某市政道路邊坡加固施工技術分析

賀大鵬

摘要：近年來，隨著我國道路、房建和其他基礎設施的大量建設，出現了大量的邊坡工程。為了保證道路、房建和基礎設施的運營安全和臨坡建筑的使用安全，則必然要求對這些邊坡進行支護加固。本文結合某市政道路工程實例，通過對邊坡地質的條件及其穩定性分析，概述錨桿與預應力錨索腰梁組合進行邊坡加固的設計與施工工藝。

關鍵詞：邊坡加固；錨桿； 預應力錨索腰梁； 施工工藝

1 工程概況

1. 1 場地條件

某市政道路工程，因道路加寬的需要，擬將其旁一山體內側的土體挖掉，開挖后形成原狀土土質高陡邊坡，坡高4.0～15.5m，邊坡安全等級為一級。被開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。由于山體開挖后的邊坡穩定性將直接影響建筑物的安全使用，故需根據山體地質情況正確分析其開挖后所形成邊坡的穩定性，制定合理的邊坡支護方案。

1.2工程地質及水文條件

根據巖土工程勘察報告顯示，該山體內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）以及侏羅系中統基巖（Ja2），

其土層的物理參數如表 1 所示。

表 1 土層的物理力學性質

場區內地下水主要為賦存于基巖風化帶中的風化裂隙水，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給來源，地下水位埋藏較深。場區內地下水pH值為5.80～6.20，對擬治理邊坡的混凝土結構及鋼筋均不具腐蝕性，對鋼結構具弱腐蝕性。

2 邊坡穩定性分析

由工程條件可知，邊坡土層抗剪強度較大，但局部破碎、軟硬互層的構造特性又導致其穩定性較低，在地表水及雨水作用下邊坡容易滑塌。邊坡開挖后，在坡體內發現一個順坡向的軟弱結構面，傾角約30°，長約25m，傾角小于坡角，對邊坡穩定性構成潛在的嚴重威脅。在滑體后部產生張裂縫，該張裂縫對邊坡穩定性有很大影響，特別是在暴雨情況下，由于底部排水不暢，張裂縫可能臨時充水達一定高度，沿張裂縫及滑動面產生靜水壓力，使滑動力突然增大，造成邊坡滑移。邊坡的穩定性分析可按平面剪切破壞類型考慮。

由剛性極限平衡法分析，穩定系數計算：

式中：Fs為邊坡穩定性系數；c為滑動面內黏聚力（kPa）；φ為滑動面內摩擦角（°）；L為滑動面長度（m）；α為邊坡坡腳（°）；β為滑動面傾角（°）；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）。

根據邊坡工程地質條件：L=25m，c=30kPa，φ=15°，α=68°，β=30°，γ=20kN/m3，Z=5m，H=15.5m，Zw=4m。c，φ的取值是根據山坡原狀土試樣進行試驗得出的。將上述數據代入公式計算得Fs=0.97，小于設計要求的安全系數1.25，不符合規范要求，說明現有邊坡穩定性較差，需采取加固措施。

3 邊坡支護設計

根據邊坡的巖土體情況、勘察報告以及支護性質，具體方案如下：采用錨桿與預應力錨索并配置鋼筋腰梁的復合支護方案，可有效控制邊坡土體變形，以確保邊坡穩定，滿足邊坡安全的要求。邊坡支護剖面如圖1所示，均按1∶4放坡，邊坡坡底標高為91.0m，坡頂標高為106.0m，于98.5m標高處設置一個1m寬平臺，平臺內砌有水溝（見圖1）。

圖 1 邊坡剖面示意

3.1錨桿（索）設計

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

2） 設計拉力

式中：δ為錨索（桿）與水平面夾角，其余符號與前相同。根據《巖土工程勘察規范》GB50021-2001Fs取1.25計算，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。經計算得出：單根錨桿抗拔力設計值Nt=130kN，單根錨索抗拔力設計值Nt=320kN。

3） 錨桿（索）結構為圓柱形，由β=45°+φ/2-α，根據最大抗滑力錨固角和最經濟錨固角確定錨桿（索）的最優化錨固角。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） 錨桿設計長度為8～12m，錨索設計長度為18～23m；錨桿孔徑為110mm，錨索孔徑為130mm，孔深都應超過設計長度0.5m。

5）錨桿采用1根Φ25的Ⅱ級螺紋鋼筋；錨索采用4根7Φ5，Φ15.24mm的預應力鋼絞線。其結構分別如圖2所示。

圖 2 錨桿和預應力錨索結構示意

錨桿和錨索的抗拉驗算：

As= KNt/ fpkt （7）

式中：K為安全系數；Nt為錨桿（索）設計軸向力；As為錨筋截面積；fpkt為錨筋（鋼筋、鋼絞線）抗拉強度設計值，鋼筋為455N/mm2，鋼絞線為1470N/mm2。

經計算，錨桿 As=457mm2，一條Φ25的Ⅱ級螺紋鋼筋截面積為490mm2>As，滿足要求。錨索鋼鉸線As=392mm2，4根7Φ5直徑為15.24mm的預應力鋼絞線截面積4×137.37=549mm2>As，滿足要求。

3.2腰梁設計

腰梁為鋼筋混凝土梁，設計腰梁截面積為350mm×400mm，箍筋Φ8@100，采用C30混凝土澆筑。其結構如圖3所示。

圖 3 腰梁結構示意

4 邊坡支護施工

4. 1 施工總體安排

人工土質邊坡開挖采用自上而下的形式。開挖結束后的邊坡采用錨桿（索）土釘墻噴錨與腰梁組合的支護形式。先施工錨桿、錨索，再對錨索位置設置腰梁進行施工。錨桿（索）施工應與同級坡開挖修坡同時進行，待錨索、腰梁結構預應力張拉后再進行下一級土石方開挖，以免邊坡面長時間不防護，造成更大的施工困難，影響施工進度。

4. 2 錨桿施工

1） 進行錨桿孔的定位放線，每隔1.5m間距設一錨孔。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，錨孔偏斜度不應大于3%。

2）錨桿采用單根Φ25HRB335級鋼筋，放入鉆孔前應平直、除銹，長度誤差不大于10cm，并保證注漿體或混凝土包裹保護層不小于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，注漿完成后半小時孔口補漿。

4. 3 預應力錨索施工

1） 選用直徑15.24mm，強度1860MPa的高強低松弛無黏結鋼絞線，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電動油泵和ESYDC250-200（20t）單根張拉千斤頂進行張拉。

4. 4 掛網、噴錨

1） 按網孔20cm×20cm編制鋼筋網，選用Φ8網格筋，鋼筋網的交點用隔點式焊接或綁扎，錨頭水平方向設雙道Φ16加強鋼筋。

2）噴射C20細石混凝土，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

測線定位→清理坡面→鋼筋制作與安裝→擋板支模→澆筑混凝土→拆模→養護。

2） 混凝土澆筑 采用 C30混凝土，澆筑過程中要伴隨振搗棒進行振搗，防止出現蜂窩現象。澆筑24h后可以拆除模板，7d之內要及時對腰梁灑水養護。

4. 6 工程錨桿（索） 的驗收試驗

驗收試驗中對錨桿及錨索各選取5%進行抗拔試驗。試驗最大荷載值取1.5倍的抗拔力設計值，且≤0.8Afpkt，經試驗得出錨桿抗拔力≥200kN，錨索抗拔力≥370kN，均能滿足設計要求。

5 邊坡穩定性驗算及監測

邊坡支護后采用瑞典圓弧條分法將邊坡分4層進行分析得出，Ks=（R+Nt）/T=1.438>1.25，故支護后的邊坡是穩定的。邊坡監測采用人工巡視和位移監測。該邊坡支護工程施工結束后，經連續的位移和沉降觀測，基本沒有位移和沉降變化，邊坡穩定性較高。

6 結語

通過工程實例，分析了錨桿與預應力錨索腰梁組合的設計方法及其應用的可行性。該方法在考慮工程安全穩定和經濟合理的前提下，位移變形小，解決了單純錨噴支護存在的問題，具有更廣闊的應用領域。

參考文獻：

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