邊坡支護預應力錨索施工技術研究

姚殿卿

（甘肅一安建設科技集團有限公司，甘肅 蘭州 730060）

0 引言

城市建設、鐵路施工、橋梁施工、礦山開發(fā)等工程項目的開展，對周圍的環(huán)境產生了極大的影響，在施工項目周邊，會產生非常多的土質或巖石質邊坡，在地下水長期侵蝕、巖體自重作用、降水、地震等因素的影響之下，邊坡會出現(xiàn)變形，甚至出現(xiàn)邊坡塌陷、滑動等問題。因此，在建筑工程施工中，做好邊坡支護處理非常重要。預應力錨索是一項非常常見的邊坡支護手段，對于保證邊坡的穩(wěn)定性、安全性，提高邊坡支護質量等效果良好。

1 高大型邊坡支護理論

1.1 邊坡失去穩(wěn)定的形式

在高大型建筑工程邊坡支護項目當中，如果抗滑能力小于剪切面的下滑力，在剪切面就會出現(xiàn)相應的移動、滑動或者破壞的情況。

如果邊坡屬于巖石質邊坡，在斷層處、節(jié)理處或者裂隙等較為軟弱的結構層面上，就容易出現(xiàn)剪切面，滑動、破壞的形式則會以直線型呈現(xiàn)。

如果邊坡是土質邊坡，邊坡破壞形式則會以折線型呈現(xiàn)，此時邊坡土質如果存在黏性土破壞和滑動形式，則會通過圓弧型呈現(xiàn)。

對于巖石和土質結合的邊坡，會在上土層、下巖石的中間接觸面出現(xiàn)滑動。

1.2 邊坡穩(wěn)定性分析

必須根據(jù)當?shù)氐乃牡刭|、巖體結構和邊坡已經(jīng)出現(xiàn)變形或者破壞的情況，判斷邊坡的穩(wěn)定性及可能破壞的形式，構建邊坡破壞的地質模型。因此，需結合邊坡類型，采用不同的方法計算邊坡的穩(wěn)定性[1]。

（1）平面滑動法。該種方法適用于發(fā)生風化的巖石質邊坡中，需根據(jù)相關因素對穩(wěn)定性系數(shù)進行計算確定，包括結構面的黏聚力、面積、傾斜角，巖體的重度、體積、結構面的內摩擦角等。

（2）圓弧滑動法。該種方法適用于土質邊坡的穩(wěn)定性系數(shù)計算，風化或者碎裂比較嚴重的巖石邊坡，也可以應用此種方法，按照以下因素計算穩(wěn)定性系數(shù)，包括第條塊滑動面上的抗滑力、滑動面法線上的反力、巖石體黏結強度標準值、滑動面長度、巖石體自重、單位寬度的動水壓力、巖土體的內摩擦角標準值、底面傾角和地下水位傾角、滑動面切線上的反力、滑體地表建筑物的單位寬度自重等。

（3）折線滑動法。該種方法適用在地質條件比較復雜，在相同邊坡中存在不同巖土體結構的情況。

1.3 邊坡穩(wěn)定的安全性指標

邊坡穩(wěn)定性安全系數(shù)須小于規(guī)定范圍數(shù)值，如果沒有達到要求，則需要對邊坡進行支護處理。其中，平面滑動法和折線滑動法計算得出的邊坡穩(wěn)定系數(shù)分別為：一級邊坡小于1.35，二級邊坡小于1.30，三級邊坡小于1.25；圓弧滑動法計算得出的邊坡穩(wěn)定系數(shù)為一級邊坡小于1.30，二級邊坡小于1.25、三級邊坡小于1.20。

1.4 邊坡施工方法

（1）放坡方法。該種方法需充分考慮土質、巖石的黏聚情況和內摩擦角。如果按照自然情況進行堆積的，就可以采取人工削坡的方式，保證削坡之后可以達到穩(wěn)定要求，一般情況下，土質和巖石質地的邊坡放坡率需要達到相關規(guī)范允許的數(shù)值。

（2）支擋結構方法。該方法利用預應力錨索與擋土墻結合一起，共同解決邊坡失穩(wěn)問題，通常場地無法滿足削坡條件時選擇應用此方法。一是采取前后預應力錨索加抗滑樁的方式，適合垂直開挖的深基坑支護，可對大面積的山體進行支護性處理，很好地控制地質災害問題的發(fā)生。二是擋土墻支護方式，主要分為重力擋墻和扶臂式擋墻兩種,第一種要求土質邊坡高度必須要小于8m，巖石質邊坡高度小于10m；第二種要求邊坡高度在10m 以下，如果超過10m，這兩種擋墻方式都無法很好地保證其穩(wěn)定性。

2 預應力錨索的類型和設計

2.1 預應力錨索類型

（1）機械型。該類型的錨索，適用于地層開挖后，需馬上確保初始預應力到位的工程項目，另外，搶險加固性工程中也可以使用。

（2）灌漿型。該類型的錨索，適用于變形情況比較小、錨桿承受能力比較強、需要錨固在地層深處的工程項目。

（3）樹脂卷和快硬水泥卷。該類型的錨索，適用于需提供初始預應力的工程，這類工程邊坡軟弱，碎石較多，需要加固處理；另外，還可以應用于跨度比較大的地下室支護工程。

（4）荷載分散型。該類型的錨索，適用于對承載能力有較高要求的軟巖石，或者土體性工程，也可以應用在防腐等級要求比較高的項目。

（5）摩擦型。該類型的錨索，適用于塑性流變，軟弱碎石等工程，也可以應用在地下工程的支護中，但該工程使用年限不可超過十年。

（6）全長黏結型。該類型的錨索，更適用于地層存在一定變化的工程項目中。

（7）普通中空注漿型。該類型的錨索，適用于地下工程頂部錨固，或者長錨桿支護工程項目中[2]。

2.2 材料和選型

（1）錨索的材料，必須要選擇強度較高，松弛度較低的鋼絞線，并保證材料性能符合國家相關規(guī)定要求，確保可以滿足邊坡支護處理的需求。

（2）錨桿的選型。由于錨桿的特征、錨固方式、錨桿類型都存在很大的差異性，所以要從材料、承載力設計、長度、應力狀況等方面入手，綜合考慮后科學選擇[3]。

2.3 錨桿設計

（1）受力分析。預應力錨索施工技術主要應用在土質邊坡、巖石邊坡、建筑物基礎支護以及基坑支護當中。由于錨桿在土層中會產生抗拔能力，所以如果錨固段桿體受到壓力之后，錨桿及其周圍的水泥砂漿黏結力都會被傳輸?shù)缴皾{中去，然后再傳入到周圍的土體當中。在受力傳遞過程中，載荷不斷提升，而錨索和水泥砂漿黏結力也會發(fā)生變化，逐漸深入到錨桿的下端，在錨固段黏結力最大時，土體會產生位移，錨桿之間的摩擦阻力也會增加，直到達到極限的摩擦阻力。

拉力較小時，錨桿位移量就會降低，反之位移量會增大。而在拉拔力達到一定值后，位移會產生突變的情況，如果不增加拉力，錨桿位移仍然不會停止，表明這個時刻已經(jīng)達到了破壞性階段，也就是巖土層和錨桿之間的摩擦阻力已經(jīng)達到了極限。

錨桿的承載力被認為是極限拉拔力，其影響因素有：錨桿材料的極限抗拉強度；錨索和錨固體之間能夠承受的極限黏結力；錨固體與巖石體之間所產生的極限側阻力。

（2）錨桿設計計算。首先，需要分析錨索軸向拉力的標準數(shù)值、設計值等，再對錨索體的截面面積進行計算。計算涉及以下幾個方面：錨桿軸向拉力的標準值；錨桿斜角；錨桿軸向拉力設計值；載荷分項系數(shù)應取1.30，然后，根據(jù)錨索的軸向拉力設計值，對具體的截面面積進行計算。其次，對錨固體和地層之間的錨固長度進行計算確定，并計算出錨體材料和砂漿之間的錨固長度。

3 預應力錨索施工技術在邊坡支護中的應用

3.1 工程概況

以某尾礦礦坑邊坡支護為例，基于邊坡坡體整體穩(wěn)定性，在預應力錨索受力情況分析的基礎上，選擇最合理的邊坡支護方案。該礦經(jīng)過長期大量的開采之后，凹型坑坡度高大約為15～32m 之間，長度大約為400m，坡角約為70～85°，該坑現(xiàn)在已經(jīng)處于報廢停產階段，穩(wěn)定性不高，坍塌地質現(xiàn)象較多，而且作業(yè)面在長期作業(yè)之后形成了懸崖峭壁，礦區(qū)平整性不足，如果遇到強暴雨的襲擊，滑坡和地質災害容易發(fā)生。所以，該尾礦礦坑安全等級應按一級邊坡實施[4]。

3.2 水文地質

在對礦坑周圍地質環(huán)境進行走訪和調查分析，確定邊坡的坡體主要是巖石結構風化造成，地下水經(jīng)過排泄之后，會順著裸露出來的巖石面進行徑流，所以在一段時間內會消散很大一部分水分，進入到坡體當中。

3.3 工程地質

（1）地形地貌。該地貌屬于剝蝕性的低丘陵地區(qū)，是后期人工開采之后形成的尾礦坑，形成了非常復雜的丘間谷地地貌特征。

（2）巖土體類型。經(jīng)過現(xiàn)場勘察和控制深度范圍分析可知，揭露出的地層屬于鈣質灰石、層紋灰?guī)r、灰?guī)r，根據(jù)風化程度可以劃分為兩層，以雜填土和中風化石灰?guī)r層為主。

3.4 地質構造

尾礦坑邊正處于緯向構造體系鞍子領向斜軸部，場地內沉積巖石為震旦系石灰?guī)r。在經(jīng)過野外調查后選擇具有代表性的地質調查點,對其巖體結構面進行統(tǒng)計，對邊坡巖層的形狀、節(jié)理面參數(shù)等進行實地測量，獲取更加精準的數(shù)據(jù)信息。

3.5 巖土體工程參數(shù)的確定

（1）邊坡巖石塊體密度的確定。經(jīng)過場地外現(xiàn)場勘測后取樣，將樣本送到實驗室中測試，確定場地巖石的天然密度，統(tǒng)計中風化灰?guī)r塊體的密度。

（2）確定巖石體的堅硬程度。在野外樣本取樣之后，送到實驗室對巖石的飽和、單軸抗壓強度進行實驗，確定中風化灰?guī)r堅硬程度。

（3）確定巖體抗剪強度參數(shù)。在此次礦坑的支護處理中，要選擇具體的試驗點，直接進行直接剪力試驗。在試驗中可以選擇平推方式，對各個段邊巖石體軟弱層面的巖石工程參數(shù)進行確定。

（4）確定巖體基本質量等級。首先，確定巖體完整程度；其次，確定礦坑邊坡場地巖體基本質量指標。

3.6 尾礦邊坡支護設計參數(shù)的確定

在邊坡支護設計中，要經(jīng)過野外實際勘測，對原位巖土工程參數(shù)進行測試及實驗室分析，確定具體的參數(shù)后，再對尾礦邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)進行計算[5]。

3.7 尾礦邊坡支護方案的選擇

（1）放坡支護法。這是一種相對簡單的支護手段，適合空曠的場地，技術要求低，工程造價低，但設備所占用的場地和空間比較大，需要有足夠的放坡空間。

（2）預應力錨固方法。該種方法應用原理是通過錨固的方式，保證周圍的巖土體可以達到緊密性的黏結，促使坡體的錨固力增加，促進整個坡體穩(wěn)定性提升，最終達到坡體加固的目的。屬于主動性支護方法，與傳統(tǒng)的支護施工技術相比，提前給出預應力，使支護體發(fā)生一定程度的變形，而且該種方法能夠在很大程度上避免因為大氣降水、風吹日曬等其他不利氣候對坡體的侵蝕，施工工藝簡單，操作簡便，對于施工場地要求不多，造價也比較低[6-7]。

4 結束語

本文對預應力錨索在邊坡支護施工中的應用進行詳細分析，結合某尾礦礦坑邊坡的支護，從地質構造、坡體巖土層性質、間距、結構面條數(shù)等方面，對邊坡的穩(wěn)定性程度進行了分析，確定穩(wěn)定程度后，選擇錨索施工處理方案進行支護[8]。錨索施工處理技術可操作性性強，在確保坡體穩(wěn)定性的基礎上，降低施工成本，是其他施工方式無法比擬的，因此，該方法應用范圍比較廣泛。