錨索格構梁在高邊坡支護設計中的應用研究

王　鑫， 張廷會， 夏建龍

(陜西天地地質有限責任公司, 陜西西安 710054)

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錨索格構梁在高邊坡支護設計中的應用研究

王鑫， 張廷會， 夏建龍

(陜西天地地質有限責任公司, 陜西西安 710054)

【摘要】文章闡述了錨索格構梁在高邊坡支護中的優點及應用條件、錨索格構梁的加固原理及設計原則，通過工程實例對設計方法進行了說明，并對高邊坡施工過程中材料運輸困難，采用自制材料運輸系統對材料進行運輸，為類似設計工程提供參考和借鑒。

【關鍵詞】高邊坡支護；錨索格構梁；加固原理；設計方法；材料運輸系統

預應力錨索格構梁是近年來應用較為廣泛的一種新型支檔結構，是把受拉桿件埋入地層中以提高巖土自身的強度和自穩定能力的一門工程技術；由于這種技術大大減輕結構物的自重，節約工程材料并確保工程的安全和穩定，具有顯著的經濟效益和社會效益，因而目前在工程中得到極為廣泛地應用。

1錨索格構梁加固的基本原理

錨索格構梁加固的基本原理就是利用錨索周圍地層巖土的抗剪強度來傳遞結構物的拉力以保持地層開挖面的自身穩定，錨索可以提供作用于結構物上以承受外荷的抗力；可以使錨固地層產生壓應力區并對加固地層起到加筋作用；可以增強地層的強度，改善地層的力學性能；可以使結構與地層連鎖在一起，形成一種共同工作的復合體，使其能有效地承受拉力和剪力。

將錨索與格構梁結合起來，格構梁起到錨墩的作用，同時格構梁將力傳遞到坡體上，因而這種支護結構與坡體接觸面積更大，坡體受力更加均勻，這就減小了坡體局部變形，減少了預應力損失。

2錨索格構梁設計的工程實例

錨索格構梁加固邊坡的設計原則：巖土錨固加固設計原則應考慮安全性、經濟性和施工的可行性，以穩定為本，加固為主，排水、防護并重，并盡量考慮綠化環保、恢復自然景觀等多種因素綜合處理，確保施工中的臨時穩定和后期工程運行的長期穩定。

2.1工程概況

該工程位于寶雞市麟游縣，為建設主、副井口人工開挖的高邊坡治理，右側邊坡高約定40 m，由三級邊坡構成，坡率約1∶0.5，邊坡上部為5～10 m的馬蘭黃土，下部為離石黃土。

2.2工程地質及水文地質條件

2.2.1工程地質

根據場地工勘報告揭露的場地地層、地區經驗以及現場踏勘，邊坡地層自上而下由馬蘭黃土(Q3)、離石黃土(Q2)及新近系砂礫巖(N)組成(表1)。

2.2.2水文地質條件

該場地地下水為潛水，水位相對標高1 142.33～1 155.06 m。地下水由基巖裂隙水、地表水及降雨補給，水位年變化隨

表1　邊坡土層物理力學性質參數

大氣降水和天堂河河水位起伏，邊坡無地下水作用。

2.2.3構造特征

從區域構造上看，場地位于鄂爾多斯盆地渭北斷裂區彬縣～黃陵坳褶帶。鄂爾多斯盆地在晚三疊世從華北地臺分離出來，形成一個獨立的構造單元。

2.3計算模型及計算參數

采用理正軟件，運用圓弧條分法，對邊坡穩定性進行分析。由于主、副井口右側切方邊坡已開挖時長約半年，其在自然狀態下的穩定性系數接近為1.0，處于不穩定狀態。

按G50330-2013規范第3.2.1及5.3.1條的規定，上述部位邊坡工程安全等級為一級，邊坡穩定安全系數為1.30，而主、副井口右側的切方邊坡天然條件下的穩定性系數均小于1.30，不滿足規范要求，且現已開挖的邊坡斷面存在裂隙、掉塊現象，因此，應對切方邊坡采取支擋措施。

2.4設計成果

綜合考慮邊坡巖土物理力學性質，地層出露情況及開挖狀況，邊坡擬采用錨索-格構梁支護方案，局部采用錨桿-格構梁支護(圖1～圖3)。

圖1　邊坡錨索(桿)正面布置

圖2　1-1剖面錨桿錨索布置

圖3　2-2剖面錨索錨桿布置

2.4.1錨索設計

錨索的設計對于支護結構起著決定性的作用，錨索的間距應確保穩定性安全系數同時兼顧經濟性原則，錨固段的長度應滿足規范[1]7.2.3的規定,主要設計參數如下：

(1)錨索：設置于邊坡的中下部,孔距3.5 m，排距3.0 m, 傾角25°，孔徑150 mm,壓力分散型錨索,錨索采用φ15.24 mm，高強度,低松馳,1 860級無粘結鋼絞線；每索由4根組成,錨索全長分為三種：18 m、25 m、30 m。每束錨索分為二單元,每單元由兩根鋼絞線構成,錨固段全長12 m，每單元錨固段長6 m，錨索設計預應力600 kN。

(2)錨具：采用OVM錨具，承載體采用40號錳鋼制作；限位片厚度5 mm,承載體厚度20 mm。連接螺桿為φ6 mm，長80 mm(圖4、圖5)。

圖4　錨索結構

圖5　錨索外錨頭大樣

(3)灌漿:錨索孔徑φ150 mm，鉆孔傾角25°；灌漿材料采用M30水泥砂漿，張拉時內錨固段水泥結石強度不得低于30 MPa。

(4)外錨頭保護：在錨索張拉鎖定完成后進行二期澆筑，混凝土強度等級C30，澆筑前應對錨具和鋼絞線除銹。

(5)錨索張拉鎖定后，用金剛砂輪切斷外露的鋼絞線，切口位置至錨板的距離不小50 mm。

2.4.2錨桿設計

(1)錨桿長均8.5 m，為φ22Ⅱ級螺紋鋼筋。

(2)錨桿孔孔徑φ110 mm，鉆孔傾角25°。

(3)錨桿排距(垂直)3.0 m,孔距3.50 m,正方形布孔;錨索排距(垂直)3.00 m,孔距3.50 m,矩形布孔。

(4)錨桿彎頭長度不小于300 mm，與肋柱主筋綁扎。

2.4.3格構梁

格構梁：截面為400 mm×300 mm，C30混凝土, 梁上部配4φ18Ⅱ級螺紋鋼筋,梁下部靠坡側配4φ18Ⅱ級螺紋鋼筋,2φ22Ⅱ級螺紋鋼筋，箍筋為φ8盤條，間距200 mm。

2.4.4排水溝

坡底坡頂及平臺設紅磚砌筑排水溝，呈正方形，凈寬500 mm,砌體厚250 mm，采用1 cm M15砂漿抹面，砌磚用砂漿為M7.5；天溝距離坡頂線至少1 m，側溝將平臺排水溝的水引入坡腳排水溝。

2.4.5綠化

格構梁內放置六棱空心磚，空心部分填充含草籽的土壤,平臺種植觀賞喬木，使綠化效果有效、持續。植物配置應充分考慮施工地點的氣候特征、植物的生物學特性、管理養護條件等諸多綜合因素，選擇適宜這種特殊環境的植物，增強生態效果。

2.4.6監測

邊坡共布設基點2個，監測點15個，其目的：

(1)施工過程中監測邊坡的穩定性，確保施工過程中邊坡的安全；

(2)施工后監測邊坡的穩定性，檢驗治理效果；

(3)驗證邊坡工程設計相關參數的準確性與可靠性；

監測對象：邊坡治理工程施工前和施工中，監測邊坡位移情況。

監測等級：符合GBJ 50026-93《工程測量規范》“二等變形測量”要求。

監測精度：觀測點垂直位移中誤差≤±0.5 mm；觀測點水平位移中誤差≤±3.0 mm。

監測周期：一般為3個月一次，雨季應1個月一次，遇到大的暴雨或連陰雨時應加密觀測次數。工程施工過程中應加密觀測次數。

2.5材料運輸系統

高邊坡高度大，坡度陡，給材料運輸帶來較大困難。使用挖掘機修“Z”字型便道，車輛無法到達目的地；使用塔吊運輸，無合適的附著物且成本較大。利用“纜車”原理，使用自制材料運輸系統(專利號：ZL 201420034904.1)進行材料運輸是最有效最經濟的方法，原理示意見圖6。

圖6　自制材料運輸系統

2.6邊坡處理效果

郭家河煤礦主、副井口高邊坡治理通過錨索-格構梁支護、部分采用錨桿-格構梁支護方案的聯合應用，保證了邊坡的穩定性，對設置的預應力錨索等觀測項目的工后觀測數據表明，邊坡處于穩定狀態。

3結束語

(1)預應力錨索-格構梁作為邊坡支護的主要形式，具有受力合理、主動支撐、施工速度快、對坡體擾動小的優點，在邊坡加固中應用越來越廣泛。

(2)通過工程實例對預應力錨索-格構梁支護的設計方法進行分析，明確其設計思路及設計過程。

(3)針對高邊坡施工過程中材料運輸困難問題，采用自制材料運輸系統對材料進行運輸，方便經濟(專利號：ZL 201420034904.1)。

(4)邊坡工程中，不確定影響因素多，除合理設計外，其它環節也相當重要，尤其是施工過程質量的控制，必要時應進行支護結構的動態設計。

參考文獻

[1]GB 50330-2013 建筑邊坡工程技術規范[S].

[2]梁炯均.錨固與注漿技術手冊[M].北京：中國電力出版社，1999.

[3]CECS 22：90 土層錨桿設計與施工規范[S].

[4]蔣樹屏，王福敏，唐樹名，等.巖土錨固技術研究與工程應用[M].北京：人民交通出版社，2010.

[作者簡介]王鑫(1983～)，男，碩士，工程師，從事巖土工程專業工作。

【中圖分類號】U417.1+2

【文獻標志碼】B

[定稿日期]2015-10-08