黃島區(qū)破碎巖質(zhì)高邊坡支護(hù)設(shè)計(jì)與施工

欒 鵬 馬奎升 郭道蕾

1 概述

青島經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)爬山邊坡位于海爾大道的東側(cè)，該邊坡為爬山北坡，經(jīng)人工爆破削而成。邊坡北側(cè)為一經(jīng)濟(jì)適用房小區(qū)，邊坡坡腳距離開(kāi)發(fā)房屋約15 m。該邊坡位于地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜的區(qū)域，巖石節(jié)理發(fā)育、破碎。另外，由于是爆破開(kāi)挖邊坡，對(duì)邊坡巖石形成了二次震動(dòng)破碎，坡體表面以碎石分布為主，邊坡最高達(dá)40 m。邊坡的整體不穩(wěn)定性以及表面浮石的滾落，將會(huì)對(duì)小區(qū)的建筑物以及行人安全帶來(lái)很大的隱患。因此，需對(duì)該邊坡進(jìn)行加固，防治滑坡、崩塌、滾石的災(zāi)害形成。

2 邊坡的特征

2.1 邊坡的地形地貌

邊坡最低處13.9 m，最高處40.6 m(見(jiàn)圖1)。坡體面積9 243.8 m2，屬于大型巖質(zhì)大坡度高邊坡。

2.2 邊坡地質(zhì)特征

該邊坡巖石性質(zhì)為花崗巖，含有角閃石，輝綠巖侵入。巖石強(qiáng)度較高，但裂隙極其發(fā)育，巖體破碎。從開(kāi)挖出露出的巖層分析，該邊坡所處巖層為經(jīng)多次地質(zhì)活動(dòng)形成，地層形成初期，構(gòu)造應(yīng)力復(fù)雜，形成裂隙帶，二次輝綠巖巖漿侵入，加劇了巖體的破裂，之后又有多次地層錯(cuò)動(dòng)，裂隙中磨碎巖粉充填。邊坡東部地表水侵入明顯，西部巖石風(fēng)化明顯。

從變電站處開(kāi)挖揭露的巖層產(chǎn)狀得知，邊坡主要裂隙走向NW255°～280°，傾向 NE165°～190°，傾角 63°～73°，屬于大傾角逆傾狀巖層邊坡。主要裂隙走向與邊坡走向小于或接近30，屬不利走向。

3 邊坡穩(wěn)定性分析

3.1 邊坡的屬性分析

山體在自然狀態(tài)下，經(jīng)歷多年的地質(zhì)作用，處于穩(wěn)定狀態(tài)。但是，遇到外部荷載或水的侵蝕作用等，也出現(xiàn)滑動(dòng)趨勢(shì)。人工開(kāi)挖形成的邊坡，雖然在巖石較為穩(wěn)定、成坡度較為合理的情況下，暫時(shí)處于穩(wěn)定狀態(tài)，但是，由于人為改變了巖體的應(yīng)力狀態(tài)，在水侵蝕和風(fēng)化等作用下，就有可能發(fā)生滑塌、崩塌、錯(cuò)落、傾倒、落石等地質(zhì)災(zāi)害。

由邊坡主要工程特性指標(biāo)，可以界定該邊坡屬于巖質(zhì)人工開(kāi)挖的反傾層狀(或破碎狀)建筑永久邊坡，根據(jù)GB 50021巖土工程勘察規(guī)范，GB 50330-2002建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)程對(duì)巖質(zhì)邊坡巖體的結(jié)構(gòu)類型、結(jié)構(gòu)面結(jié)合程度、巖石強(qiáng)度的劃分、巖體的完整程度劃分、巖質(zhì)邊坡分類等規(guī)定綜合分析，該邊坡屬于傾倒式崩塌型Ⅲ類高危險(xiǎn)性邊坡，設(shè)計(jì)安全等級(jí)為二級(jí)。

3.2 邊坡變形破壞過(guò)程分析

由于地層結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，巖質(zhì)邊坡比土質(zhì)邊坡要復(fù)雜的多。1)由于巖體的強(qiáng)度較高，?？梢员３州^陡的邊坡。2)巖質(zhì)邊坡的穩(wěn)定性主要取決于巖體結(jié)構(gòu)、坡體結(jié)構(gòu)，也即不同巖性的巖層及構(gòu)造結(jié)構(gòu)面，特別是軟弱結(jié)構(gòu)面在坡體上的分布位置、產(chǎn)狀、組合以及與邊坡的走向、傾向和傾角之間的關(guān)系。3)巖質(zhì)邊坡的穩(wěn)定性還受控于其風(fēng)化破碎程度。4)地表、地下水的侵入，顯著的降低解離面的結(jié)合強(qiáng)度，加劇裂隙的進(jìn)一步擴(kuò)展，邊坡穩(wěn)定性明顯降低。

任何自然現(xiàn)象都有發(fā)生、發(fā)展、消亡的過(guò)程，滑坡現(xiàn)象同樣是一個(gè)能量聚集、釋放，由漸變到突變的發(fā)展過(guò)程。按照邊坡的滑塌規(guī)律，滑坡的發(fā)育階段分為以下幾個(gè)階段:

1)蠕動(dòng)階段:一定地質(zhì)結(jié)構(gòu)的邊坡，由于人工開(kāi)挖卸荷，或地下水的增加和地震等作用，引起坡體內(nèi)部應(yīng)力調(diào)整，在斜坡的中下部產(chǎn)生應(yīng)力集中，常常在主劃段下段滑動(dòng)面上的剪應(yīng)力超過(guò)該處巖體的實(shí)有的抗剪強(qiáng)度而產(chǎn)生塑性變形——蠕變。隨著塑性區(qū)的不斷加大，中部坡體向下擠壓，引起后部牽引段失穩(wěn)與穩(wěn)定坡體之間產(chǎn)生主動(dòng)破裂而出現(xiàn)拉張裂隙，裂隙可能有多條，有的在巖體深部。但此時(shí)的邊坡仍然處于穩(wěn)定系數(shù)遠(yuǎn)大于1的階段。

2)擠壓階段:滑坡后緣主拉裂縫出現(xiàn)后，地表水的灌入和下滲為軟化劃帶巖層提供了條件，主劃段和牽引段向前移動(dòng)共同推擠抗滑段，裂隙發(fā)展進(jìn)一步加劇。

蠕動(dòng)和擠壓階段可以延續(xù)幾個(gè)月、幾年，甚至幾十年。在此期間，邊坡雖然整體穩(wěn)定，但是內(nèi)部的損傷破壞在逐漸發(fā)展。

3)滑動(dòng)階段:當(dāng)抗滑段滑動(dòng)面全部形成和貫通之后，滑坡即進(jìn)入整體滑動(dòng)階段，穩(wěn)定系數(shù)小于1。對(duì)于巖層順層滑坡，主劃段和牽引段劃面貫通后就進(jìn)入滑動(dòng)階段，對(duì)于該邊坡，屬巖層逆層滑坡，當(dāng)邊坡前部的抗滑段裂隙貫通，失去整體的抵抗上部?jī)A倒巖層能力時(shí)，就進(jìn)入滑動(dòng)階段。

4)劇滑階段:對(duì)于巖質(zhì)邊坡，滑坡開(kāi)始很短時(shí)間內(nèi)，就會(huì)進(jìn)入整體劇滑階段，地質(zhì)災(zāi)害瞬間發(fā)生。

4 加固設(shè)計(jì)及施工

從圖1可以看出，開(kāi)挖爆破在中部形成了一個(gè)凹形地帶用于建造變電站，對(duì)于東西兩側(cè)逆傾層破碎的邊坡加固是本文研究的重點(diǎn)，變電站東西兩側(cè)的安全和穩(wěn)定性關(guān)系到整個(gè)邊坡的安全與穩(wěn)定。根據(jù)地形、地質(zhì)特征和穩(wěn)定性分析，采用錨桿和中空注漿錨桿聯(lián)合支護(hù)加錨桿擋墻方法對(duì)邊坡進(jìn)行綜合加固。

4.1 錨桿的設(shè)計(jì)

錨桿采用HRB400級(jí)熱軋帶肋鋼筋加工而成，中空注漿錨桿采用Q345B焊接鋼管，D=32，t=2.5加工而成，對(duì)中支架采用HPB235級(jí)熱軋光面鋼筋(見(jiàn)圖2～圖5)。

4.2 錨桿的施工要求

1)鉆孔孔徑90，錨桿孔距偏差不大于20 mm，錨桿水平偏斜度不應(yīng)大于±2°。2)鉆孔深度超過(guò)錨桿設(shè)計(jì)長(zhǎng)度應(yīng)不小于500 mm。3)錨桿桿體沿軸線方向每間隔2.5 m設(shè)對(duì)中支架一副;中空注漿錨桿在支架中間處設(shè)置開(kāi)孔;錨桿鋼筋接長(zhǎng)時(shí)優(yōu)先采用A級(jí)等強(qiáng)機(jī)械連接。4)采用搭接雙面焊接，鋼筋搭接長(zhǎng)度不小于10d，焊接時(shí)應(yīng)滿焊，并滿足JGJ 107-96鋼筋機(jī)械連接通用技術(shù)規(guī)程及其他有關(guān)規(guī)程。鋼筋焊接應(yīng)嚴(yán)格遵守JGJ 18-2003鋼筋焊接及驗(yàn)收規(guī)程。5)本工程采用全長(zhǎng)粘結(jié)型錨桿，錨桿灌漿采用孔底返壓灌漿法，灌漿時(shí)灌漿管應(yīng)插至距孔底50 mm～100 mm，灌漿材料為純水泥漿，水灰比為0.30～0.5，水泥強(qiáng)度等級(jí)不低于M20，灌漿壓力不小于0.5 MPa，水泥漿應(yīng)拌合均勻，隨拌隨用，一次拌合的水泥漿應(yīng)在初凝前用完。6)安裝錨桿前都要對(duì)孔內(nèi)進(jìn)行清理，之后安裝錨桿。

4.3 A5面設(shè)計(jì)方案

鑒于坡體節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體破碎嚴(yán)重，考慮單純用噴錨支護(hù)加固邊坡。然而普通砂漿錨桿遇到了一些問(wèn)題，如塌孔、卡鉆、注漿不滿等，這些問(wèn)題對(duì)施工安全和工程質(zhì)量影響很大。要解決它必須從錨桿本身著手，中空注漿錨桿與傳統(tǒng)的砂漿錨桿相比有很大的改進(jìn)，能夠最大限度的保證漿液的充填飽滿、密實(shí)，漿液在較高的注漿壓力下滲透入巖體裂隙，充分保證注漿飽滿，解決了傳統(tǒng)錨桿的諸多缺陷。A5面邊坡采用錨桿和中空錨桿聯(lián)合支護(hù)能夠有效的發(fā)揮錨桿的支護(hù)和加固作用。A5面(巖石破碎)的錨桿孔向垂直穿過(guò)A4面(巖石完整)結(jié)構(gòu)面，最大限度發(fā)揮錨桿的錨固效果。壓力注漿錨桿順坡縱橫間距3 m×3 m布置。

4.4 噴錨支護(hù)施工流程

1)按設(shè)計(jì)要求開(kāi)挖工作面，修整邊坡并清除坡面虛土;

2)噴射第一層混凝土(即初噴)，厚度不小于50 mm;

3)鉆孔，安裝錨桿，注漿;

4)綁扎φ8構(gòu)造鋼筋網(wǎng)，焊接HRB335級(jí)φ16骨架鋼筋，安設(shè)連接件;

5)設(shè)置坡面的排水系統(tǒng)(即埋設(shè)泄水管);

6)噴射第二層混凝土(即復(fù)噴)，復(fù)噴后混凝土終凝2 h以后，應(yīng)噴水養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間宜根據(jù)氣溫確定，一般為3 d～7 d。

5 結(jié)語(yǔ)

該項(xiàng)目的邊坡加固已經(jīng)全部完工，經(jīng)檢驗(yàn)和時(shí)間證明，加工的錨桿和中空注漿錨桿支護(hù)和加固效果明顯，防治滑坡、崩塌、滾石的災(zāi)害形成，對(duì)于同類邊坡具有重要的參考價(jià)值。

［1］ 程良奎.巖土錨固研究和新進(jìn)展［J］.巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2005，24(21):3803-3811.

［2］ 孫 亮.中空注漿錨桿的應(yīng)用實(shí)踐［J］.鐵道建筑，2005，31(5):45-46.

［3］ 王四巍，姜 彤，劉漢東.中空注漿錨桿在加固碎裂邊坡中應(yīng)用試驗(yàn)研究［J］.巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2008，27(sup):3963-3967.

［4］ GB 50021-2001，巖土工程勘察規(guī)范［S］.

［5］ GB 50330-2002，建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范［S］.