黃島區破碎巖質高邊坡支護設計與施工

欒 鵬 馬奎升 郭道蕾

1 概述

青島經濟技術開發區爬山邊坡位于海爾大道的東側，該邊坡為爬山北坡，經人工爆破削而成。邊坡北側為一經濟適用房小區，邊坡坡腳距離開發房屋約15 m。該邊坡位于地質構造復雜的區域，巖石節理發育、破碎。另外，由于是爆破開挖邊坡，對邊坡巖石形成了二次震動破碎，坡體表面以碎石分布為主，邊坡最高達40 m。邊坡的整體不穩定性以及表面浮石的滾落，將會對小區的建筑物以及行人安全帶來很大的隱患。因此，需對該邊坡進行加固，防治滑坡、崩塌、滾石的災害形成。

2 邊坡的特征

2.1 邊坡的地形地貌

邊坡最低處13.9 m，最高處40.6 m(見圖1)。坡體面積9 243.8 m2，屬于大型巖質大坡度高邊坡。

2.2 邊坡地質特征

該邊坡巖石性質為花崗巖，含有角閃石，輝綠巖侵入。巖石強度較高，但裂隙極其發育，巖體破碎。從開挖出露出的巖層分析，該邊坡所處巖層為經多次地質活動形成，地層形成初期，構造應力復雜，形成裂隙帶，二次輝綠巖巖漿侵入，加劇了巖體的破裂，之后又有多次地層錯動，裂隙中磨碎巖粉充填。邊坡東部地表水侵入明顯，西部巖石風化明顯。

從變電站處開挖揭露的巖層產狀得知，邊坡主要裂隙走向NW255°～280°，傾向 NE165°～190°，傾角 63°～73°，屬于大傾角逆傾狀巖層邊坡。主要裂隙走向與邊坡走向小于或接近30，屬不利走向。

3 邊坡穩定性分析

3.1 邊坡的屬性分析

山體在自然狀態下，經歷多年的地質作用，處于穩定狀態。但是，遇到外部荷載或水的侵蝕作用等，也出現滑動趨勢。人工開挖形成的邊坡，雖然在巖石較為穩定、成坡度較為合理的情況下，暫時處于穩定狀態，但是，由于人為改變了巖體的應力狀態，在水侵蝕和風化等作用下，就有可能發生滑塌、崩塌、錯落、傾倒、落石等地質災害。

由邊坡主要工程特性指標，可以界定該邊坡屬于巖質人工開挖的反傾層狀(或破碎狀)建筑永久邊坡，根據GB 50021巖土工程勘察規范，GB 50330-2002建筑邊坡工程技術規程對巖質邊坡巖體的結構類型、結構面結合程度、巖石強度的劃分、巖體的完整程度劃分、巖質邊坡分類等規定綜合分析，該邊坡屬于傾倒式崩塌型Ⅲ類高危險性邊坡，設計安全等級為二級。

3.2 邊坡變形破壞過程分析

由于地層結構的復雜性，巖質邊坡比土質邊坡要復雜的多。1)由于巖體的強度較高，常可以保持較陡的邊坡。2)巖質邊坡的穩定性主要取決于巖體結構、坡體結構，也即不同巖性的巖層及構造結構面，特別是軟弱結構面在坡體上的分布位置、產狀、組合以及與邊坡的走向、傾向和傾角之間的關系。3)巖質邊坡的穩定性還受控于其風化破碎程度。4)地表、地下水的侵入，顯著的降低解離面的結合強度，加劇裂隙的進一步擴展，邊坡穩定性明顯降低。

任何自然現象都有發生、發展、消亡的過程，滑坡現象同樣是一個能量聚集、釋放，由漸變到突變的發展過程。按照邊坡的滑塌規律，滑坡的發育階段分為以下幾個階段:

1)蠕動階段:一定地質結構的邊坡，由于人工開挖卸荷，或地下水的增加和地震等作用，引起坡體內部應力調整，在斜坡的中下部產生應力集中，常常在主劃段下段滑動面上的剪應力超過該處巖體的實有的抗剪強度而產生塑性變形——蠕變。隨著塑性區的不斷加大，中部坡體向下擠壓，引起后部牽引段失穩與穩定坡體之間產生主動破裂而出現拉張裂隙，裂隙可能有多條，有的在巖體深部。但此時的邊坡仍然處于穩定系數遠大于1的階段。

2)擠壓階段:滑坡后緣主拉裂縫出現后，地表水的灌入和下滲為軟化劃帶巖層提供了條件，主劃段和牽引段向前移動共同推擠抗滑段，裂隙發展進一步加劇。

蠕動和擠壓階段可以延續幾個月、幾年，甚至幾十年。在此期間，邊坡雖然整體穩定，但是內部的損傷破壞在逐漸發展。

3)滑動階段:當抗滑段滑動面全部形成和貫通之后，滑坡即進入整體滑動階段，穩定系數小于1。對于巖層順層滑坡，主劃段和牽引段劃面貫通后就進入滑動階段，對于該邊坡，屬巖層逆層滑坡，當邊坡前部的抗滑段裂隙貫通，失去整體的抵抗上部傾倒巖層能力時，就進入滑動階段。

4)劇滑階段:對于巖質邊坡，滑坡開始很短時間內，就會進入整體劇滑階段，地質災害瞬間發生。

4 加固設計及施工

從圖1可以看出，開挖爆破在中部形成了一個凹形地帶用于建造變電站，對于東西兩側逆傾層破碎的邊坡加固是本文研究的重點，變電站東西兩側的安全和穩定性關系到整個邊坡的安全與穩定。根據地形、地質特征和穩定性分析，采用錨桿和中空注漿錨桿聯合支護加錨桿擋墻方法對邊坡進行綜合加固。

4.1 錨桿的設計

錨桿采用HRB400級熱軋帶肋鋼筋加工而成，中空注漿錨桿采用Q345B焊接鋼管，D=32，t=2.5加工而成，對中支架采用HPB235級熱軋光面鋼筋(見圖2～圖5)。

4.2 錨桿的施工要求

1)鉆孔孔徑90，錨桿孔距偏差不大于20 mm，錨桿水平偏斜度不應大于±2°。2)鉆孔深度超過錨桿設計長度應不小于500 mm。3)錨桿桿體沿軸線方向每間隔2.5 m設對中支架一副;中空注漿錨桿在支架中間處設置開孔;錨桿鋼筋接長時優先采用A級等強機械連接。4)采用搭接雙面焊接，鋼筋搭接長度不小于10d，焊接時應滿焊，并滿足JGJ 107-96鋼筋機械連接通用技術規程及其他有關規程。鋼筋焊接應嚴格遵守JGJ 18-2003鋼筋焊接及驗收規程。5)本工程采用全長粘結型錨桿，錨桿灌漿采用孔底返壓灌漿法，灌漿時灌漿管應插至距孔底50 mm～100 mm，灌漿材料為純水泥漿，水灰比為0.30～0.5，水泥強度等級不低于M20，灌漿壓力不小于0.5 MPa，水泥漿應拌合均勻，隨拌隨用，一次拌合的水泥漿應在初凝前用完。6)安裝錨桿前都要對孔內進行清理，之后安裝錨桿。

4.3 A5面設計方案

鑒于坡體節理裂隙發育，巖體破碎嚴重，考慮單純用噴錨支護加固邊坡。然而普通砂漿錨桿遇到了一些問題，如塌孔、卡鉆、注漿不滿等，這些問題對施工安全和工程質量影響很大。要解決它必須從錨桿本身著手，中空注漿錨桿與傳統的砂漿錨桿相比有很大的改進，能夠最大限度的保證漿液的充填飽滿、密實，漿液在較高的注漿壓力下滲透入巖體裂隙，充分保證注漿飽滿，解決了傳統錨桿的諸多缺陷。A5面邊坡采用錨桿和中空錨桿聯合支護能夠有效的發揮錨桿的支護和加固作用。A5面(巖石破碎)的錨桿孔向垂直穿過A4面(巖石完整)結構面，最大限度發揮錨桿的錨固效果。壓力注漿錨桿順坡縱橫間距3 m×3 m布置。

4.4 噴錨支護施工流程

1)按設計要求開挖工作面，修整邊坡并清除坡面虛土;

2)噴射第一層混凝土(即初噴)，厚度不小于50 mm;

3)鉆孔，安裝錨桿，注漿;

4)綁扎φ8構造鋼筋網，焊接HRB335級φ16骨架鋼筋，安設連接件;

5)設置坡面的排水系統(即埋設泄水管);

6)噴射第二層混凝土(即復噴)，復噴后混凝土終凝2 h以后，應噴水養護，養護時間宜根據氣溫確定，一般為3 d～7 d。

5 結語

該項目的邊坡加固已經全部完工，經檢驗和時間證明，加工的錨桿和中空注漿錨桿支護和加固效果明顯，防治滑坡、崩塌、滾石的災害形成，對于同類邊坡具有重要的參考價值。

［1］ 程良奎.巖土錨固研究和新進展［J］.巖石力學與工程學報，2005，24(21):3803-3811.

［2］ 孫 亮.中空注漿錨桿的應用實踐［J］.鐵道建筑，2005，31(5):45-46.

［3］ 王四巍，姜 彤，劉漢東.中空注漿錨桿在加固碎裂邊坡中應用試驗研究［J］.巖石力學與工程學報，2008，27(sup):3963-3967.

［4］ GB 50021-2001，巖土工程勘察規范［S］.

［5］ GB 50330-2002，建筑邊坡工程技術規范［S］.