格構(gòu)錨在無(wú)外傾結(jié)構(gòu)面巖質(zhì)邊坡中的應(yīng)用

唐言松

（貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局114地質(zhì)大隊(duì)，貴州 遵義 563000）

思南縣工業(yè)園區(qū)饒家壩建設(shè)點(diǎn)建成后，4#樓、5#樓及外圍消防通道南側(cè)和東側(cè)將會(huì)形成四段巖質(zhì)邊坡。其中，CDE段邊坡坡向?yàn)?9°，坡度為50°～80°，高度為5.0～29.8 m，長(zhǎng)度約為110.7 m，其為永久性巖質(zhì)邊坡。邊坡勘察采用工程地質(zhì)測(cè)繪、井探、室內(nèi)巖土測(cè)試與資料收集等相結(jié)合的方法。本文以CDE段邊坡為例，分析格構(gòu)錨在無(wú)外傾結(jié)構(gòu)面巖質(zhì)邊坡中的應(yīng)用。

1 邊坡區(qū)基本特征

1.1 地質(zhì)構(gòu)造

邊坡位于鳳岡北北東向構(gòu)造變形區(qū)鸚鵡溪背斜東翼與思南斷層之間，基巖為三疊系下統(tǒng)茅草鋪組（T）白云巖，巖體連續(xù)，巖層呈單斜產(chǎn)出，主要發(fā)育兩組節(jié)理，弱發(fā)育，無(wú)外傾結(jié)構(gòu)面。思南縣地震反應(yīng)譜特征周期為0.25 s，地震動(dòng)峰值加速度為0.05 g（重力加速度），相應(yīng)地震基本烈度值為Ⅵ度。邊坡區(qū)為抗震不利地段，場(chǎng)地類(lèi)別為Ⅰ0類(lèi)。

1.2 水文地質(zhì)條件

邊坡區(qū)地處長(zhǎng)江流域的烏江水系，地表水系多為自然沖溝，由南向北流動(dòng)，受大氣降水補(bǔ)給，匯入北側(cè)建筑排水系統(tǒng)，最終排入烏江。地下水（主要為基巖水與巖溶裂隙水）埋藏于白云巖構(gòu)造、溶蝕裂隙中，因巖體裂隙大多呈半張開(kāi)-閉合狀，因此基巖富水性差，主要受大氣降水的垂向補(bǔ)給，受氣候季節(jié)性影響較大，沿裂隙下滲，并由北向南運(yùn)移，在場(chǎng)區(qū)低洼處排泄，最終流入烏江，地下水穩(wěn)定水位位于邊坡底面以下，對(duì)邊坡影響不大。邊坡區(qū)內(nèi)水、土對(duì)混凝土和鋼筋具有微腐蝕性。

1.3 周邊環(huán)境

邊坡頂部為緩斜坡，無(wú)任何構(gòu)（建）筑物，坡腳為擬建消防通道，距坡腳14 m左右為主建筑物。邊坡區(qū)域及周邊無(wú)滑坡、崩塌、泥石流、巖溶塌陷等現(xiàn)狀地質(zhì)災(zāi)害，不良地質(zhì)作用不發(fā)育。

1.4 巖土參數(shù)建議值

在室內(nèi)巖土試驗(yàn)結(jié)果基礎(chǔ)上，結(jié)合相關(guān)規(guī)范及邊坡巖體結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)面結(jié)合程度、充填物等因素，共同確定邊坡巖體力學(xué)參數(shù)。強(qiáng)風(fēng)化白云巖重度為26.2 kN/m，天然單軸抗壓強(qiáng)度為16.67 MPa，綜合內(nèi)摩擦角為45°；中風(fēng)化白云巖重度為27.2 kN/m，天然單軸抗壓強(qiáng)度為32.93 MPa，綜合內(nèi)摩擦角為55°；巖體結(jié)構(gòu)面黏聚力為50 kPa，內(nèi)摩擦角為18°；鋼筋抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值取360 kPa，鋼筋與錨固砂漿的粘結(jié)強(qiáng)度設(shè)計(jì)值取2 400 kPa，巖層與錨固體的極限粘結(jié)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值取1 200 kPa。

1.5 邊坡基本情況

CDE段邊坡安全等級(jí)為二級(jí)，為永久性巖質(zhì)邊坡，屬于逆向坡，無(wú)外傾結(jié)構(gòu)面，坡腳為消防通道，標(biāo)高為515 m，坡頂線在立面上呈弧形。邊坡巖土自上而下由紅黏土、白云巖組成。其中，紅黏土由殘坡積形成，局部分布，厚度為0.1～0.5 m；下伏巖體為中至厚層狀白云巖，其強(qiáng)風(fēng)化層分布于邊坡淺表層，呈肉紅色，厚度為2～5 m，巖體破碎，屬較軟巖，巖體類(lèi)型為Ⅳ級(jí)。中風(fēng)化層為邊坡體主要組成部分，呈肉紅色、淺灰色，巖體為較破碎～較完整，屬較硬巖，邊坡巖體類(lèi)型為Ⅲ類(lèi)，表現(xiàn)為層狀結(jié)構(gòu)。

2 邊坡穩(wěn)定性分析

2.1 定性分析

CDE段邊坡結(jié)構(gòu)面赤平投影分析圖如圖1所示。分析結(jié)果表明，C傾向與邊坡坡向相反，屬有利結(jié)構(gòu)面，J、J傾向與邊坡坡向大角度相交，屬有利結(jié)構(gòu)面；J與J結(jié)構(gòu)面所形成的楔形體底面交線傾向坡外，傾角小于邊坡坡度，屬于不穩(wěn)定體，易沿交線發(fā)生滑動(dòng)。赤平投影統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表1所示。

圖1 CDE段邊坡結(jié)構(gòu)面赤平投影分析圖

表1 赤平投影統(tǒng)計(jì)結(jié)果

2.2 定量分析

邊坡巖體類(lèi)型屬于Ⅲ～Ⅳ類(lèi)，根據(jù)定性分析結(jié)果，邊坡不存在外傾結(jié)構(gòu)面，不穩(wěn)定體為結(jié)構(gòu)面切割形成的楔形體，故采用理正6.5版巖土計(jì)算軟件進(jìn)行穩(wěn)定性分析。楔形體組合面包括A結(jié)構(gòu)面和B結(jié)構(gòu)面。經(jīng)計(jì)算，邊坡目前整體處于穩(wěn)定狀態(tài)，穩(wěn)定系數(shù)大于安全系數(shù)，滿足相關(guān)規(guī)范要求，但由于削方過(guò)程中坡體表面巖體受到機(jī)械作用，較為松散、破碎，易產(chǎn)生零星掉塊現(xiàn)象，且邊坡高陡，巖體側(cè)壓力較大，因此必須對(duì)坡面進(jìn)行防護(hù)處理。CDE段邊坡模型計(jì)算參數(shù)如表2所示。

表2 CDE段邊坡模型計(jì)算參數(shù)

3 邊坡支護(hù)方案設(shè)計(jì)

整體設(shè)計(jì)方案為：根據(jù)邊坡開(kāi)挖現(xiàn)狀，削方清除坡面存在的松動(dòng)塊體及倒懸?guī)r體，然后采用格構(gòu)錨工程及柔性主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)對(duì)坡面進(jìn)行永久支護(hù)，并在距邊坡頂5 m處設(shè)置截排水溝。下面重點(diǎn)闡述格構(gòu)錨在CDE段邊坡中的應(yīng)用設(shè)計(jì)。

3.1 錨桿工程

3.1.1 巖體側(cè)壓力及錨桿計(jì)算

該邊坡巖體無(wú)外傾結(jié)構(gòu)面，按照《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》（GB 50330—2013）第6.2.3、8.2.2、8.2.3、8.2.4及9.2.5條文，采用綜合內(nèi)摩擦角計(jì)算。經(jīng)計(jì)算，邊坡每米錨固力設(shè)計(jì)值為206.307 kN/m，錨桿所受軸向拉力為28.48 kN，錨桿錨固體與巖石的錨固段長(zhǎng)度為0.18 m，錨桿與錨固砂漿的錨固長(zhǎng)度為0.32 m，錨桿截面積為158.21 mm。

3.1.2 錨桿長(zhǎng)度及間距

按照《巖土錨桿與噴射混凝土支護(hù)工程技術(shù)規(guī)范》（GB 50086—2015）要求，巖質(zhì)邊坡中錨桿錨固段長(zhǎng)度一般不小于3 m。根據(jù)邊坡巖體壓力計(jì)算結(jié)果及錨桿設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果，設(shè)計(jì)錨固段過(guò)小，加上邊坡不存在整體穩(wěn)定性問(wèn)題，故錨桿主要按構(gòu)造要求設(shè)計(jì)，在邊坡坡面設(shè)置15排6 m長(zhǎng)的錨桿對(duì)邊坡進(jìn)行支護(hù)，錨桿傾角均為15°。此段切坡內(nèi)砂漿錨桿為系統(tǒng)錨桿，《巖土錨桿與噴射混凝土支護(hù)工程技術(shù)規(guī)范》（GB 50086—2015）規(guī)定：錨桿間距以1.25～3.00 m為宜，且不應(yīng)大于錨桿長(zhǎng)度的一半。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，將錨桿縱、橫向間距均定為2 m，呈矩形分布。

3.1.3 錨桿、錨孔直徑

根據(jù)《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》（GB 50330—2013），全粘結(jié)型錨桿宜采用直徑為16～32 mm的HRB400鋼筋，此處為構(gòu)造錨桿，設(shè)計(jì)鋼筋直徑為28 mm，采用HRB400級(jí)螺紋鋼。采用水泥砂漿作為鋼筋保護(hù)層時(shí)，保護(hù)層厚度不應(yīng)小于25 mm，為便于施工，鋼筋保護(hù)層厚度取30 mm，經(jīng)計(jì)算，鉆孔的理論直徑為88 mm，本設(shè)計(jì)中鉆孔直徑取100 mm。注漿材料為M30水泥砂漿，灌注時(shí)一次完成，注漿壓力不低于1 MPa。

3.2 格構(gòu)梁設(shè)計(jì)

格構(gòu)梁截面尺寸為300 mm×300 mm，嵌入坡體100 mm，梁跨比小于1/6，為彈性基礎(chǔ)，采用Winkler基床系數(shù)法計(jì)算內(nèi)力，格構(gòu)梁荷載取206.307 kN/m。格構(gòu)梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)依據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50010—2010），其矩形截面承載能力按照相關(guān)公式和規(guī)定進(jìn)行校核。根據(jù)內(nèi)力計(jì)算結(jié)果，梁身配筋采用理正6.5版巖土計(jì)算軟件，按雙筋矩形進(jìn)行計(jì)算，并結(jié)合抗震構(gòu)造要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，在格構(gòu)梁交叉處加密箍筋。梁身混凝土為C30，梁身鋼筋主筋采用直徑12 mm的HRB400級(jí)螺紋鋼，箍筋采用直徑8 mm的HRB400級(jí)圓鋼。根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50010—2010）第3.5.2及8.2條文，該邊坡環(huán)境類(lèi)別為二a類(lèi)，梁柱鋼筋的混凝土保護(hù)層最小厚度不小于28 mm，故混凝土保護(hù)層厚度取50 mm。格構(gòu)梁每隔15 m設(shè)置寬20 mm的伸縮縫，縫內(nèi)填塞瀝青麻絲。

4 結(jié)語(yǔ)

邊坡支護(hù)的目的是保證構(gòu)（建）筑物及人員安全。本文結(jié)合具體案例，查明邊坡巖土體結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、分布規(guī)律以及地下水特征等，并評(píng)價(jià)邊坡穩(wěn)定性和發(fā)展趨勢(shì)，確立經(jīng)濟(jì)可行的邊坡支護(hù)方案。CDE段邊坡巖體類(lèi)別為Ⅲ～Ⅳ類(lèi)，以較硬巖為主，無(wú)外傾結(jié)構(gòu)面，采用“削方+格構(gòu)錨+柔性主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)+截排水溝+監(jiān)測(cè)”的支護(hù)方案，經(jīng)濟(jì)有效。目前，格構(gòu)錨在此類(lèi)高陡無(wú)外傾結(jié)構(gòu)面且?guī)r體側(cè)壓力較大的巖質(zhì)邊坡中應(yīng)用甚為廣泛。