公路岩质边坡加固施工中BFRP锚杆的应用

刘昌玺

摘要：文中针对当前在岩质边坡上开展公路建设存在边坡稳定性差，开展某项目对其岩质边坡加固施工中BFRP锚杆应用研究；根据该工程项目的建设需求以及施工条件，设计并优化BFRP锚杆结构；在此基础上，设计BFRP锚杆锚固，并完成边坡锚杆加固。分析加固施工效果得出，各个测点上的稳定性系数均满足公路建设对边坡提出的稳定性要求，证明BFRP锚杆的应用对于改善岩质边坡稳定性具有促进作用。

关键词：公路加固；边坡施工；BFRP锚杆

目前，锚杆支护技术是边坡支护、加固的常见方法之一，通过将锚杆埋于岩土某一特定的深度，使结构与岩土紧密结合，从而确保结构和岩土的稳定。部分公路必然会经过许多冻土地带，在此过程中，必然会遇到一些冻土边坡。这些边坡的深度和流速较快，加之地质条件复杂，气候条件恶劣，容易渗透到坡面。但由于常规的钢筋锚杆耐腐蚀性较差，如果在施工过程中受到较高的应力腐蚀，会使锚杆的稳定性下降，从而造成锚杆拉断和结构整体失效，故其应用于特殊地质环境的边坡施工时，往往会产生较高的维修费用。为提高公路岩质边坡加工施工质量，开展BFRP锚杆在公路岩质边坡加固施工中的应用研究十分必要。

1 工程概况

为实现对BFRP锚杆的应用，本文以某公路建设项目为依托，开展BFRP锚杆在其边坡加固施工中的设计研究。岩质该公路建设项目两侧存在岩质边坡结构，场地地貌整体属于丘陵起伏型，植被较多，坡体为临空面，由人工开挖而成，坡顶和周边没有明显的建筑物。该工程的边坡安全级别为1。根据有关岩土工程调查报告，该地区的地质构造由上至下如下。第一层：砂砾土壤、全新世的斜坡堆积物，干且略密，其中菱形石英岩、板岩碎石、少量粘质黏土，其颗粒直径为2～8cm，分布于斜坡顶部，最大暴露厚度为22.5m；第二层：全风化的板岩，震旦纪南芬组，黄绿色，灰棕色，石灰质板岩粉砂岩，粉砂岩互层，节理裂缝十分发育，层理清楚，岩层质量等级为Ⅳ，岩层倾角为NE20°，倾角为20～80°，最大暴露厚度为12m。通过对施工现场进行触探并结合相关规范综合得出，该施工区域土体力学参数为：碎石土重量1kN/m3，内部摩擦角30°，黏性35kPa；完全风化的板岩密度高达23kg/m3，内部摩擦角度35°，粘聚力为40kPa。同时，在施工区域内具有较高的天然斜坡，坡度一般在70～80°之间，几乎无植被覆盖，表面强烈的风化作用。在斜坡上存在大量的风蚀剥蚀，并在一定时期内会进一步扩展，发生小滑塌现象，使倒挂部位发生崩塌。

2 公路岩质边坡加固施工

2.1 BFRP锚杆结构设计

针对上述公路岩质边坡加固施工条件，引入BFRP锚杆对其进行加固。BFRP锚杆采用树脂作为基体材料，将纤维作为强化材料，通过拉伸或挤压的方式使纤维形成锚杆结构中的加强筋。随着时间的推移，其腐蚀速度逐渐趋于平稳，并且可以有效解决以往锚杆在使用中常见的腐蚀问题。除此之外，这一类型锚杆具有强度高、质量轻、张力保持率与钢筋相当等特点，BFRP锚杆主体部分需要采用不同的钢材料完成制作，锚头不能焊接，需要利用特殊的锚具将锚杆与格梁结构相连接。锚杆钢套筒采用规格为Φ25mm的无缝钢管，厚度3.2mm，单根长度40cm。在BFRP锚固结构中，应用植筋胶粘剂与钢管进行结合。在制造BFRP锚杆时，应采用钢管和钢筋进行双面焊接，使焊缝充分，确保焊接质量；由于植筋胶粘剂固化迅速，在锚杆上涂上植筋胶粘剂和锚具的灌装要迅速，灌装后马上进行粘合，不得超过20min；锚杆本体上的植筋黏合剂要均匀，锚具中的植筋材料要充分，并确保二者的接合牢固；安装完毕后不得拉出锚杆，必须在24h后才能将其送到工地进行施工。

2.2 BFRP锚杆锚固设计

在完成对BFRP锚杆结构的优化后，参照公路建设规范要求，从注浆材料与锚杆的结合性能和注浆材料与岩土的结合强度，两个方面对BFRP锚杆进行锚杆设计。

BFRP锚杆在斜坡上的横向间隔为3～4 m，锚固层的直径为100 mm，采用M30型水泥砂浆进行灌浆。以锚固力设计值为依据，选用一根规格为Φ16mm的锚杆材料，要求其在极限状态下的承载力强度需超过150kN，以此能够确保施工中其锚固强度达到100kN。计算得出三个不同等级的边坡锚杆锚固段的长度，依次为1.85m、2.24m和2.24m。锚杆的自由段长度由边坡形状、深度和锚索的设计部位决定。在边坡锚杆布置剖面的基础上，要求1级、2级和3级边坡锚杆的长度依次为8.5m、10.5m和11.5m。除此之外，在进行锚杆锚固施工中，还需要满足以下几点参数设置要求：（1)1～3层的边坡需要采用锚杆格梁结构，可选用Φ16mm的BFRP锚杆；（2）要求1级锚杆长度应为8.5m，间隔3m×3m;(3）要求2级锚杆长度应为10m，间隔3m×4m;(4）要求3级边坡锚固长度应为11.5m，间隔3m×4m;(5）要求4层边坡的保护措施选用6cm规格的客土；5级坡面采用“人”字型三维网进行植草保护，边坡的植被保护采用三层网格结构，以此完成对BFRP锚杆的锚固设计。

2.3 边坡锚杆加固施工

在完成BFRP锚杆锚固设计后，开展边坡锚杆加固施工。对需要进行加固的边坡，开挖到设计的斜坡，并进行平整。开挖后的边坡高度为5.5m，坡面斜率为1:1，长20.0m。根据设计需要，测量和标出钻孔位置。按设计要求，选取适当长度的锚杆，加工特殊的锚具，然后将端部与面筋连接的钢筋进行焊接，然再用A型结构胶将BFRP筋一端与锚具结合。在设计孔位置，采用风洞钻机在直径为100 mm的锚杆上钻孔，使其达到设计深度。钻孔的深度不得小于设计的锚杆，不能低于0.05m，不能有5%的偏斜，不能有20 mm的锚孔。用高压风吹出钻孔内的石屑，并进行清理和干燥。BFRP锚杆在1.5m处安装一对中支撑，然后将已处理好的锚杆缓缓插入孔内。采用Φ4 mm规格的钢筋作为斜坡混凝土叠层筋，每隔150 mm进行绑扎固定，并用扎丝将锚杆和面网筋固定。在锚杆上注浆，将M30水泥砂浆按照设计的配比加入，然后将注浆管道插入到钻孔的底部，用注浆机将水泥砂浆注射到锚杆的孔中。在斜面上喷浆，喷入8cm厚的水泥砂浆，确保面网覆盖全部。

3 加固效果分析

分析上述完成施工后的公路岩质边坡加固效果，根据分析结果对BFRP锚杆应用到这一工况条件下的可行性进行验证。在进行加固施工的边坡上，随机选择五个区域，并在每一个区域上分别选择一个测点，对测点编号为1#、2#、3#、4#、5#。根据该公路建设工程的要求，其岩质边坡上任意一点的稳定性系数P都不得小于0.600。计算得出五个测点上的稳定性系数，为方便对其分析，将得到的数据记录如表1所示。

表1 加固施工后边坡各测点稳定性系数记录表

测点编号	稳定性系数	是否符合公路建设条件
1#	0.956	是
2#	0.982	是
3#	0.945	是
4#	0.923	是
5#	0.954	是

由表1记录的结果可以看出，在该公路岩质边坡上，随机选择的五个测点其稳定性系数均超过0.900，充分满足上述公路建设要求规定的不小于0.600的标准。因此，通过对加固效果分析得出，将BFRP锚杆应用到对公路岩质边坡的加固施工当中可以有效提高边坡的稳定性，保障边坡施工安全。

4 结语

BFRP锚杆具备强度高、耐腐蚀等性能优势，本文以某公路建设项目为例，开展BFRP锚杆在边坡加固施工中的应用研究。研究得出，BFRP锚杆的应用对于提高边坡稳定性具有极大帮助，将BFRP锚杆应用到相类似的公路建设项目当中，应当根据具体边坡地质条件以及建设要求，科学合理调整施工方案，最大程度发挥BFRP锚杆的应用作用。