自钻式中空锚杆在沪昆铁路抢险施工中的应用
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摘要：在沪昆铁路抢险施工中，采用了自钻式中空锚杆施工工艺对滑坡的山体进行加固施工。自钻式锚杆又称自进式锚杆，它是将钻孔、锚杆安装、注浆、锚固合而为一的锚杆，自钻式系列锚杆是一个根据不同的现场、地质和使用情况精心设计的配套的系统，具有高效、可靠、施工方便等特点，该系统能保证在各种不同的复杂地层中的锚固效果。关键词：沪昆铁路；抢险；自钻式中空锚杆；加固
1 工程概况
沪昆铁路抢险加固工程位于沪昆铁路K698+440～K699+350处，2010年5月23日，由于遭遇百年不遇洪水冲击，沪昆铁路左侧山体滑坡形成的泥石流冲入铁路线，导致K859次旅客列车脱轨事故；滑坡于K698+930～K699+350左侧40～100m，滑坡体方量约8000m3。抢险加固工程需要清除滑坡体，对山体及铁路边坡采用自钻式中空锚杆进行加固。
1.1地形地貌
铁路线路沿低山山岭陡缓交界面行进，地势左高右低起伏较大，地面高程60～200m，相对高差达140m，自然山坡25～45度，坡面植被发育良好。
1.2工程地质概况及滑坡原因分析
⑴工程地质：上覆为第四系全新统滑坡堆积层粉质黏土、人工填筑（弃土）层粉质黏土、碎石土，冲洪积层粉质黏土，坡残积层粉质黏土；下伏基岩为侏罗系上统打鼓顶组流纹岩、泥岩。
⑵滑坡原因分析。由于岩层上部为流纹岩风化层，下部为泥岩风化层，且边坡同一岩性差异风化严重。在强降雨作用下风化差异的软硬接触面，特别是流纹岩与泥岩接触面由于流纹岩节理发育，地表水入渗较快，而下伏泥岩为相对隔水层，在流纹岩与泥岩接触带形成地下水富集带，长此以往浸泡软化接触带，形成软弱面，造成山体滑坡。
1.3加固方案
对滑坡地段的山体边坡，采用自钻式中空锚杆加固；锚杆采用外径32mm，壁厚不小于5mm,杆体极限抗拉强度不小于280kn，自进式锚杆钻头直径不小于50 mm，成孔直径不小于80mm，坡面锚杆长12m，纵横间距2.5m梅花形布置，坡面锚杆下倾角20度。
堑顶设锁顶锚杆，锚杆长5m～12m,锚杆间距2.5m梅花形与坡面锚杆交错布置，锁定锚杆与坡面垂直施坐，所有自钻式锚杆深入强风化带W3长度不小于4m。
锚杆尾端安设自钻式锚杆系统钢垫板，垫板尺寸15cm×15cm×8mm，要求垫板密贴坡面，孔内灌注M30抗侵蚀性水泥砂浆，注浆压力不小于0.4mPa。锚杆全长表面加环氧树脂涂层。
2自钻式锚杆的支护原理及特点
2.1自钻式中空锚杆结构
自钻式中空结构包括中空杆体、垫板、螺母、连接套筒、钻头、止浆塞等六部分组成；
锚杆前有穿透力强的钻头，在一般凿岩石机械的作用下， 可以轻易穿透各类岩石。 锚杆具有连续的国际标准波形螺纹，可以作为钻杆配合钻头完成钻孔成锚孔。 作为钻杆的锚杆体无需拔出，其中空可作为注浆通道，从里至外进行注浆。 高效能的止浆用于封堵砂浆将锚杆体固定和居中，使注浆能保持较强的注浆压力，充分地充填空隙，固定破碎岩体，高强度的垫板、螺母可以将深层围岩应力均匀地传递到周壁围岩上，达到 围岩与锚杆互为支护的目的。 采用机械切削工艺加工的高强度联结套，使自进式锚杆具有边钻进边加长的特性，使其可适用于较狭小的施工空间，实现了特长锚杆加固围岩的设计思想。
2.2自钻式中空锚杆支护原理
⑴悬吊作用原理：通过锚杆将软弱、松动、不稳定的岩土体悬吊于稳定的岩土体中，防止其离层滑落；⑵组合梁作用原理：通过锚杆支护，可将锚杆长度以内的薄层岩石锚成“岩石组合梁”，各层板相互挤压，层间摩擦阻力大为增加，内应力和扰度大为减少，于是正加了组合梁的抗弯强度，提高了岩土体的承载能力。另外，锚杆本身也起着抗剪销钉的作用，从而有效地阻止岩层的层间错动。锚杆提供的锚固力越大，各岩土层面的摩擦阻力越大，组合梁整体化程度越高，其强度也越大。
2.3自钻式中空锚杆特点
⑴施工效率高：自钻式锚杆是将钻孔、锚杆安装、注浆、锚固合而为一的锚杆，具有高效、可靠、施工方便等特点；⑵适用于风化岩、碎石层、回填层、沙砾层和圆卵石层等难以成孔的地层。⑶适应性强：自钻式中空锚杆全杆体有螺纹，可在任何位置截断接长，适应不同的施工条件。⑷锚固力高：自钻式中空锚杆杆体为梯型螺纹，与联接套联接牢靠，和注浆体的结合良好。⑸锚固效果好：注浆时，由于浆液是从孔底向上注浆，注浆饱满，密实度好，注浆质量好。⑹施工简便：较常规锚杆施工相比，减少了起钻、安装锚杆和安插注浆管等工序，施工快捷简便。
3自钻式中空锚杆施工
3.1施工机具
由于山体坡度较陡，自然坡度为25～45度，地势起伏较大，坡顶与坡脚相对高差140m，锚杆施工只能在搭设的简易平台上施工，因此大型的钻孔台车等都无法使用，只能采用体积小、重量轻的钻孔设备施工，因此采用YG-30型锚杆钻机进行锚杆施工。采用M400自进式灰浆拌合和注浆泵进行注浆。
3.2施工顺序
⑴定位后钻进：钻孔前，检查锚杆体中孔和钻头的水孔是否畅通，若有异物堵塞，应及时清理，采用锚杆钻机钻进，锚杆体钻至设计深度后，用水或空气洗孔，直至孔口返水或返气。
⑵将钻机和连接套卸下，安装止浆塞，将止浆塞安装在锚孔内离孔口25cm处，特殊情况如注浆压力过大或岩层太破碎，可用锚固剂封孔，并安装垫板、螺母，临时固定杆体。
⑶通过快速注浆接头将锚杆尾端与注浆泵相连进行注浆，待注浆饱满且压力达到设计值时停机。杆体灌浆料采用纯水泥浆或M30水泥砂浆，注浆压力不得小于0.4MPa，灰宜为1:0～1:1，水灰比宜为0.45～0.5，沙子的粒径不大于1.0mm。
⑷待浆体强度达到5.0MPa后，上紧螺母。
4试验检测方法
4.1极限抗拔试验
对任何一种新型锚杆或锚杆用于未应用过得地层时都必须进行极限抗拔试验【2】。试验锚杆数量不少于3根。试验所用的锚杆结构、施工工艺及所处的工程地质条件与实际工程所采用相同。锚杆极限抗拔试验出现下列情况之一时，可判定锚杆破坏：⑴后一级荷载产生的锚头位移增量达到或超过前一级荷载产生的位移量的2倍；⑵锚头位移持续增长；⑶锚杆杆体破坏。
锚杆的极限承载力应取破坏荷载的前一级荷载。当每组试验锚杆极限承载力的最大差值不大于30%时，取最小值作为锚杆的极限承载力，当最大差值大于30%时，增加试验锚杆数量，按95%保证概率计算锚杆的极限承载力。
4.2验收试验
验收试验的锚杆数量不小于锚杆总数的5%，且不得少于3根。验收试验应分级加荷，起始荷载宜为锚杆轴向拉力设计值的0.1倍，分级加荷值宜取轴向拉力设计值的0.5、0.75、1.00、1.20、1.33和1.5倍。验收试验中，每级荷载均应稳定5～10min，并记录位移增量，最后一级试验荷载应维持10min，如在1-10min内锚头位移量超过1.0mm，则该级荷载应维持50min，并在15、20、25、30、45、60min时记录锚头位移增量。在最后一级荷载作用下1～10min锚杆蠕变量不大于1.0mm，如超过则6-60min内锚杆的蠕变量不大于2.0mm,应判定验收合格。
4.3注浆体的检验
被检验的注浆体在施工现场提取，在现场环境下养护28天，其抗压强度不小于设计要求。
参考文献：
中国岩土力学与工程学会锚固与注浆分会.锚固与注浆技术手册(第二版).北京中国电力出版社,2009:16-17.
中国工程建设标准化协会.CECS22:2005 岩土锚杆（索）技术规程.中冶集团建设研究总院.33.