錨索格構(gòu)梁在高邊坡支護(hù)設(shè)計中的應(yīng)用研究

王　鑫， 張廷會， 夏建龍

(陜西天地地質(zhì)有限責(zé)任公司, 陜西西安 710054)

?

錨索格構(gòu)梁在高邊坡支護(hù)設(shè)計中的應(yīng)用研究

王鑫， 張廷會， 夏建龍

(陜西天地地質(zhì)有限責(zé)任公司, 陜西西安 710054)

【摘要】文章闡述了錨索格構(gòu)梁在高邊坡支護(hù)中的優(yōu)點及應(yīng)用條件、錨索格構(gòu)梁的加固原理及設(shè)計原則，通過工程實例對設(shè)計方法進(jìn)行了說明，并對高邊坡施工過程中材料運(yùn)輸困難，采用自制材料運(yùn)輸系統(tǒng)對材料進(jìn)行運(yùn)輸，為類似設(shè)計工程提供參考和借鑒。

【關(guān)鍵詞】高邊坡支護(hù)；錨索格構(gòu)梁；加固原理；設(shè)計方法；材料運(yùn)輸系統(tǒng)

預(yù)應(yīng)力錨索格構(gòu)梁是近年來應(yīng)用較為廣泛的一種新型支檔結(jié)構(gòu)，是把受拉桿件埋入地層中以提高巖土自身的強(qiáng)度和自穩(wěn)定能力的一門工程技術(shù)；由于這種技術(shù)大大減輕結(jié)構(gòu)物的自重，節(jié)約工程材料并確保工程的安全和穩(wěn)定，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，因而目前在工程中得到極為廣泛地應(yīng)用。

1錨索格構(gòu)梁加固的基本原理

錨索格構(gòu)梁加固的基本原理就是利用錨索周圍地層巖土的抗剪強(qiáng)度來傳遞結(jié)構(gòu)物的拉力以保持地層開挖面的自身穩(wěn)定，錨索可以提供作用于結(jié)構(gòu)物上以承受外荷的抗力；可以使錨固地層產(chǎn)生壓應(yīng)力區(qū)并對加固地層起到加筋作用；可以增強(qiáng)地層的強(qiáng)度，改善地層的力學(xué)性能；可以使結(jié)構(gòu)與地層連鎖在一起，形成一種共同工作的復(fù)合體，使其能有效地承受拉力和剪力。

將錨索與格構(gòu)梁結(jié)合起來，格構(gòu)梁起到錨墩的作用，同時格構(gòu)梁將力傳遞到坡體上，因而這種支護(hù)結(jié)構(gòu)與坡體接觸面積更大，坡體受力更加均勻，這就減小了坡體局部變形，減少了預(yù)應(yīng)力損失。

2錨索格構(gòu)梁設(shè)計的工程實例

錨索格構(gòu)梁加固邊坡的設(shè)計原則：巖土錨固加固設(shè)計原則應(yīng)考慮安全性、經(jīng)濟(jì)性和施工的可行性，以穩(wěn)定為本，加固為主，排水、防護(hù)并重，并盡量考慮綠化環(huán)保、恢復(fù)自然景觀等多種因素綜合處理，確保施工中的臨時穩(wěn)定和后期工程運(yùn)行的長期穩(wěn)定。

2.1工程概況

該工程位于寶雞市麟游縣，為建設(shè)主、副井口人工開挖的高邊坡治理，右側(cè)邊坡高約定40 m，由三級邊坡構(gòu)成，坡率約1∶0.5，邊坡上部為5～10 m的馬蘭黃土，下部為離石黃土。

2.2工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件

2.2.1工程地質(zhì)

根據(jù)場地工勘報告揭露的場地地層、地區(qū)經(jīng)驗以及現(xiàn)場踏勘，邊坡地層自上而下由馬蘭黃土(Q3)、離石黃土(Q2)及新近系砂礫巖(N)組成(表1)。

2.2.2水文地質(zhì)條件

該場地地下水為潛水，水位相對標(biāo)高1 142.33～1 155.06 m。地下水由基巖裂隙水、地表水及降雨補(bǔ)給，水位年變化隨

表1　邊坡土層物理力學(xué)性質(zhì)參數(shù)

大氣降水和天堂河河水位起伏，邊坡無地下水作用。

2.2.3構(gòu)造特征

從區(qū)域構(gòu)造上看，場地位于鄂爾多斯盆地渭北斷裂區(qū)彬縣～黃陵坳褶帶。鄂爾多斯盆地在晚三疊世從華北地臺分離出來，形成一個獨立的構(gòu)造單元。

2.3計算模型及計算參數(shù)

采用理正軟件，運(yùn)用圓弧條分法，對邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行分析。由于主、副井口右側(cè)切方邊坡已開挖時長約半年，其在自然狀態(tài)下的穩(wěn)定性系數(shù)接近為1.0，處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

按G50330-2013規(guī)范第3.2.1及5.3.1條的規(guī)定，上述部位邊坡工程安全等級為一級，邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)為1.30，而主、副井口右側(cè)的切方邊坡天然條件下的穩(wěn)定性系數(shù)均小于1.30，不滿足規(guī)范要求，且現(xiàn)已開挖的邊坡斷面存在裂隙、掉塊現(xiàn)象，因此，應(yīng)對切方邊坡采取支擋措施。

2.4設(shè)計成果

綜合考慮邊坡巖土物理力學(xué)性質(zhì)，地層出露情況及開挖狀況，邊坡擬采用錨索-格構(gòu)梁支護(hù)方案，局部采用錨桿-格構(gòu)梁支護(hù)(圖1～圖3)。

圖1　邊坡錨索(桿)正面布置

圖2　1-1剖面錨桿錨索布置

圖3　2-2剖面錨索錨桿布置

2.4.1錨索設(shè)計

錨索的設(shè)計對于支護(hù)結(jié)構(gòu)起著決定性的作用，錨索的間距應(yīng)確保穩(wěn)定性安全系數(shù)同時兼顧經(jīng)濟(jì)性原則，錨固段的長度應(yīng)滿足規(guī)范[1]7.2.3的規(guī)定,主要設(shè)計參數(shù)如下：

(1)錨索：設(shè)置于邊坡的中下部,孔距3.5 m，排距3.0 m, 傾角25°，孔徑150 mm,壓力分散型錨索,錨索采用φ15.24 mm，高強(qiáng)度,低松馳,1 860級無粘結(jié)鋼絞線；每索由4根組成,錨索全長分為三種：18 m、25 m、30 m。每束錨索分為二單元,每單元由兩根鋼絞線構(gòu)成,錨固段全長12 m，每單元錨固段長6 m，錨索設(shè)計預(yù)應(yīng)力600 kN。

(2)錨具：采用OVM錨具，承載體采用40號錳鋼制作；限位片厚度5 mm,承載體厚度20 mm。連接螺桿為φ6 mm，長80 mm(圖4、圖5)。

圖4　錨索結(jié)構(gòu)

圖5　錨索外錨頭大樣

(3)灌漿:錨索孔徑φ150 mm，鉆孔傾角25°；灌漿材料采用M30水泥砂漿，張拉時內(nèi)錨固段水泥結(jié)石強(qiáng)度不得低于30 MPa。

(4)外錨頭保護(hù)：在錨索張拉鎖定完成后進(jìn)行二期澆筑，混凝土強(qiáng)度等級C30，澆筑前應(yīng)對錨具和鋼絞線除銹。

(5)錨索張拉鎖定后，用金剛砂輪切斷外露的鋼絞線，切口位置至錨板的距離不小50 mm。

2.4.2錨桿設(shè)計

(1)錨桿長均8.5 m，為φ22Ⅱ級螺紋鋼筋。

(2)錨桿孔孔徑φ110 mm，鉆孔傾角25°。

(3)錨桿排距(垂直)3.0 m,孔距3.50 m,正方形布孔;錨索排距(垂直)3.00 m,孔距3.50 m,矩形布孔。

(4)錨桿彎頭長度不小于300 mm，與肋柱主筋綁扎。

2.4.3格構(gòu)梁

格構(gòu)梁：截面為400 mm×300 mm，C30混凝土, 梁上部配4φ18Ⅱ級螺紋鋼筋,梁下部靠坡側(cè)配4φ18Ⅱ級螺紋鋼筋,2φ22Ⅱ級螺紋鋼筋，箍筋為φ8盤條，間距200 mm。

2.4.4排水溝

坡底坡頂及平臺設(shè)紅磚砌筑排水溝，呈正方形，凈寬500 mm,砌體厚250 mm，采用1 cm M15砂漿抹面，砌磚用砂漿為M7.5；天溝距離坡頂線至少1 m，側(cè)溝將平臺排水溝的水引入坡腳排水溝。

2.4.5綠化

格構(gòu)梁內(nèi)放置六棱空心磚，空心部分填充含草籽的土壤,平臺種植觀賞喬木，使綠化效果有效、持續(xù)。植物配置應(yīng)充分考慮施工地點的氣候特征、植物的生物學(xué)特性、管理養(yǎng)護(hù)條件等諸多綜合因素，選擇適宜這種特殊環(huán)境的植物，增強(qiáng)生態(tài)效果。

2.4.6監(jiān)測

邊坡共布設(shè)基點2個，監(jiān)測點15個，其目的：

(1)施工過程中監(jiān)測邊坡的穩(wěn)定性，確保施工過程中邊坡的安全；

(2)施工后監(jiān)測邊坡的穩(wěn)定性，檢驗治理效果；

(3)驗證邊坡工程設(shè)計相關(guān)參數(shù)的準(zhǔn)確性與可靠性；

監(jiān)測對象：邊坡治理工程施工前和施工中，監(jiān)測邊坡位移情況。

監(jiān)測等級：符合GBJ 50026-93《工程測量規(guī)范》“二等變形測量”要求。

監(jiān)測精度：觀測點垂直位移中誤差≤±0.5 mm；觀測點水平位移中誤差≤±3.0 mm。

監(jiān)測周期：一般為3個月一次，雨季應(yīng)1個月一次，遇到大的暴雨或連陰雨時應(yīng)加密觀測次數(shù)。工程施工過程中應(yīng)加密觀測次數(shù)。

2.5材料運(yùn)輸系統(tǒng)

高邊坡高度大，坡度陡，給材料運(yùn)輸帶來較大困難。使用挖掘機(jī)修“Z”字型便道，車輛無法到達(dá)目的地；使用塔吊運(yùn)輸，無合適的附著物且成本較大。利用“纜車”原理，使用自制材料運(yùn)輸系統(tǒng)(專利號：ZL 201420034904.1)進(jìn)行材料運(yùn)輸是最有效最經(jīng)濟(jì)的方法，原理示意見圖6。

圖6　自制材料運(yùn)輸系統(tǒng)

2.6邊坡處理效果

郭家河煤礦主、副井口高邊坡治理通過錨索-格構(gòu)梁支護(hù)、部分采用錨桿-格構(gòu)梁支護(hù)方案的聯(lián)合應(yīng)用，保證了邊坡的穩(wěn)定性，對設(shè)置的預(yù)應(yīng)力錨索等觀測項目的工后觀測數(shù)據(jù)表明，邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)。

3結(jié)束語

(1)預(yù)應(yīng)力錨索-格構(gòu)梁作為邊坡支護(hù)的主要形式，具有受力合理、主動支撐、施工速度快、對坡體擾動小的優(yōu)點，在邊坡加固中應(yīng)用越來越廣泛。

(2)通過工程實例對預(yù)應(yīng)力錨索-格構(gòu)梁支護(hù)的設(shè)計方法進(jìn)行分析，明確其設(shè)計思路及設(shè)計過程。

(3)針對高邊坡施工過程中材料運(yùn)輸困難問題，采用自制材料運(yùn)輸系統(tǒng)對材料進(jìn)行運(yùn)輸，方便經(jīng)濟(jì)(專利號：ZL 201420034904.1)。

(4)邊坡工程中，不確定影響因素多，除合理設(shè)計外，其它環(huán)節(jié)也相當(dāng)重要，尤其是施工過程質(zhì)量的控制，必要時應(yīng)進(jìn)行支護(hù)結(jié)構(gòu)的動態(tài)設(shè)計。

參考文獻(xiàn)

[1]GB 50330-2013 建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范[S].

[2]梁炯均.錨固與注漿技術(shù)手冊[M].北京：中國電力出版社，1999.

[3]CECS 22：90 土層錨桿設(shè)計與施工規(guī)范[S].

[4]蔣樹屏，王福敏，唐樹名，等.巖土錨固技術(shù)研究與工程應(yīng)用[M].北京：人民交通出版社，2010.

[作者簡介]王鑫(1983～)，男，碩士，工程師，從事巖土工程專業(yè)工作。

【中圖分類號】U417.1+2

【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】B

[定稿日期]2015-10-08