Deskundigen leggen bodem- en rotsverankering voor stevige hellingen

Stel je torenhoge kliffen voor met kronkelige wegen die in hun gezichten zijn uitgehouwen. De onbezongen helden die ervoor zorgen dat deze constructies stabiel blijven, zijn niet alleen de zichtbare technische wonderen, maar de verborgen geotechnische ankersystemen: de diepgewortelde netwerken die cruciale ondersteuning bieden aan hellingen en rotswanden.

Geotechnische verankeringssystemen stabiliseren rotsmassa's door de interne schuifsterkte en weerstand tegen glijden te verbeteren. Sommige systemen bevatten ook externe beschermingsvoorzieningen zoals spuitbeton, dat rotsoppervlakken beschermt tegen verwering en tegelijkertijd structurele ondersteuning biedt.

Interne stabilisatie wordt bereikt door:

• Voorgespannen en niet-voorgespannen rotsankers:Het aanbieden van actieve of passieve versterking
• Injecteerbare harsen:Opvullen van rotsbreuken om de algehele sterkte te verbeteren
• Afvoersystemen:Vermindering van de poriënwaterdruk om de stabiliteit te verbeteren

Als de meest voorkomende interne stabilisatiecomponent bestaan ​​rotsbouten doorgaans uit zeer sterke stalen staven of strengen die in boorgaten worden gestoken en aan rotsmassa's worden vastgemaakt met behulp van cementspecie of epoxyhars. Hun draagvermogen hangt voornamelijk af van de hechtsterkte tussen de grout en het gesteente, die meestal lager is dan de vloeigrens van het staal.

Toepassingen variëren van het vastzetten van losse rotsblokken tot het stabiliseren van hele hellingen die zijn aangetast door rotsstructuren. De lengte en diameter van de bout kunnen worden aangepast op basis van het steentype, de structurele kenmerken en de sterkte-eisen. Wanneer ze alleen worden gebruikt, elimineren rotsbouten mogelijk niet alle veiligheidsrisico's en vereisen ze vaak aanvullende stabilisatietechnieken.

Opmerkelijke nadelen zijn onder meer relatief hoge kosten, corrosiegevoeligheid en lange installatietijden die de bouwschema's van hellingen kunnen vertragen.

Bij hellingstabilisatie wordt doorgaans gebruik gemaakt van bouten met een lengte van 6 meter (20 voet) en een diameter van 20-50 mm (5/8"-2"), vervaardigd uit hoogwaardig staal (uitbreidbaar tot 30 m/100 ft via koppelingen, hoewel de standaardpraktijk de totale lengte beperkt tot 12 m/40 ft).

Deze actieve versterkingselementen, ook wel rotsankers genoemd, zijn ideaal voor onstabiele rotsmassa's of nieuw uitgegraven hellingen waar ze beweging langs breuken voorkomen die de schuifweerstand zouden kunnen verminderen. Zeskantmoeren en lagerplaten verdelen de trekbelastingen over de rotsmassa.

Het installatieproces omvat het boren, het invoegen van de verbindingslengte, het inbrengen van stalen elementen, het spannen en ten slotte het invoegen van de vrije lengte. Periodiek opnieuw spannen kan nodig zijn als gevolg van kruip-geïnduceerde belastingvermindering of rotsbeweging.

Deze passieve wapeningselementen zijn verkrijgbaar als rotsdeuvels of breekpennen en zijn volledig ingegoten. Deuvels zijn op dezelfde manier geschikt voor steile hellingen als rotsbouten, terwijl breekpennen zachtere hellingen stabiliseren waar bodemvlakken en discontinuïteiten breukoppervlakken dicteren.

Deuvels worden gewoonlijk geïnstalleerd in rasterpatronen op nieuw uitgegraven hellingen of om individuele blokken te ondersteunen. Ze zorgen voor initiële versterking door middel van de schuifsterkte van staal, waardoor de wrijving langs potentiële bezwijkoppervlakken toeneemt. Daaropvolgende blokbewegingen activeren de treksterkte van het staal, waardoor de normale krachten over discontinuïteiten heen worden vergroot.

Voordelen zijn onder meer de geschiktheid voor sterk gebroken/zwakke rotsen die niet geschikt zijn voor voorspanning, snellere installatie en natuurlijker ogende hellingen wanneer platen worden verwijderd. Grout kan in kleur worden afgestemd op de omringende rotsen.

Het ontwerp is sterk afhankelijk van het in kaart brengen van discontinuïteiten uit oppervlakteonderzoeken en boorgatgegevens, omdat deze kenmerken een kritische invloed hebben op de hellingsstabiliteit. De aanwezigheid van grondwater binnen discontinuïteiten vereist bijzondere aandacht tijdens beoordelingen.

De belangrijkste evaluatieparameters zijn onder meer:

• Hoogte en dikte van het gesteente dat stabilisatie vereist
• Afschuifsterkte van bezwijkoppervlakken (rekening houdend met wrijving, cohesie, grondwater en geologische factoren)

Bij stabiliteitsanalyses worden wapeningsbelastingen toegepast om de beoogde veiligheidsfactoren te bereiken. De lengte van de bout is afhankelijk van de verbindingssterkte en de discontinuïteitafstand, doorgaans tussen 2 en 30 meter (6-100 ft), hoewel transportprojecten zelden langer zijn dan 10 meter (30 ft).

De installatie volgt rasterpatronen met een uniforme boutafstand om de algehele stabiliteit te verbeteren, vooral bij verweerd of gebroken gesteente. In vakkundig gesteente met grote blokafmetingen identificeren ingenieurs vaak "sleutelblokken" en ontwerpen ze dienovereenkomstig boutpatronen, waardoor de totale behoefte aan versterking wordt verminderd door strategische plaatsing.

Lagerplaten en zeskantmoeren verdelen de belasting over rotsoppervlakken, met afgeschuinde ringen die worden gebruikt voor schuine installaties. In massief gesteente met weinig discontinuïteiten kunnen platen worden weggelaten, waarbij groutkappen de afgesneden boutuiteinden verbergen.

De voegprocedures variëren:

• Tweestapsproces:Initieel invoegen van de lijmlengte, gevolgd door spannen en invoegen in de vrije lengte
• Alternatief in één stap:Gebruik een snelhardend product voor de lijmlengte en langzaam uithardende mortel voor de vrije lengte
• Deuvels/pinnen:Gebruik doorgaans eenstaps cementvoegen of harsinjectie

Polyesterhars is populair voor tijdelijke toepassingen vanwege de instelbare uithardingstijden en de gemakkelijke toepassing, terwijl cementmortel ondanks een langzamere uitharding geschikt is voor permanente installaties in corrosieve omgevingen.

Sinds de jaren zestig hebben injecteerbare harsen en epoxyharsen ondergrondse kolenmijnen en verschillende geotechnische projecten gestabiliseerd. Deze materialen worden via boorgaten geïnjecteerd en dringen breuken en discontinuïteiten binnen, waardoor de stabiliteit wordt verbeterd. In sterk gebroken gesteente of holtes kan overmatig materiaal nodig zijn, wat een impact heeft op de projectkosten (minimaal 2 mm/1/16" opening aanbevolen voor een goede doorstroming).

Indien op de juiste manier aangebracht, zorgt harsinjectie voor effectieve stabilisatie met minimale visuele impact en onderhoud. Lopend onderzoek suggereert dat dit de benodigde bouthoeveelheden kan verminderen.

De productkeuze hangt voornamelijk af van de aanwezigheid van water in fracturen:

Best practices voor installatie zijn onder meer:

• Gatenafstand van 2,5-5 m (8-16ft).
• Boren loodrecht op grote discontinuïteiten
• Bouw in het droge seizoen indien mogelijk
• Injectievolgorde van onder naar boven
• Gefaseerd pompen met observatieperioden
• Drukbewaking onder 250 psi

Bij een snelwegproject in Colorado werd met succes een gneisshelling van 80 m² nabij een tunnelportaal gestabiliseerd met behulp van PUR-injectie. Zestien gaten met een diameter van 38 mm (1,5") op een diepte van 3-3,5 m (10-12 ft) ontvingen elk 200-700 lbs hars, in totaal meer dan 5.000 lbs. Hars kwam tevoorschijn uit oppervlaktebreuken op 1,5 m (5 ft) van injectiepunten, zonder incidenten met steenslag tijdens of na de installatie.

Geotechnische verankeringssystemen dienen als kritische waarborgen voor hellingsstabiliteit en technische veiligheid. Door de juiste selectie, geoptimaliseerd ontwerp en gecontroleerde installatie leveren deze systemen maximale prestaties. Praktische toepassingen vereisen een uitgebreide overweging van geologische omstandigheden, hydrologische factoren, technische vereisten en economische beperkingen om stabiliteit en veiligheid op de lange termijn te garanderen.