点为B′，设锚点A在边坡坡面上的垂直投影点为A′，设锚点D在边坡滑移面上的水平投影点为D′，设锚点D在边坡滑移面上的垂直投影点为D″，则

进一步地，通过注浆形成摩擦块时，由内向外拉拔跟管钻的套管使多个止浆组件依次暴露在位于滑体处的仰斜锚索孔中，在某一止浆组件暴露后向外拉拔注浆管，使注浆管的注浆口位于该止浆组件处，然后通过注浆管注浆使该止浆组件的密封胶囊对仰斜锚索孔进行密封，接着继续注浆直至浆体完全充填并扩张该止浆组件处的仰斜锚索孔，待浆体凝固后形成摩擦块。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、相比传统采用锚索支护的边坡工程，本发明的多点摩擦抗滑锚索直接由滑体内部的锚索本体自身通过摩擦块承担滑体产生的下滑力，无需借助抗滑桩、格构梁、挡墙等刚性支挡结构，也无需在锚头施加预应力，结构与设计原理都简单，建设成本低，可大规模推广使用。

2、本发明有助于提高抗滑工程的安全性和质量。由于无需锚头与其他刚性支挡结构在滑体外部结合，无惧因土体变形导致刚性支挡结构与滑体直接的接触力失效(如锚索+框架梁抗滑结构，框架梁位于坡体表面，在长期降雨影响下，因水土流失导致框架梁与滑体之间悬空的例子比比皆是，此时支护效果将大打折扣)；另外由于本发明的多点摩擦抗滑锚索通过摩擦块与滑体作用，锚索的拉应力被动产生，因此滑体相对锚索即便发生大的滑移变形，摩擦块只要仍和滑体接触，抗滑作用将一直发挥作用。

3、本发明的边坡治理效果更好：对于大型基覆边坡，传统支护方式如需起到较好效果，需要支护结构上的数量、尺寸达到要求，往往导致工程成本极高；但降低工程开销，势必降低结构安全系数，将会影响防护效果，而通过本发明的多点摩擦抗滑锚索支护加固的边坡体，由于锚索仰斜安装，发挥作用范围大，深度也大，不仅能够在滑体内部深处产生可观的抗滑力，而且结构的几何特征能够充分发挥滑体内岩土体相对滑面较高的材料强度特性，即使用多点摩擦抗滑锚索支护加固的边坡体本质上是岩土体与锚索的相互作用共同起到的抗滑力，充分发挥的岩土自身承载力，不仅节省，而且效果好。

4、传统锚索支护关键在于锚头的连接质量，使得锚索的预应力充分发挥作用，相比之下，本发明的多点摩擦抗滑锚索的锚头并非发挥同样的作用，其主要是在坡表起到抗滑作用，并起到锚索的钢索束外段结构的约束作用，因此，理论上锚头至摩擦块之间这一段的锚索承受的拉力将会是最小值即使坡面发生变形或水土流失，锚头与抗滑块与滑体之间失去直接抗滑作用力，也无需担心锚索的抗滑作用，深部的摩擦块仍然发挥作用，且锚头连接的抗滑块下悬压在坡面上，起到一定的压载作用。

5、在现有边坡或滑坡工程中，锚索往往通过其较大的拉力来给相关抗滑结构提供拉力，再由抗滑结构来抵抗滑体的下滑力，或者对于锚杆而言，直接通过锚杆来拉住相关岩土体的变形，防止破坏发生，而本发明不仅仅直接通过锚索本体来抵抗滑体的下滑力，也起到了改变潜在滑移破坏面，增大支护范围的作用，因此本发明在原理上与传统锚索在边坡、滑坡中的作用有所区别。

附图说明

图1为现有传统的锚索安装示意图；

图2为本发明中多点摩擦抗滑锚索的支护示意图；

图3为本发明中多点摩擦抗滑锚索的整体结构示意图；

图4为本发明中锚固段的结构示意图；

图5为本发明中摩擦块段的结构示意图；

图6为本发明中止浆塞的结构示意图；

图7为本发明中自由段和锚固段的结构示意图；

图8为本发明中止浆塞的工作原理示意图；

图9为本发明中多点摩擦抗滑锚索的安装流程示意图；

图10为本发明中多点摩擦抗滑锚索安装后的无限边坡模型示意图。

图中：1、注浆管；2、钢束；3、锚固段；31、架线环；32、紧箍环；33、导向帽；4、自由段；41、防护套；42、对中支架；51、止浆塞；511、限位板；512、密封胶囊；52、承载支架；6、锚头；61、抗滑块；62、承载台；63、固定夹片；64、固定帽；65、空心紧固螺栓；7、摩擦块；8、跟管钻；81、套管；9、仰斜锚索孔；10、滑体；11、滑床。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的描述，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

如图3-7所示，一种多点摩擦抗滑锚索，用于边坡支护工程中，包括锚索本体，锚索本体包括互相连接的锚固段3和自由段4。其中，锚索本体与现有的锚索主体结构相同，由多股钢束2构成，钢束2可选用钢绞线、钢缆、钢索等抗拉材料，由于锚索通常需要通过注浆安装固定在边坡内，所以锚索本体内可滑动穿设注浆管1，穿入注浆管1后多股钢束2围绕注浆管1。

如图4所示，锚固段3为现有一般永久性锚索中的锚固结构，通过注浆锚固在边坡的滑床11内，进而起到对锚索整体的固定作用。除钢束2外锚固段3还包括架线环31、紧箍环32和导向帽33，其中架线环31设有多个且多个架线环31沿着锚索本体中的钢束2等间距排列，锚固段3的钢束2则架设在架线环31上，相邻的架线环31之间的多股钢束2通过紧箍环32进行收紧，导向帽33套设在锚固段3远离摩擦块7段的一端，注浆管1可滑动穿设在架线环31和紧箍环32上。为了锚索整体具备足够的锚固力，锚固段3的钢束2表面需做清洁除锈处理，以便于在注浆后与锚固剂、滑床11粘合。

为了实现对边坡的支护，在自由段4上设有多个等间距排列的摩擦块7，摩擦块7与边坡的滑体10摩擦接触，进而实现对滑体10的抗滑作用，优选的，相邻两个摩擦块7之间的间距为3～6m。

具体的，如图5、6所示，止浆组件包括两个相对设置的止浆塞51，止浆塞51包括限位板511和密封胶囊512，限位板511与锚索本体中的多股钢束2固定连接，止浆组件中的两个密封胶囊512位于两个限位板511之间且分别与两个限位板511粘接，密封胶囊512内充满有高压缩模量的液体，两个密封胶囊512之间设置有承载支架52，两个密封胶囊512之间的多股钢束2与承载支架52固定连接，进而通过承载支架52对多股钢束2进行支撑，两个密封胶囊512之间通过注浆形成与钢束2固定连接的摩擦块7，注浆管1可滑动穿过限位板511、密封胶囊512和承载支架52。

通过上述摩擦块与滑体的摩擦接触，使得锚索和岩土体之间相互作用形成更加稳定的结构体，进而可改变边坡滑移面空间形态，充分发挥岩土体的自承能力。

如图7所示，自由段4上除去止浆组件的部位设有防护套41和对中支架42，防护套41套设在锚索本体中的多股钢束2外围，防护套41内的多股钢束2通过对中支架42进行束缚，注浆管1可滑动穿设在对中支架42上。优选的，防护套41可直接采用波纹管，并进一步对钢绞线做除锈处理，对中支架42设有多个，多个对中支架42沿着钢束2以1.5～2m的距离等间距分布，以防止多股钢束2之间相互缠绕。

为了进一步实现对边坡表层的抗滑作用，如图7所示，锚索本体还包括锚头6，锚头6设于边坡的坡面，边坡的坡面设有与锚头6对应的抗滑块61，抗滑块61优选为钢混结构并预制在边坡坡面上与锚索本体对应的锚点处。具体的，锚头6包括承载台62、固定夹片63、固定帽64和空心紧固螺栓65，其中锚索本体中的钢束2穿过抗滑块61并与抗滑块61固定连接，承载台62设于抗滑块61背离摩擦段的一侧并与抗滑块61抵接，锚索本体中的钢束2穿过承载台62并通过固定夹片63夹持于承载台62上，承载台62上固定有固定帽64，固定帽64上螺纹连接有空心紧固螺栓65，钢束2穿过空心紧固螺栓65，然后通过紧固空心紧固螺栓65可将固定夹片63压紧在承载台62上，进而对钢束2进行固定和端部约束，注浆管1可滑动穿过承载台62和固定帽64。

基于上述锚索结构特征，理论上本发明的锚头至最外端摩擦块之间这一段的锚索承受的拉力将会是最小值。每个摩擦块与滑体之间直接相互作用，使得锚索承受的拉力随着深度而逐渐增大。由此可知，即使坡面发生变形或水土流失，锚头与抗滑块与滑体之间失去直接抗滑作用力，也无需担心锚索的抗滑作用，因为深部的摩擦块仍然发挥作用，且锚头连接的抗滑块下悬压在坡面上，能够起到一定的压载作用。

根据现有的边坡支护工程，一情况下，锚索以排为组上下间隔排列，且锚索在坡面上对应的锚点呈梅花状排列，且根据现有的边坡支护工程对安全系数的需求，需要对锚索上下的间排距进行设计，在此基础上，如图9所示，对本发明的多点摩擦抗滑锚索进行安装时，包括以下安装步骤：

对锚索本体除锚头6外的所有结构进行初步组装，并在锚索本体中滑动穿设注浆管1，做好安装前的准备工作。

设锚索本体在安装时的仰斜角为β，根据现有的工程技术条件，锚索本体安装时的仰斜角度不宜过大也不宜过小，否则会导致工程经济性不佳，所以在对锚索进行打孔安装前需要对安装的仰斜角度进行设定。一般情况下，β∈[β

设定好安装的仰斜角度后，则可根据刚体极限平衡法计算单根锚索本体的有效支护范围，以便于根据单根锚索本体的有效支护范围确定上下相邻两排锚索本体之间的水平安装间距。

如图10所示，对于上下相邻的两个锚索本体，将两个锚索本体在边坡坡面上对应的锚点分别标记为B和D，将位于下排的锚索本体与边坡滑移面的交点标记为A，设A与B之间的距离的水平投影长度为L

其中，

式中，h为滑体10的竖直厚度，θ为边坡滑移面与水平面之间的夹角，β为锚索本体安装时的仰斜角。

设锚点B在边坡滑移面上的水平投影点为B′，设锚点A在边坡坡面上的垂直投影点为A′，设锚点D在边坡滑移面上的水平投影点为D′，设锚点D在边坡滑移面上的垂直投影点为D″，则

式中，F

优选的，本实施例以单根锚索本体的有效支护范围作为上下相邻两排锚索本体之间的水平安装间距，这样在保证有效支护范围的前提下以最大的水平安装间距对锚索进行安装，可最大程度上减少锚索的使用，以便于节约施工成本。

在确定好上下排的安装间距后，即可根据设定的仰斜角，从锚索本体在滑体10上对应的锚点处进行钻孔，由于滑体10主要为松散土，易坍塌，所以优选采用跟管钻8由下至上钻出延伸至滑床11底部稳定基岩的仰斜锚索孔9。打孔完成后，取出跟管钻8的钻杆和钻头并留下跟管钻8的套管81作为孔壁支撑，并对仰斜锚索孔9的孔壁进行清理，进而通过跟管钻8的套管81来防止仰斜锚索孔9坍塌。

仰斜锚索孔9施工完成后，将初步组装的锚索本体沿着跟管钻8的套管81放入仰斜锚索孔9中，然后通过注浆管1注浆将锚固段3锚固于滑床11内。对锚固段3进行注浆锚固时，向外拉拔跟管钻8的套管81使锚固段3暴露在位于滑床11处的仰斜锚索孔9中，然后缓慢均匀向外拉拔注浆管1并同时注浆，直至浆体完全充填位于滑床11底部稳定基岩内的仰斜锚索孔9，待浆体凝固后完成对锚固段3的锚固。

锚固段3锚固后，通过注浆管1注浆由内向外依次在多个止浆组件处形成摩擦块7。具体的，由内向外拉拔跟管钻8的套管81使多个止浆组件依次暴露在位于滑体10处的仰斜锚索孔9中，在某一止浆组件暴露后向外拉拔注浆管1，使注浆管1的注浆口位于该止浆组件处，然后开始注浆。如图8所示，注浆时，随着浆体充满仰斜锚索孔9，浆体将挤压摩擦段两端的密封胶囊512，而密封胶囊512内的液体难以压缩，进而因受到轴向压力产生径向的压力并膨胀变形，这样密封胶囊512内的液体将挤压仰斜锚索孔9的孔壁和锚索本体的内部管线，进而实现对摩擦段的仰斜锚索孔9的密封，限位板511则在注浆的过程中防止密封胶囊9沿着钢束移动。在仰斜锚索孔9被密封后，浆体将无法向摩擦段外泄漏，这样随着继续注浆，浆体将完全充填并扩张止浆组件处的仰斜锚索孔9，待浆体凝固后便可形成与滑体10摩擦接触的摩擦块7。

所有摩擦块段5注浆完成后拔出注浆管1和跟管钻8的套管81，然后安装锚头6完成锚索本体的整体安装。

基于上述多点摩擦抗滑锚索的结构和安装方法，安装后的多点摩擦抗滑锚索在滑变形下滑时，摩擦块7因与滑体10之间的摩擦接触被动产生对滑体10的抗滑力，进而实现对边坡深处的滑体10起到抗滑作用，锚头6中承载台62受到的锚固力传递至锚索本体上，进而由锚索本体实现对边坡表层的滑体10起到一定的抗滑作用，所以本发明的多点摩擦抗滑锚索在滑体10变形下滑时，滑体10的下滑力直接由锚索本体自身承受，而并不需要锚头6与额外的刚性支挡结构连接来承受滑体10的下滑力，且通过仰斜安装及摩擦块7的间隔分布，在保证足够抗滑范围和深度的同时可实现对滑体10的多点抗滑，即使滑体10相对锚索发生较大的滑移变形，只要摩擦块7仍与滑体10接触，锚索将始终发挥抗滑作用，因此本发明的多点摩擦抗滑锚索具有在无需刚性支挡结构的条件下对边坡的优异抗滑性能，不仅仅直接通过锚索本体来抵抗滑体的下滑力，也起到了改变潜在滑移破坏面，增大支护范围的作用，这与现有锚索结构结合抗滑结构对滑体产生拉力的作用不同，且整体结构简单可靠、容错性强，可适用于多种边坡支护工程中，特别是适用于大型基覆边坡的防治。

另外，由于本发明的多点摩擦抗滑锚索在使用时无需刚性支挡结构，进而无需针对于刚性支挡结构进行额外的桩孔开挖、挡墙压载与回填等作业，这样不仅减少了结构设计和安装，而且能降低施工量和施工成本，同时还可减少对边坡的人为扰动，进而提升施工安全，在安装时也不需要对锚头6施加预应力，仅需要在安装时保证钢束2基本拉直即可。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。