賀大鵬

摘要：近年來(lái)，隨著我國(guó)道路、房建和其他基礎(chǔ)設(shè)施的大量建設(shè)，出現(xiàn)了大量的邊坡工程。為了保證道路、房建和基礎(chǔ)設(shè)施的運(yùn)營(yíng)安全和臨坡建筑的使用安全，則必然要求對(duì)這些邊坡進(jìn)行支護(hù)加固。本文結(jié)合某市政道路工程實(shí)例，通過(guò)對(duì)邊坡地質(zhì)的條件及其穩(wěn)定性分析，概述錨桿與預(yù)應(yīng)力錨索腰梁組合進(jìn)行邊坡加固的設(shè)計(jì)與施工工藝。

關(guān)鍵詞：邊坡加固；錨桿； 預(yù)應(yīng)力錨索腰梁； 施工工藝

1 工程概況

1. 1 場(chǎng)地條件

某市政道路工程，因道路加寬的需要，擬將其旁一山體內(nèi)側(cè)的土體挖掉，開(kāi)挖后形成原狀土土質(zhì)高陡邊坡，坡高4.0～15.5m，邊坡安全等級(jí)為一級(jí)。被開(kāi)挖部分山體的水平距離為150.0m，垂直高度為15.0m，按1∶0.4分兩次放坡，放坡高度分別為7.5m和7.5m。由于山體開(kāi)挖后的邊坡穩(wěn)定性將直接影響建筑物的安全使用，故需根據(jù)山體地質(zhì)情況正確分析其開(kāi)挖后所形成邊坡的穩(wěn)定性，制定合理的邊坡支護(hù)方案。

1.2工程地質(zhì)及水文條件

根據(jù)巖土工程勘察報(bào)告顯示，該山體內(nèi)的地層自上而下的順序主要有：第四系坡洪積層（Qdl + pl）、沖洪積層（Qal + pl）、殘積層（Qel）以及侏羅系中統(tǒng)基巖（Ja2），

其土層的物理參數(shù)如表 1 所示。

表 1 土層的物理力學(xué)性質(zhì)

場(chǎng)區(qū)內(nèi)地下水主要為賦存于基巖風(fēng)化帶中的風(fēng)化裂隙水，地下水的富水性一般，以大氣降水的垂直滲入作為其主要補(bǔ)給來(lái)源，地下水位埋藏較深。場(chǎng)區(qū)內(nèi)地下水pH值為5.80～6.20，對(duì)擬治理邊坡的混凝土結(jié)構(gòu)及鋼筋均不具腐蝕性，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)具弱腐蝕性。

2 邊坡穩(wěn)定性分析

由工程條件可知，邊坡土層抗剪強(qiáng)度較大，但局部破碎、軟硬互層的構(gòu)造特性又導(dǎo)致其穩(wěn)定性較低，在地表水及雨水作用下邊坡容易滑塌。邊坡開(kāi)挖后，在坡體內(nèi)發(fā)現(xiàn)一個(gè)順坡向的軟弱結(jié)構(gòu)面，傾角約30°，長(zhǎng)約25m，傾角小于坡角，對(duì)邊坡穩(wěn)定性構(gòu)成潛在的嚴(yán)重威脅。在滑體后部產(chǎn)生張裂縫，該張裂縫對(duì)邊坡穩(wěn)定性有很大影響，特別是在暴雨情況下，由于底部排水不暢，張裂縫可能臨時(shí)充水達(dá)一定高度，沿張裂縫及滑動(dòng)面產(chǎn)生靜水壓力，使滑動(dòng)力突然增大，造成邊坡滑移。邊坡的穩(wěn)定性分析可按平面剪切破壞類(lèi)型考慮。

由剛性極限平衡法分析，穩(wěn)定系數(shù)計(jì)算：

式中：Fs為邊坡穩(wěn)定性系數(shù)；c為滑動(dòng)面內(nèi)黏聚力（kPa）；φ為滑動(dòng)面內(nèi)摩擦角（°）；L為滑動(dòng)面長(zhǎng)度（m）；α為邊坡坡腳（°）；β為滑動(dòng)面傾角（°）；u為作用在滑塊地面上的水浮托力（kPa）；v為張拉裂縫中的水壓力（kPa）；γw為水的重度（kN/m3）；γ為巖體重度（kN/m3）；Z為張裂隙深度（m）；Zw為裂隙中水的深度；W為滑體所受重力（kN）。

根據(jù)邊坡工程地質(zhì)條件：L=25m，c=30kPa，φ=15°，α=68°，β=30°，γ=20kN/m3，Z=5m，H=15.5m，Zw=4m。c，φ的取值是根據(jù)山坡原狀土試樣進(jìn)行試驗(yàn)得出的。將上述數(shù)據(jù)代入公式計(jì)算得Fs=0.97，小于設(shè)計(jì)要求的安全系數(shù)1.25，不符合規(guī)范要求，說(shuō)明現(xiàn)有邊坡穩(wěn)定性較差，需采取加固措施。

3 邊坡支護(hù)設(shè)計(jì)

根據(jù)邊坡的巖土體情況、勘察報(bào)告以及支護(hù)性質(zhì)，具體方案如下：采用錨桿與預(yù)應(yīng)力錨索并配置鋼筋腰梁的復(fù)合支護(hù)方案，可有效控制邊坡土體變形，以確保邊坡穩(wěn)定，滿(mǎn)足邊坡安全的要求。邊坡支護(hù)剖面如圖1所示，均按1∶4放坡，邊坡坡底標(biāo)高為91.0m，坡頂標(biāo)高為106.0m，于98.5m標(biāo)高處設(shè)置一個(gè)1m寬平臺(tái)，平臺(tái)內(nèi)砌有水溝（見(jiàn)圖1）。

圖 1 邊坡剖面示意

3.1錨桿（索）設(shè)計(jì)

1）邊坡共設(shè)10排錨桿，縱橫間距為1.5m，遇錨索位置錨桿縱向間距為3m；錨索設(shè)有4排，縱橫間距均為3.0m，每排錨索都設(shè)有腰梁。

2） 設(shè)計(jì)拉力

式中：δ為錨索（桿）與水平面夾角，其余符號(hào)與前相同。根據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范》GB50021-2001Fs取1.25計(jì)算，得錨桿拉力T1=520kN/m，錨索拉力T2=430kN/m。

由公式Ti=mT/n （6）

式中：Nt=Ti，m，n分別為錨桿索間距和排數(shù)。經(jīng)計(jì)算得出：?jiǎn)胃^桿抗拔力設(shè)計(jì)值Nt=130kN，單根錨索抗拔力設(shè)計(jì)值Nt=320kN。

3） 錨桿（索）結(jié)構(gòu)為圓柱形，由β=45°+φ/2-α，根據(jù)最大抗滑力錨固角和最經(jīng)濟(jì)錨固角確定錨桿（索）的最優(yōu)化錨固角。錨桿鉆孔與水平方向的夾角為15°，錨索鉆孔與水平方向的夾角為20°。

4） 錨桿設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為8～12m，錨索設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為18～23m；錨桿孔徑為110mm，錨索孔徑為130mm，孔深都應(yīng)超過(guò)設(shè)計(jì)長(zhǎng)度0.5m。

5）錨桿采用1根Φ25的Ⅱ級(jí)螺紋鋼筋；錨索采用4根7Φ5，Φ15.24mm的預(yù)應(yīng)力鋼絞線(xiàn)。其結(jié)構(gòu)分別如圖2所示。

圖 2 錨桿和預(yù)應(yīng)力錨索結(jié)構(gòu)示意

錨桿和錨索的抗拉驗(yàn)算：

As= KNt/ fpkt （7）

式中：K為安全系數(shù)；Nt為錨桿（索）設(shè)計(jì)軸向力；As為錨筋截面積；fpkt為錨筋（鋼筋、鋼絞線(xiàn)）抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，鋼筋為455N/mm2，鋼絞線(xiàn)為1470N/mm2。

經(jīng)計(jì)算，錨桿 As=457mm2，一條Φ25的Ⅱ級(jí)螺紋鋼筋截面積為490mm2>As，滿(mǎn)足要求。錨索鋼鉸線(xiàn)As=392mm2，4根7Φ5直徑為15.24mm的預(yù)應(yīng)力鋼絞線(xiàn)截面積4×137.37=549mm2>As，滿(mǎn)足要求。

3.2腰梁設(shè)計(jì)

腰梁為鋼筋混凝土梁，設(shè)計(jì)腰梁截面積為350mm×400mm，箍筋Φ8@100，采用C30混凝土澆筑。其結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖 3 腰梁結(jié)構(gòu)示意

4 邊坡支護(hù)施工

4. 1 施工總體安排

人工土質(zhì)邊坡開(kāi)挖采用自上而下的形式。開(kāi)挖結(jié)束后的邊坡采用錨桿（索）土釘墻噴錨與腰梁組合的支護(hù)形式。先施工錨桿、錨索，再對(duì)錨索位置設(shè)置腰梁進(jìn)行施工。錨桿（索）施工應(yīng)與同級(jí)坡開(kāi)挖修坡同時(shí)進(jìn)行，待錨索、腰梁結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力張拉后再進(jìn)行下一級(jí)土石方開(kāi)挖，以免邊坡面長(zhǎng)時(shí)間不防護(hù)，造成更大的施工困難，影響施工進(jìn)度。

4. 2 錨桿施工

1） 進(jìn)行錨桿孔的定位放線(xiàn)，每隔1.5m間距設(shè)一錨孔。在孔口前用定位器定出鉆具斜度，錨孔定位偏差不宜大于20mm，錨孔偏斜度不應(yīng)大于3%。

2）錨桿采用單根Φ25HRB335級(jí)鋼筋，放入鉆孔前應(yīng)平直、除銹，長(zhǎng)度誤差不大于10cm，并保證注漿體或混凝土包裹保護(hù)層不小于25mm。

3） 采用壓力泵將水灰比為0.5∶1的（P·O42.5普通硅酸鹽）水泥凈漿注入錨孔，常壓注漿，注漿完成后半小時(shí)孔口補(bǔ)漿。

4. 3 預(yù)應(yīng)力錨索施工

1） 選用直徑15.24mm，強(qiáng)度1860MPa的高強(qiáng)低松弛無(wú)黏結(jié)鋼絞線(xiàn)，延伸率≥3.5% 。

2） 錨索采用兩次注漿工藝，采用水灰比為0.5∶1的水泥凈漿，第1次為常壓注漿，注漿壓力0.5MPa；第2次為高壓注漿，注漿壓力不小于2.0MPa。

3）錨索采用ZB4-500S電動(dòng)油泵和ESYDC250-200（20t）單根張拉千斤頂進(jìn)行張拉。

4. 4 掛網(wǎng)、噴錨

1） 按網(wǎng)孔20cm×20cm編制鋼筋網(wǎng)，選用Φ8網(wǎng)格筋，鋼筋網(wǎng)的交點(diǎn)用隔點(diǎn)式焊接或綁扎，錨頭水平方向設(shè)雙道Φ16加強(qiáng)鋼筋。

2）噴射C20細(xì)石混凝土，厚100mm，配合比為：水泥∶中砂∶碎石=1∶2∶2.5。

4. 5 鋼筋混凝土腰梁施工

1）施工工藝

測(cè)線(xiàn)定位→清理坡面→鋼筋制作與安裝→擋板支?！鷿仓炷痢鹉！B(yǎng)護(hù)。

2） 混凝土澆筑 采用 C30混凝土，澆筑過(guò)程中要伴隨振搗棒進(jìn)行振搗，防止出現(xiàn)蜂窩現(xiàn)象。澆筑24h后可以拆除模板，7d之內(nèi)要及時(shí)對(duì)腰梁灑水養(yǎng)護(hù)。

4. 6 工程錨桿（索） 的驗(yàn)收試驗(yàn)

驗(yàn)收試驗(yàn)中對(duì)錨桿及錨索各選取5%進(jìn)行抗拔試驗(yàn)。試驗(yàn)最大荷載值取1.5倍的抗拔力設(shè)計(jì)值，且≤0.8Afpkt，經(jīng)試驗(yàn)得出錨桿抗拔力≥200kN，錨索抗拔力≥370kN，均能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

5 邊坡穩(wěn)定性驗(yàn)算及監(jiān)測(cè)

邊坡支護(hù)后采用瑞典圓弧條分法將邊坡分4層進(jìn)行分析得出，Ks=（R+Nt）/T=1.438>1.25，故支護(hù)后的邊坡是穩(wěn)定的。邊坡監(jiān)測(cè)采用人工巡視和位移監(jiān)測(cè)。該邊坡支護(hù)工程施工結(jié)束后，經(jīng)連續(xù)的位移和沉降觀測(cè)，基本沒(méi)有位移和沉降變化，邊坡穩(wěn)定性較高。

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)工程實(shí)例，分析了錨桿與預(yù)應(yīng)力錨索腰梁組合的設(shè)計(jì)方法及其應(yīng)用的可行性。該方法在考慮工程安全穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)合理的前提下，位移變形小，解決了單純錨噴支護(hù)存在的問(wèn)題，具有更廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域。

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