某變電站山地邊坡工程設計分析

呂 龍

(汕頭電力設計研究院，廣東 汕頭 515041)

1 邊坡情況介紹

某山地變電站站址為兩個山包交界的空闊地，滿足建站條件，但由于西南側毗鄰山包，需開挖山腳地帶。由于上部有一處大宗祖墳無法拆遷，做坡度1∶0.5的放坡即最高坡頂達到19.1m，作常規(guī)的放坡無法滿足。

邊坡分為土質邊坡與巖土邊坡，根據《建筑邊坡工程技術規(guī)范》)GB 50330-2002)規(guī)定要求，土質邊坡超過15m以上時，應進行特殊設計。且邊坡塌滑區(qū)內或邊坡塌方影響區(qū)內有重要建)構)筑物。安全等級為一級。在設計中采用了動態(tài)設計法。

巖土土質如下：

⑴ 粉質粘土：灰色，濕，可塑。

⑵ 礫質粘性土：黃色～褐色，稍濕，可～硬塑，含較多的石英砂，為花崗巖風化殘積土。厚度大，層厚15.51m～16.31m。標貫擊數范圍值10.4擊～25.1擊，平均值為18.6擊。地基承載力特征值的經驗值fak﹦210 kPa。土工試驗報告顯示：含水率ω=24.8%，孔隙率=43.8，液限ωL=37.2%，塑限ωL=22.3%。凝聚力C=18.4kPa，內摩擦角φ=27.2°，壓縮模量Es=3.84MPa。

⑶ 強風化花崗巖：黃色～褐色，巖心成碎塊狀，原巖結構可見，部分長石已顯著風化，此層未揭穿。層頂埋深6.00m～23.90m，層厚大于4.00m～13.80m。標貫擊數范圍值46.2擊～84.0擊，平均值為66.0擊。地基承載力特征值的經驗值fak=500 kPa。

2 技術方案比較

綜合考慮各種因素，對以下兩種形式進行對比分析。

2.1 第一種形式：錨索+錨桿格構梁聯(lián)合加固

設計思路：下段5m采用錨索+鋼筋混凝土墻穩(wěn)定坡腳，中段10m左右采用長8m的錨桿格構梁+種植草灌護坡形式，上段為自然斜坡(需未削到該處)，天然植被護坡。優(yōu)點：施工速度快，有望在雨季到來前完成護坡，大大減少邊坡事故風險；缺點：對錨索的施工質量要求高，必須保證質量。

下段：錨索豎向布置3排，豎向間距為2.1m，分別離地0.6m，2.7m，4.8m，錨孔鉆孔直徑為130mm，錨索水平間距為2.4m，錨索長21m，其中錨固長度15m，自由長度為6m，采用5根直徑為15.2mm的高強度預應力鋼絞線，錨索的端頭必須牢固連接于鋼筋混凝土墻或格構上。

中段：采用長8m的錨桿+格構+種植草灌護坡，主要功能是防止雨水滲入軟化坡體，抑制邊坡巖土體內的裂縫形成與發(fā)展。若該級坡高(采用錨桿格構梁形式)大于9m時，自下而上第二、第三排錨桿改為錨索。防止滑移面出現(xiàn)。

上段：屬于自然邊坡，坡率約1∶2左右，可以自穩(wěn)，注意保護天然植被，以滿足護坡的需要。

同時，應根據土質情況與邊坡高度適當調整設計，如錨索的長度等。

采用理正基坑計算軟件，粗略估算。計算簡圖見圖1。

圖1 錨索+錨桿計算簡圖

⑴ 主要的控制參數：①采用圓弧穩(wěn)定分析方法：瑞典條分法－剛體極限平衡理論。 ②不考慮水滲透力作用。③穩(wěn)定計算目標：按安全系數計算并自動搜索最危險滑裂面。

圓弧穩(wěn)定分析法計算假設及結果如下：

條分法的土條寬度：4.000(m)；搜索時的圓心步長：4.000(m)；搜索時的半徑步長：1.000(m)。

最不利滑動面：滑動圓心=(-8.206,34.520)(m)；滑動半徑=34.702(m)；滑動安全系數=1.291。

表1 計算結果統(tǒng)計

⑵ 錨索信息： 錨索受力見表2。

表2 錨索受力

⑶ 錨索整體受力匯總

土體部分下滑力=1861.93(kN)，土體部分抗滑力=2087.88(kN)，錨索在滑弧切向產生的抗滑力=315.2(kN)?？偟南禄?1861.93(kN)，總的抗滑力=2403.08(kN)。

抗滑力均大于下滑力。邊坡安全穩(wěn)定系數計算結果大于1.25。能夠滿足設計要求。

2.2 第二種形式：抗滑樁+錨桿格構梁聯(lián)合加固

設計思路：下段5m采用抗滑樁+鋼筋混凝土板穩(wěn)定坡腳，中段采用長6m～8m的錨桿+格構+種植草灌護坡，上段為自然斜坡(未削到該處)，天然植被護坡。優(yōu)點：施工質量相對更易保證，安全度較高；缺點：施工速度很慢，在雨季到來前基本無法完成護坡，邊坡事故風險很大。與第一種形式不同的是，下段的做法改為抗滑樁形式。

下段：采用斷面1.2m×1.5m的抗滑樁，樁懸臂長5m，入土6m(考慮到樁前水溝的不良影響，入土深度適當加長了1m)，樁水平間距4m?；蚩紤]增加端部1道錨索。

中段：采用長8m的錨桿+格構+種植草灌護坡，主要功能是防止雨水滲入軟化坡體，抑制邊坡巖土體內的裂縫形成與發(fā)展。

上段：屬于自然邊坡，坡率約1∶2左右，可以自穩(wěn)，注意保護天然植被，以滿足護坡的需要。

應根據土質情況與邊坡高度適當調整設計，如抗滑樁的長度，或在樁頂增設一根錨桿或錨索等。

⑴ 計算簡圖，見圖2。

⑵ 主要控制參數：同第一種形式要求。

⑶ 圓弧穩(wěn)定分析法計算假定及結果如下：

條分法的土條寬度：4.000(m)；搜索時的圓心步長：4.000(m)；搜索時的半徑步長：1.000(m)。

圖2 抗滑樁+錨桿計算簡圖

最不利滑動面：滑動圓心=(-10.446,35.320)(m)；滑動半徑=36.832(m)；滑動安全系數=1.291。

⑷ 抗滑樁整體受力匯總：

①總的下滑力=1987.5(kN)；總的抗滑力=2565.91(kN)。

②抗滑力均大于下滑力。邊坡安全穩(wěn)定系數計算結果大于1.25。能夠滿足設計要求。

2.3 方案選擇

經過對以上兩種技術方案的細致選擇，抗滑樁的施工質量相對更易保證，安全度更高，但由于雨季來臨，采用人工挖孔樁開挖抗滑樁對施工人員的安全十分不利，且時間不等人，從采用合適的施工方法方面考慮，在設計上還是采用了第一種形式：下部錨索，上部錨桿格構梁的做法。

3 施工圖細化

下部擋墻緊挨著圍墻，中間只是隔了一道排水溝，對錨索邊坡的穩(wěn)定提出了很高的要求，一定要做好坡腳及坡頂的穩(wěn)定措施。圖3為邊坡支護橫斷面圖。從圖中可以看到邊坡距離圍墻極近。

表3 計算結果統(tǒng)計

圖3 邊坡支護橫斷面圖

3.1 對錨索、錨桿的計算選擇

⑴ 預應力錨索：采用5?15.2高強低松弛鋼絞線(極限抗拉1860Mpa)，錨具OVM-5型號，成套配置。錨索孔徑130mm，錨固段長度為15m，自由段長度不小于6m。錨索孔傾角 12、15、18度，注漿強度不小于30Mpa，單孔錨索設計值Nt＝400kN(5束)。

⑵ 錨桿：本工程錨桿為全粘結型，錨桿與水平面的夾角20°，孔徑130mm，錨桿長8m，1根Φ28螺紋鋼筋，間距2.4m×2.4m；均為正方形布置、通長注漿，注漿強度等級M30，注漿體材料28天無側限抗壓強度不低于30Mpa。單孔錨桿的設計承載力不低于錨桿長度×15kN/m。

⑶ 格構梁網格護面：斷面尺寸40cm×40cm，間距2.4m，成正方形布置，采用C25砼現(xiàn)澆。

⑷ 肋柱：斷面尺寸40cm×40cm，間距2.4m，成正方形布置，采用C25砼現(xiàn)澆。

3.2 錨索、錨桿的防銹處理

⑴ 錨索工程的防銹處理。

①自由段應除銹、刷瀝青船底漆、瀝青玻纖布纏裹二層以上，裝入套管中，套管兩端200mm長度范圍內用黃油充填，外繞工程膠布固定；每隔3m設置一道架線環(huán)以保證鋼絞線順直，架線環(huán)采用塑料制成。張拉后封堵應采用C30混凝土。外錨頭混凝土保護層的厚度不小于50mm。

②錨固段：架線環(huán)與緊箍環(huán)每隔1米間隔設置，緊箍環(huán)采用16號無鋅鉛絲綁扎，不少于兩圈，應綁緊。注漿材料采用水灰比為0.40～0.45的水泥凈槳，漿體強度不小于30MPa。

⑵ 錨桿的防銹處理。

自由段應除銹、刷瀝青船底漆、瀝青玻纖布纏裹二層以上。錨桿采用HRB335等級，直徑28mm鋼筋。注漿材料用水灰比為0.40～0.45的水泥凈漿，漿體強度不小于30Mpa。注漿完畢，錨固體達設計強度75%后，立模澆筑鋼筋砼格構，放置鋼墊板，上緊螺母，再立模澆筑后澆帶。錨桿全長范圍內每間隔2m設一道船型支架，制造見詳圖。錨桿孔徑采用130mm，傾角20°，錨桿孔底端留0.5m超長段。

3.3 錨索、錨桿施工的注意事項

邊坡開挖，應采取自上而下、分級、分段跳槽、及時支護的逆作法或部分逆作法施工，嚴禁無序大開挖作業(yè)，具體分級高度、分段長度由施工單位根據巖土條件、天氣情況及施工單位的人員設備確定，必須保證開挖的坡面不坍塌。

預應力錨索、錨桿均應采用半逆作法施工，即是從上至下豎向分臺階鉆孔插入錨索(桿)，待錨索(桿)砂漿強度達到設計強度75%之后，再開挖豎梁及橫梁溝槽、立模板、綁扎鋼筋并設置錨索張拉用的套管，整體澆注C25梁、板、柱混凝土，待其達到設計強度的80%以上時，對錨索及時張拉完成后封填外錨頭，上一級錨索格構梁未張拉鎖定完成之前不得開挖下一級錨索格構梁。錨索應進行二次高壓注漿，以保證注漿體與周邊巖土體的抗拔力。注漿壓力不小于1.0MPa，錨索(桿)應自上而下逐排施作，開挖一排實施一排。施工下部錨索擋墻(肋柱)、及上部格構梁均采用人工刻槽的方法：即靠土側不支模板，利用土體刻槽做底模板；為防止錨索張拉時發(fā)生變形，在有錨索節(jié)點處，若肋柱、格構梁無法靠背土體，則需要采用低標號混凝土填充至土體。

下部錨索擋墻頂處應采取有效措施防止雨水滲入擋墻內。地面排水：邊坡地面排水采用砌石排水溝，格構梁坡頂上部設置截水溝排水。坡頂截水溝：位于坡頂以外5m或開闊地，基本上沿等高線布置，0.6m×0.6m，溝壁厚30cm，M7.5漿砌片石砌筑。排往下部排水溝引至站外。下部錨索擋墻頂處應采取有效措施防止雨水滲入擋墻內。

邊坡綠化：矩形格網內噴播植草護坡應由專業(yè)生態(tài)環(huán)境建設隊伍實施。

[1]GB50330-2002，建筑邊坡工程技術規(guī)范[S].

[2]劉興遠，雷用，康景文.邊坡工程—設計、監(jiān)測、鑒定與加固[M].

[3]凌天清，曾德榮.公路支擋結構[M].

[4]華南理工大學，等.地基與基礎[M].