一种多点摩擦抗滑锚索及其安装方法

本发明涉及边坡支护，具体涉及一种多点摩擦抗滑锚索及其安装方法。

背景技术：

1、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。

2、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。

技术实现思路

1、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。

2、本发明的目的通过以下技术方案来实现：

3、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。

4、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。

5、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。

6、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：

7、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。

8、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。

9、进一步地，设锚索本体在安装时的仰斜角为β，则β∈[βmin，βmax]，其中βmax＝θ-1.5βmin，式中为滑移面的等效摩擦角，式中c和为边坡滑移面的mohr强度参数，γ为滑体的重度，h为滑体的竖直厚度，θ为边坡滑移面与水平面之间的夹角。

10、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lc，设a与d之间的距离的水平投影长度为ls，则单根锚索本体的有效支护范围为lc+ls。

11、进一步地，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。

12、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″，则式中，fs为安全系数，v1为以d、d′、d″为顶点的三角形范围内的滑体在单根锚索的作用宽度下的体积，v2为以a、a′、d、d″为顶点的四边形范围内的滑体在单根锚索的作用宽度下的体积，v3为以a、a′、b、b′为顶点的四边形范围内的滑体在单根锚索的作用宽度下的体积，γ为滑体的重度，gk为水平地震加速度产生的体积力，gd为地下水沿坡体向下渗流产生的渗流力，c和cs分别为边坡滑移面和滑体内部的内聚力，和分别为边坡滑移面和滑体内部的摩擦角，bc为单根锚索的作用宽度。

13、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。

14、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

15、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。

16、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。

17、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。

18、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。

19、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。