Эксперты рассказывают об анкеровке грунта и скальных пород для устойчивости склонов

Представьте себе возвышающиеся скалы с извилистыми дорогами, вырезанными в их склонах. Невоспетые герои, обеспечивающие устойчивость этих сооружений, — это не только видимые инженерные чудеса, но и скрытые геотехнические анкерные системы — глубоко укоренившиеся сети, обеспечивающие критическую поддержку склонам и скальным поверхностям.

Геотехнические анкерные системы стабилизируют горные породы, увеличивая внутреннюю прочность на сдвиг и сопротивление скольжению. Некоторые системы также включают внешние защитные элементы, такие как торкретирование, которое защищает скальные поверхности от выветривания, обеспечивая при этом структурную поддержку.

Внутренняя стабилизация достигается за счет:

• Предварительно напряженных и ненапряженных анкеров:Обеспечивающих активное или пассивное армирование
• Инъекционных смол:Заполняющих трещины в породе для улучшения общей прочности
• Дренажных систем:Снижающих поровое давление воды для повышения устойчивости

Являясь наиболее распространенным компонентом внутренней стабилизации, анкерные болты обычно состоят из высокопрочных стальных стержней или прядей, вставляемых в просверленные отверстия и прикрепляемых к горным породам с помощью цементного раствора или эпоксидной смолы. Их несущая способность в первую очередь зависит от прочности сцепления между раствором и породой, которая обычно ниже предела текучести стали.

Области применения варьируются от закрепления рыхлых скальных блоков до стабилизации целых склонов, подверженных воздействию горных пород. Длина и диаметр болтов могут регулироваться в зависимости от типа породы, структурных характеристик и требований к прочности. При использовании отдельно анкерные болты могут не устранить все риски для безопасности и часто требуют дополнительных методов стабилизации.

Заметные недостатки включают относительно высокие затраты, подверженность коррозии и длительное время установки, что может задерживать графики строительства склонов.

Для стабилизации склонов обычно используются болты длиной 6 метров (20 футов) и диаметром 20-50 мм (5/8"-2"), изготовленные из высокопрочной стали (удлиняемые до 30 м/100 футов с помощью соединителей, хотя стандартная практика ограничивает общую длину до 12 м/40 футов).

Эти элементы активного армирования, также называемые анкерами, идеально подходят для нестабильных горных пород или недавно вырытых склонов, где они предотвращают движение вдоль трещин, которое может снизить сопротивление сдвигу. Шестигранные гайки и опорные пластины распределяют растягивающие нагрузки по горной массе.

Процесс установки включает в себя бурение, заполнение длиной сцепления, вставку стальных элементов, натяжение и, наконец, заполнение свободной длины. Периодическое повторное натяжение может потребоваться из-за снижения нагрузки, вызванного ползучестью, или движения породы.

Доступны в виде дюбелей или штифтов, эти элементы пассивного армирования полностью заполнены раствором. Дюбели подходят для крутых склонов аналогично анкерным болтам, в то время как штифты стабилизируют более пологие склоны, где поверхности напластования и разрывы определяют поверхности разрушения.

Дюбели обычно устанавливаются в сетчатых схемах на недавно вырытых склонах или для поддержки отдельных блоков. Они обеспечивают первоначальное армирование за счет прочности стали на сдвиг, увеличивая трение вдоль потенциальных поверхностей разрушения. Последующее движение блоков активирует прочность стали на растяжение, увеличивая нормальные силы на разрывах.

Преимущества включают пригодность для сильно трещиноватых/слабых пород, непригодных для предварительного напряжения, более быструю установку и более естественный вид склонов при удалении пластин. Раствор можно подобрать по цвету к окружающей породе.

Проектирование в значительной степени зависит от картирования разрывов с помощью наземных обследований и данных скважин, поскольку эти особенности критически влияют на устойчивость склонов. Наличие грунтовых вод в разрывах требует особого внимания при оценках.

Ключевые параметры оценки включают:

• Высота и толщина породы, требующей стабилизации
• Прочность на сдвиг поверхностей разрушения (с учетом трения, сцепления, грунтовых вод и геологических факторов)

Нагрузки армирования применяются при анализе устойчивости для достижения целевых коэффициентов безопасности. Длина болта зависит от прочности сцепления и расстояния между разрывами, обычно в диапазоне 2-30 м (6-100 футов), хотя в транспортных проектах редко превышает 10 м (30 футов).

Установка выполняется по сетчатым схемам с равномерным шагом болтов для повышения общей устойчивости, особенно для выветрившихся или трещиноватых пород. В прочных породах с большими размерами блоков инженеры часто идентифицируют «ключевые блоки» и соответствующим образом проектируют схемы болтов, уменьшая общие требования к армированию за счет стратегического размещения.

Опорные пластины и шестигранные гайки распределяют нагрузки на скальные поверхности, а скошенные шайбы используются для угловых установок. В массивных породах с небольшим количеством разрывов пластины могут быть опущены, а торцы болтов, обрезанные, скрыты раствором.

Процедуры заполнения раствором различаются:

• Двухэтапный процесс:Первоначальное заполнение длиной сцепления, затем натяжение и заполнение свободной длины
• Одноэтапная альтернатива:Использование быстротвердеющего продукта для длины сцепления и медленнотвердеющего раствора для свободной длины
• Дюбели/штифты:Обычно используют одноэтапное цементное заполнение или инъекцию смолы

Полиэфирная смола популярна для временного применения из-за регулируемого времени отверждения и простоты нанесения, в то время как цементный раствор подходит для постоянных установок в коррозионных средах, несмотря на более медленное отверждение.

С 1960-х годов инъекционные смолы и эпоксидные смолы стабилизируют подземные угольные шахты и различные геотехнические проекты. Вводимые через просверленные отверстия, эти материалы проникают в трещины и разрывы, повышая устойчивость. Сильно трещиноватая порода или пустоты могут потребовать чрезмерного количества материала, что повлияет на стоимость проекта (рекомендуется минимальное отверстие 2 мм/1/16" для надлежащего потока).

При надлежащем применении инъекция смолы обеспечивает эффективную стабилизацию с минимальным визуальным воздействием и обслуживанием. Текущие исследования показывают, что это может уменьшить требуемое количество болтов.

Выбор продукта в первую очередь зависит от наличия воды в трещинах:

Рекомендации по установке включают:

• Шаг отверстий 2,5-5 м (8-16 футов)
• Бурение перпендикулярно основным разрывам
• Строительство в сухой сезон, когда это возможно
• Последовательность инъекции снизу вверх
• Поэтапное нагнетание с периодами наблюдения
• Контроль давления ниже 250 фунтов на квадратный дюйм

В проекте шоссе в Колорадо успешно стабилизировали 80 м² (850 футов²) гнейсового склона возле портала туннеля с использованием инъекции PUR. Шестнадцать отверстий диаметром 38 мм (1,5 дюйма) на глубине 3-3,5 м (10-12 футов) получили по 200-700 фунтов смолы каждый, всего более 5000 фунтов. Смола вышла из поверхностных трещин в 1,5 м (5 футах) от точек инъекции, без каких-либо обвалов во время или после установки.

Геотехнические анкерные системы служат критическими предохранителями для устойчивости склонов и безопасности инженерных сооружений. Благодаря правильному выбору, оптимизированному проектированию и контролируемой установке эти системы обеспечивают максимальную производительность. Практическое применение требует всестороннего учета геологических условий, гидрологических факторов, инженерных требований и экономических ограничений для обеспечения долгосрочной стабильности и безопасности.