第４期（总第１７２期）２００８年８月２０日
华东
公路
Ｎｏ．４（Ｔ０ｔａｌＮｏ．１７２）
２００８
ＥＡＳＴＣＨＩＮＡＨＩＧＨＷＡＹ
Ａｕｇｕｓｔ
文章编号：１００１—７２９１（２００８）０４—００８０—０５
文献标识码：Ｂ
●
边坡防护
●
边坡监测锚杆应力分析
徐桂弘
（新疆公路规划勘察设计研究院，新疆鸟鲁木齐８３０００６）
摘要：高边坡的现场监测是一个系统工程，在利用测斜手段对其进行整体稳定性分析的同时，对锚杆应力——时效——温度三者之间关系的分析，能更好地反映边坡的整体稳定性，便于
分析边坡的局部块体的稳定。ｋ１３２高边坡的现场监测在以边坡变形监测为主的基础上，结合锚
杆应力监测，确保了工程施工及运行的安全，获得对边坡开挖、运行过程模拟所需参数，提高了边坡稳定性评价的可靠度。
关键词：高边坡；锚杆应力；稳定性评价
ｌ
引言段，为了解系统锚杆的工作状态和监测岩体锚固效
果，在边坡锚固过程中，在部分典型断面上的预应力
１３２＋４８０～＋５６２
西攀高速公路ｋ１３２路堑岩质高边坡，位于西昌
一攀枝花高速公路Ｃ合同段桩号ｋ处，上缘海拔约ｌ
拔１
２１７
２９５
锚索、锚杆上安装了锚索测力计和锚杆应力计，选取
了１２支锚杆进行应力状态监测（如图ｌ所示）。这
ｍ，下缘（公路一侧桥顶）海
ｍ，相对高差约为７８ｍ。其开挖边坡位处区
些锚杆的数据多数完整有效。本文通过对高边坡施工期监测锚杆的应力状态和受力原因进行系统分析，建立了锚杆应力测值统计模型，并定量分析了开挖、温
度、时效变形三因素对锚杆应力影响的规律，并对锚固效果和边坡稳定性进行了评价。
域昔格达深大断裂带，岩层节理发育，挤压破碎，为
典型的碎裂结构岩质边坡。现场表明，边坡岩体变形
破坏主要受结构面控制，为限制边坡变形，除一级边
坡采用预应力锚索加固外，其余采用系统锚杆加固边坡。系统锚杆是工程加固措施中十分重要的一种手
拼瑚
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花
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扔
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抛
掷
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粥
瑚猕瑚
图ｌ
ｋ１３２高边坡锚杆钢筋计布置示意示意图
・
收稿日期：２００８舶旬ｌ
２００８年第４期
徐桂弘：边坡监测锚杆应力分析
一８１—
２锚杆应力长期监测与分析２．１锚杆应力测定与计算原理
根据现场实测的钢筋计荷载频率读数和钢筋计标
定参数计算锚秆所受荷载。荷载计算公式：
Ｘ＝（厂×，一Ｆ×，一Ａ）Ｋ
（１）
式中ｘ——荷载，当频率增大为受拉、频率减小
为受压；
，——初始频率；Ｆ——表示荷载频率；
Ｋ，Ａ——为标定给出的标定常量。
将锚秆所受荷载转化为锚秆应力的水平公式为：
盯＝鼍・（单位：ｋＮ）
＾ｙ
（２）
竹Ｉ，
式中盯——锚杆应力；
Ｄ——表示钢筋的横截面直径为３２
ｍｍ。
依据监测锚杆所采集数据得到部分锚杆的应力随时间、温度变化关系图，其中锚杆编号由４位数值组成，分别表示监测锚杆所在坡面（１—５）、所属监测断面（主断面ｚ或辅断面Ｆ）、所在排（上排ｌ或下排２）、监测锚杆类型（Ａ或Ｂ或Ｃ或Ｙ或Ｌ类）。
由图中锚杆应力曲线和计算结果可以分析出：锚杆应力测值代表了锚杆应力传感器长度范围内的应力状态，从长期监测结果来看，各锚杆的应力特征既存在相似性，又存在一定的差异。边坡中４砣Ｂｌ
４２７。、
３２１ｃ４４４１。、３２１Ｃ５４３７’、２２２Ｃ４４４３’、２２２Ｃ５４１０。、
２砣ＩＪ６—５。、２Ｆ２Ｌ７—４２８’应力计区域的锚杆应力平均值为压应力，其余均为拉应力。事实上，各锚杆应力状态与锚杆所处具体位置的地质条件、工程及施工条件等密切相关，锚杆应力不可一概而论。锚杆的应力历时曲线总体上受三个方面因素影响，第一是边坡开挖卸荷，部分锚杆在第一时间内捕捉到了这一信息，但表现形式各不相同。第二是温度因素，温度的影响普遍存在，但与锚杆应力曲线可以是正相关关系，也可以表现为负相关关系。第三是岩体结构面时效变形，它主要出现在岩体存在时效变形的地段，一般是存在软弱结构面或结构面组合与边坡的关系有利于产生时效变形的地段。
边坡中部分锚杆（如４砣Ｂ１
４２７。、３２１Ｃ５
４３７。、
２２２Ｃ５
４１０４、２砣Ｌ７４２８’等）应力计区域的锚杆应力
平均值为负值，原因是在此类锚杆所处的坡体局部范
围内，坡面和坡内岩体碎裂程度、风化程度不同，浅层岩体向坡外的变形比坡面的大，浅层岩体与坡面岩
体保持相对压缩的变形态势，这种变形使岩体内的锚
杆也处于受压状态，由此可见，边坡锚杆并不一定都受拉，陡倾软弱结构面相对较大的变形可以导致其外侧锚杆受压。多数锚杆总体上受拉，但拉应力很小，表现形式各异，而且在后期均稳定在一定范围内变
化。一方面说明多数锚杆所处块体均存在向边坡临空方向的位移，使锚杆被动受拉；另一方面说明边坡浅层岩体的位移已经趋于收敛，边坡变形已明显趋于稳定。
２．２锚杆应力——温度关系分析
部分锚杆应力测值或全部或在某一时段表现出与温度变化存在的内在关系，但形势迥异，其余锚杆应力均与温度不存在明显相关关系。锚杆应力与温度呈正相关关系可以出现在如下两种情形：一是岩体破碎，温度变化时岩体变形不小于锚杆变形，锚杆变形不会受到周围介质的反向约束；二是锚杆灌浆饱和度
不够或浆体方面的原因，岩体对锚杆起不到相对约束的作用，锚杆可以随温度自由变形而呈正相关关系。反过来，锚杆应力测值与温度负相关关系代表了岩体的温度变形小于锚杆且质量良好，岩体对锚杆的温度变形有约束作用。部分锚杆应力与温度不存在明显的相关关系，主要是因为钢筋计所处的位置比较靠边坡岩体深处，坡体岩体破碎，热传导很小，温度影响深度有限（约为２．４ｍ）；应力值又在一个很小的范围内波动，锚杆受力极小，表明岩体稳定性良好，失稳的可能性不大。
２．３锚杆应力——时效关系分析
岩体时效变形对锚杆应力的影响主要表现为锚杆应力受温度影响的同时，总体上呈现与时间有一定关系的变化特征。例如：边坡中的５ｚｌＡ２
４３５”、５ＦｌＡ２
４１４’、４２１８２４２６。、２Ｆ２Ｌ２７３。、２Ｆ２１３４３９”、２Ｆ１Ｌ４
２７８钢筋计等应力时效特征明显。时效变形对锚杆受力状态的影响是显而易见的，反过来，锚杆应力的相应变化特征可以帮助判断岩体时效变形特征。由于１０—６量级的应变可以明显的反应在锚杆应力变化上，锚杆应力对变形非常敏感。锚杆应力是否受时效变形的影响，主要取决于结构面的变形特征和实施的加固措施是否能有效地控制结构面的时效变形。在灌浆初凝后的很短时间内，由于混凝土水化热等因素影响，大多数锚杆应力监测值为正，锚杆受拉。其后受温度、水泥砂浆逐渐凝固以及在锚杆埋设后边坡持续向临空方向位移等综合作用，多数锚杆被动持续受拉，拉应力量值大多低于１５ＭＰａ，且后期均稳定在一定范围内变化。一方面，绝大多数的钢筋计应力时效特征不明显，说明锚杆所处块体的边坡浅层和坡面
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变形不大，而且不存在持续的时效变形，边坡总体稳定；另一方面，Ｋ１３２边坡岩石的线膨胀系数均比锚杆应力传感器的线膨胀系数小，由锚杆的应力测值与
温度的相关关系，可以得出：相对而言，温度对应力的影响起主导作用，时效变形不起主导作用，所以该边坡虽内部岩体破碎，但整体保持稳定。
一一５ｚｌＡ２
４３５＃
０一５ｚｌＡｌ４７８＃—一气温
４０．００３５．Ｏ０３０．Ｏ００２５．ＯＯ
２０．０苫譬一穴理
０１５．０一扩一魁赠
Ｏ１０．Ｏ
Ｏ０
５．ＯＯ０．０
时问（ｄ）
４３ｌ＃
＿４Ｆ２Ｂｌ
４２７＃
１２．Ｏ一气温
加．０
１０．Ｏ３５．０８．０６．０４．Ｏ２．Ｏ
著邑Ｒ塔
Ｏ．０＃
３０．０２５．０２０．０１５．ｏ一ｐ一魁嚼
１ｏ．０—２．Ｏ锄◆ｆ图２
５２１Ａ锚杆时问——应力／温度关系示意图
—・一４砣Ｂ３４４６＃—・一４心Ｂ２
５．０—４．ｏＯ．０－６．０—５．Ｏ－８．Ｏ
酬一薹趱～＼
—ｌＯ．０
图３４砣Ｂ锚杆时间——应力／温度关系示意图
ｌＯ．Ｏ
１ｏ．０
８．Ｏ
●
６．０
３０．０
４．ｏ
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２５．０
一ｐ一越赠
善邑Ｒ增
２．Ｏ
２０．０
ｏ．０
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１５．０
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．。ｌｉ譬州¨鬟
黼懈锬；３５．０
・
１０．Ｏ
—４．ｏ
√一
５．０
巧．０
时间（ｄ）
一
Ｏ．Ｏ
图４
４ＦｌＢ锚杆时间——应力／温度关系示意图
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３锚杆应力２４ｈ连续监测与分析
徐桂弘：边坡监测锚杆应力分析一８３—
锚杆钢筋计进行了２４ｈ连续监测，以分析不同温度时锚杆应力的变化情况。图５一图６为２４ｈ不间断监测所得部分锚杆应力温度变化关系图。
为进一步分析边坡内部应力分布，课题组于２００６年３月１５日至２００６年３月１６日，对边坡部分
．＿３２２ｃｌ４６０＃＋３２２￡２４５５＃．．－３２２ｃ３
—・一３２２ｃ４们Ｏ
４３５０＃
４４７＃
一３２２ｃ５
４２４＃—－・一温度
ｍｍｍＤ
妯Ｄ
言山邑穴理
筋Ｏ
∞０
ｐ
垮
Ｏ
一
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∞Ｄ
ｍＯ
们Ｄ加０∞０
ｌ
２
３
４
５
６
７
８
９
ｌＯ
ｌｌｌ２１３１４１５１６１７
１８１９２０２１２２２３２４
２５
５Ｏ
０Ｏ
时间（ｈ）
图５
２４
ｈ不间断监测３２２Ｃ锚杆的荷载随温度变化关系示意图
未
邑
Ｒ
倒
Ｅ
髫
时间（ｈ）
图６
２４
ｈ不间断监测２２２Ｃ锚杆的荷载随温度变化关系示意图
由图可看出，距坡体表面２．４ｍ深度以内的钢筋计读数与温度有较明显的相关关系，而距坡体表面深度大于４．４ｍ的钢筋计读数与温度相关性不明显，反映了边坡坡体应力场仅在有限深度内受温度变化影响。还需指出，由于岩石线膨胀系数（约１．Ｏ×１０。）比锚杆应力传感器？约１．２×１０。）的要小，在灌浆质量良好的前提下，岩体应对锚杆的温度变形产生约束，导致锚杆应力与温度的负相关关系。
锚杆应力状态与其所处具体位置的地质条件与施工工程条件密切相关。其变化可以问接反映所加固局
部岩体的应力状况。２４ｈ不间断锚杆应力监测显示，
自然状态下的ｋ１３２边坡坡体应力场主要随环境温度变化，且影响深度有限。温度是影响锚杆应力的主要因素，时效因素影响不明显。４结论
应力及锚固效果监测成果显示：ｋ１３２高边坡锚杆应力绝对值很小，应力测值变化缓慢。分析监测数据可以得出如下结论：
（１）多数锚杆应力与温度存在较明显的相关关系。部分锚杆应力与温度呈负相关关系，代表了岩体
一８４一
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的温度变形小于锚杆变形且浇筑质量良好，岩体对锚杆的温度变形有约束作用。少数锚杆应力与温度呈正相关关系，说明岩体破碎，温度变化时岩体变形不小于锚杆变形，锚杆变形不会受到周围介质的反向约束；或者说明锚杆灌浆饱和度不够，岩体对锚杆起不到相对约束的作用，锚杆可以随温度自由变形而呈正相关关系。部分锚杆应力与温度不存在明显的相关关系，主要是因为钢筋计所处的位置比较靠边坡岩体深处，坡体岩体破碎，热传导很小，温度影响深度有限（约为２．４ｍ）。
（２）锚杆的受力状态也反映了岩体的时效变形，但综合考虑监测量值的变化幅度以及相对于岩石的锚杆应力传感器的热膨胀性等因素，可以认为，温度对坡体应力的影响起主导作用。锚杆应力变化与大气温度有着密切的关系，前者的变化滞后与后者，分析其
原因为温度对山体边坡岩体变形的影响及温度的传导需要一定的时间才能得到体现。结合测斜仪监测成果，可以推断，ｋ１３２边坡岩体整体失稳的可能性甚小。
参考文献
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害与防治学报，１９９４，５．
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・简讯・
江西省公路绿化未达标项目不予竣工验收
江西省交通厅要求，新建、改建、扩建公路项目，必须落实与项目水土保持和环境保护“三同时”（同时
设计、同时施工、同时投入使用）制度；凡是绿化工程未达标的项目，今后一律不予竣工验收。
据悉，为切实做好公路绿色生态恢复工作，江西省交通厅明确了已建成运营的高速公路由运营管理单位负责，在建高速公路由项目建设单位负责，国省道和农村公路由省公路局负责的制度。
江西省交通厅将用一个月时间进行全省绿化普查。有关单位将边普查边绿化，对路基边坡、取（弃）土场进行绿色生态恢复；在近三个月里，按季节补种、复绿，实现高速公路中央绿化带和边坡无“裸露”目标。
在经费投入方面，江西省交通厅要求新建、改建、扩建公路项目在工程预算中足额安排；运营高速公路绿
化经费进入养护预算；国省道、重点县乡公路绿化经费在养护经费中安排，交通厅采取以奖代补的方式对苗木
费用予以补贴。
摘自中国公路网
边坡监测锚杆应力分析
作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：引用次数：
徐桂弘， XIU Guihong
新疆公路规划勘察设计研究院,新疆,乌鲁木齐,830006华东公路
EAST CHINA HIGHWAY2008，(4)0次
参考文献(4条)
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相似文献(10条)
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本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_hdgl200804024.aspx
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