預應力錨索+系統掛網錨桿在人工高邊坡支護中的應用

羅雪貴,武富強,楊嘉凱,馮一冰

(1.河南省地球物理工程勘察院,河南鄭州 450053;2.河南省地礦局第十一地質隊,河南商丘 476000)

預應力錨索+系統掛網錨桿在人工高邊坡支護中的應用

羅雪貴1,武富強1,楊嘉凱1,馮一冰2

(1.河南省地球物理工程勘察院,河南鄭州 450053;2.河南省地礦局第十一地質隊,河南商丘 476000)

以河北鋼鐵集團舞鋼新建廠區北邊坡第4工段支護工程為例,介紹了預應力錨索和系統掛網錨桿的支護結構在破碎的巖石高邊坡支護中的應用。

地質災害;邊坡支護;預應力錨索;錨桿

1 工程概況

河北鋼鐵集團舞鋼冶金有限責任公司鐵前配套項目(新建廠區)工程位于舞鋼市楊莊鄉柏莊西北部。建筑場地東西長約1030 m、南北寬約500 m,主要有1260 m3高爐工程區及180 m2燒結機工程區。廠區北部因臨山而被人工開挖形成一不穩定邊坡,邊坡全長約900 m,支護部分邊坡高度5～36 m,坡度 45°～85°,坡面平整程度較差 ,有較多的突石及倒坡存在。由于開挖后未及時進行加固,造成巖體應力釋放后,坡體失穩,造成坡體巖石崩塌及滑坡現象比較嚴重。

2 工程地質條件

邊坡周邊地貌單元為剝蝕崗地,為山前坡洪積裙,地面海拔高程150～200 m,坡降215‰～10‰。主要分布古近系古新統—始新統(E1-2),主要巖性為板巖和頁巖、坡殘積土。巖石風化裂隙發育,“X”型節理發育,巖體表面看多呈塊狀,結構面結合程度較差,巖體完整程度屬極破碎～破碎巖體,巖石堅硬程度屬軟巖 ,傾向約 180°,傾角 10°～30°。巖層中有輝綠巖脈侵入體,與巖體走向呈60°～80°角斜交,巖脈寬度50～100 cm,已經風化成土狀。

3 邊坡穩定性分析

邊坡主要失穩滑坡破壞形式有以下幾種:平面剪切破壞滑坡、旋轉剪切破壞滑坡、巖塊流動滑坡、崩塌破壞、剝落破壞等形式。本邊坡為巖塊流動滑坡、崩塌破壞、剝落破壞等幾種破壞形式的綜合作用,現場踏勘表明有垂直于坡面的下傾軟弱層面結構、裂隙及節理發育,坡體巖層破碎嚴重。巖體巖質較軟,風化后易破碎,固結程度差,人工開挖時,又破壞了巖體結構的完整性,即對邊坡削方挖土時,人為增大斜坡的角度,使坡頂巖土抗剪強度降低,巖體內部應力釋放,巖體失去了平衡,形成了失穩坍塌現象。邊坡開挖后又未得到及時整治,暴露的松散巖體或巖土混合體的淺層破壞形式與風化應力、地表水、振動作用相互影響,又因前期暴雨,大量地表水滲入地下,浸泡軟化地層,造成巖性弱化,導致沿軟弱結構面發生滑坡現象。

因此,必須結合截排水措施,綜合考慮坡體防護措施。

4 邊坡治理方案及設計

4.1 邊坡治理方案

人工開挖高陡邊坡的穩定性主要與當地的工程地質水文地質情況和坡面排水條件有關,此外地形、地貌、坡體特征、氣候等因素對其穩定性也有很大影響,因此永久建筑邊坡的防護方案和整治措施應結合永久建筑邊坡等級、土質巖性、水文地質條件、坡體特征、氣候環境、降雨強度、坡面排水措施等綜合考慮。本邊坡治理的重點在于解決破碎巖體局部穩定性問題和坡體沿軟弱結構面的抗滑動問題,尤其注意防止雨水滲入坡體,免除節理性裂隙間充填物的軟化流失而削弱坡面的穩定。經與其它措施如抗滑樁、錨桿擋土墻等進行綜合效益比較及其它工程類比,認為“預應力巖石錨索+長巖石錨桿+系統掛網短錨桿+鋼筋網噴射混凝土護坡”+“坡面排水孔有序排水+坡頂排水溝截排水”為本邊坡的最優化永久治理方案。

4.2 支護設計

第4工段共設計28排錨桿,2 m錨桿469根、6 m錨桿168根、9 m錨桿380根、12m錨桿108根、18 m錨桿103根、22 m錨桿95根、25 m錨桿88根、30 m錨桿87根,共計1498根。

預應力錨索預應力筋采用UPS15.20-1860高強大延伸率低松弛無粘結鋼絞線,錨索配筋5“s1512。錨具采用OVM15-5系列錨具,鋼墊板使用300 mm×300 mm×20 mm。鋼板下做C25混凝土墊墩,墊墩頂面和鉆孔垂直,尺寸為400 mm×400 mm,墊墩頂面到坡面的最小垂直高度100 mm,四邊以45°角向外擴展,墊墩內距頂面每100 mm設置一層鋼筋網(“8@100×100)。錨頭采用環氧砂漿封錨,環氧砂漿保護層厚度≮30 mm,然后掛鋼筋網片噴射混凝土覆蓋保護,保護層總厚度≮300 mm。錨索長度22、25、30 m三種,其錨固段的長度為10 m,設計施加預應力 750 kN,鉆孔直徑110 mm,傾角為 -30°。

長巖石錨桿自坡腳115 m開始按照垂直距離310 m、水平距離310 m布置,錨桿鉆孔直徑110 mm,錨桿傾角-30°,錨桿材料為 “22 mm 或 “25 mmⅡ級螺紋鋼。由于預應力錨索和長巖石錨桿間、排距較大,在每兩個預應力錨索或長巖石錨桿之間增加一排 “22 mm砂漿錨桿(系統錨桿),錨桿長度210 m、間距310 m,鉆孔直徑100 mm,傾角與長錨桿(索)一致,錨桿之間使用螺紋鋼加強筋連接。

鋼筋網材料使用 “615 mm盤圓鋼筋,網格尺寸為250 mm×250 mm,噴射混凝土保護層平均厚度為30 mm,噴射混凝土等級為C20,噴層平均厚度為130 mm,噴射混凝土的主要材料為水泥、砂、碎石和速凝劑,其配合比為水泥∶砂∶石=1∶2∶2,水灰比控制在0140～0145。

預應力錨索和長錨桿之間采用2“16豎向加強筋和2“16橫向加強筋,其它為 “16加強筋。

在邊坡底部起,垂直高度每6 m設置一排排水孔 ,孔徑 90 mm,傾角為 +10°,長度 610 m,間距 610 m。在坡頂設置一截排水渠,采用C15混凝土,頂寬500 mm,底寬 300 mm,深 500 mm,渠道厚 150 mm。

錨索結構及邊坡加固布置如圖1～3所示。

圖1 全長防護預應力錨索結構示意圖

圖2 第4工段滑坡體加固剖面圖

圖3 高邊坡部分局部立面圖

5 邊坡施工

本邊坡主要設計內容有預應力錨桿(索)施工、長錨桿施工、系統錨桿(砂漿錨桿)和鋼筋網噴射混凝土。施工內容包括錨索和錨桿的制作安裝、鉆孔和注漿、鋼筋網的設置和噴射混凝土作業。施工工藝流程見圖4。

5.1 鉆孔

圖4 邊坡噴錨加固施工程序圖

根據巖層情況,鉆孔機械采用QZJ-100B型潛孔沖擊鉆機(土夾石坡段須采用組合鉆具),配套的鉆具為CR90型和CR100型沖擊器,鉆頭直徑100～110 mm。鉆孔前,首先要標定好孔位,嚴格按照設計的傾角和方位角架設鉆機。鉆進時,嚴格按照設計的孔位、孔徑、孔深和傾角鉆進。鉆孔完成后,要用高壓空氣清洗鉆孔,徹底排出孔內的巖粉和碎石,在推送錨索前要再一次檢查孔深是否滿足設計要求和孔內有無塌孔現象,發現后應再用鉆機清孔后再安裝錨索。

5.2 錨索、錨桿的制作與安裝

錨索體材料為UPS15.2-1860級鋼絞線,長錨桿和噴層構造錨桿材料為Ⅱ級螺紋鋼,應使用符合國家標準的材料。為了確保錨桿和錨索的永久性,必須在桿體上安裝對中支架,對中支架的間距為210～215 m,高度≮3 cm,確保桿體周圍有一定厚度的注漿體包裹。索體和錨桿均使用純水泥注漿體,注漿體材料使用 PO 32.5普通硅酸鹽水泥,水灰比為0140～015,為了減小注漿體收縮量,可在注漿體中按照水泥∶砂=1∶015～110的比例摻加細砂。為了保證注漿體的質量,所有注漿體均使用砂漿攪拌機進行強制攪拌,攪拌時間≮2 min。

5.3 錨頭防護

為了防止錨頭長期暴露在大氣環境中產生銹蝕破壞,錨桿和錨索施工完成后應使用環氧砂漿封錨,然后噴射混凝土覆蓋保護。

5.4 鋼筋網與噴射混凝土

為了保證施工質量,施工時應指定專人負責控制配合比,采用性能符合相應國家標準的PO 32.5普通硅酸鹽水泥;噴射時應使用中粗砂,細度模數應大于215,含水率為5%～7%;同時采用堅硬耐久的卵石或小米石,其最大粒徑應小于15 mm。

6 邊坡監測

(1)監測方需設計施工方外的第三方監測。

(2)人工巡查:施工時安排專人對坡面現狀、支護結構狀態及巖土體狀態進行巡查。

總而言之，體驗式學習的應用對于提高小學生的學習興趣以及數學教學質量具有積極作用。在應用體驗式學習的過程中，教師首先應該明確小學數學的教學目標，同時秉承以學生為主體的教學理念，通過情境教學和游戲教學方法的合理運用強化學生的自主學習，切實提升課堂教學效果。與此同時，教師應該注重學生動手操作能力的培養，可以通過動手操作推進學生的參與，并且應該在課堂中加強學生之間的探討交流，從而高效發揮體驗式教學的優勢。

(3)位移監測包括水平位移及沉降監測,坡頂周邊每隔30 m左右埋設一個水平位移兼沉降觀測點。

(4)監測邊坡周圍地下水位變化。

(5)錨索工作應力監測的點數不少于錨索總數的1%。

(6)變形監測點應在施工前設置,變形觀測應在開始施工后開始實施。

(7)變形觀測的技術要求應符合現行的《工程測量規范》(GB 50026-2007)有關變形測量的規定,觀測精度應滿足不低于二等精度要求。

(8)監測結果要及時反饋到設計施工及其它有關單位,以及時明確相應的技術措施,優化施工,確保工程安全。

(9)建議的監測報警值:水平位移累計量30 mm或2 mm/天,坡頂地表沉降累計量30 mm或2 mm/天,地下水位累計量500 mm,錨索力大于或小于設計值的10%時。監測控制標準是為了確保監測對象的安全而設置的最大允許變形值,當監測點的變形值達到控制標準的80%時應提出預警,當監測點的變形值達到或超過控制標準時應及時向有關部門報警。

(10)監測資料應包括:觀測基準點的位置、編號、觀測日期、本次觀測值和累計觀測值,觀測資料應編制成表或繪制曲線,變形觀測結束應將上述資料匯總并附必要的文字說明。

(11)邊坡監測周期為2年。在施工期間的觀測頻率每3天1次,運行初期15天1次,穩定期1～3月1次,當出現較大的絕對沉降或不均勻沉降時加應大監測頻率。

7 施工技術難點及完成情況

本項目由于是人工削坡,坡度達65°～85°,同時存在大量的活石,對施工、設備及人員的安全問題非常不利;山體開挖后坡面巖體破碎,局部坡面呈臺階狀,坡面坡度與巖層傾角一致(30°左右)且存在大量倒坡,錨固孔向控制難度較大。為此采取了如下技術措施。

(1)首先采取坡頂系安全繩,人工自上而下清除坡面活石,待清理完畢后搭建腳手架。

(2)對巖體破碎地段采用手持風鉆沿腳手架自上而下施工系統短錨桿(孔徑50 mm,孔深2～3 m,采取鉆孔完成后立即安放鋼筋并進行壓力注漿,孔距視巖體破碎程度而定,一般為115～310 m),在臺階部位對巖石張裂隙進行適量注漿,以此達到穩固坡面表層之目的。待破碎地段坡面系統錨桿施工和張裂隙注漿完成10天后,開始自上而下分層分段施工。

(3)在搭建腳手架時進行控制錨孔角度,即保證前后兩排腳手架鋼管所構成的平面與水平面的夾角達到設計錨孔角度(誤差<2°),將鉆機固定在前后兩根腳手架鋼管上后再開鉆施工。

(4)為保證人員安全,施工時嚴格按相關操作規程及工序進行施工,同時在施工部分下方安全距離內配備專職人員進行現場觀察和指揮,發現異常情況及時告知高空施工人員,必要時通知人員安全撤離。

本項目第4工段于2010年9月開始施工,11月完工。共完成錨桿1498根,混凝土噴射約1000 m2,工程質量評定中單元工程全部達到優良標準,加固后邊坡變形得到了明顯改善。

8 結語

本次工程采用預應力巖石錨索+長巖石錨桿+系統掛網短錨桿+鋼筋網噴射混凝土護坡的方案對邊坡進行了加固處理(治理),同時結合現場的實際情況對設計進行了變更,保障了工程的治理效果。該方案對類似的高、陡巖石邊坡的治理是一種較不錯的選擇。

[1] GJB 3635-99,巖土工程預應力錨索設計與施工技術規范[S].

[2] GBJ 50086-2001,錨桿噴射混凝土支護技術規范[S].

[3] GJB 316-87,巖石錨桿[S].

[4] GB 50367-2006,混凝土結構加固設計規范[S].

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Application of Prestressed Anchor Cable+H anging Bolt Net System in Artificial High Slope Support

L UO Xue-gui1,WU Fu-qiang1,YA N G J ia-kai1,FEN G Yi-bing2(1.Henan Academy of Geophysical and Engineering Exploration,Zhengzhou Henan 450053,China;2.The 11th Geological Brigade of Henan Provincial Bureau of Geo-exploration and Mineral Development,Shangqiu Henan 476000,China)

Take the engineering case of the 4th section supporting project of the north slope of a new plant of Hebei Steel Group,the paper introduced the application of supporting structure with pre-stressed anchor cable and hanging bolt net system in high rock side slope.

geological hazard;side slope supporting;pre-stressed anchor cable;anchor bolt

P642.22

A

1672-7428(2011)08-0072-04

2011-04-09

羅雪貴(1984-),男(漢族),湖北荊州人,河南省地球物理工程勘察院助理工程師,巖土工程專業,從事巖土工程勘察、基坑支護降水、地質災害環境治理等工作,河南省鄭州市南陽路56號地礦大廈1403室,lxuegui@163.com。