云南某邊坡防治工程施工設(shè)計(jì)實(shí)例分析

單婷婷，屠水云，郭婷婷，馮兆棟

（1.昆明理工大學(xué)，云南 昆明，650000；2.云南地礦工程勘察集團(tuán)公司，云南 昆明650041；3.北京有色金屬研究總院，北京 100032）

邊坡如不及時(shí)采取合理的治理措施，隨著時(shí)間推移，在巖土體不良工程地質(zhì)、雨水、地震及人類工程活動(dòng)等綜合影響下，邊坡將加劇發(fā)展成為滑坡，滑坡范圍及滑面深度不斷擴(kuò)大變深，滑坡松散物質(zhì)進(jìn)入坡前溝床，在雨季強(qiáng)降雨條件下形成溝谷型泥石流，以致造成巨大的損失。

1 工程概況

邊坡位于中國(guó)墨江國(guó)際雙胞小鎮(zhèn)二期云南匯達(dá)置業(yè)1-2地塊西南側(cè)，原為一平緩的斜坡，經(jīng)人工逐級(jí)開(kāi)挖后形成四級(jí)階梯狀邊坡，自下而上在第一級(jí)邊坡坡面上可見(jiàn)有開(kāi)裂和局部垮塌現(xiàn)象（圖2），邊坡巖土體經(jīng)人工擾動(dòng)后，自身穩(wěn)定性下降，威脅待建工程場(chǎng)地安全性。

該邊坡呈南西—北東展布，坡向108.4°，坡度近似45°，橫向?qū)捈s160m，縱向長(zhǎng)約55m，相對(duì)高差約40m，坡頂為第四系殘坡積層（Q4el+dl），厚度約為4～6m。

2 工程地質(zhì)特征

工作區(qū)地形起伏較大，現(xiàn)為一開(kāi)挖形成邊坡，坡高約45m（從最高點(diǎn)算起，即為三號(hào)剖面線），坡頂高程約為1357m，坡度40°～60°，邊坡總體走向南西-北東向，局部近南北向。開(kāi)山削坡后在下方1313m高程為擬建的居民小區(qū)，現(xiàn)場(chǎng)地大部已基本平整完畢。

本邊坡地層分布特征對(duì)所有鉆孔進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，根據(jù)下方場(chǎng)地工程巖土勘探鉆孔揭示，各巖土層特征自上而下為第四系人工堆積層（Q4ml）素填土、第四系殘坡積層（Q4el+dl）粉質(zhì)粘土、志留系上統(tǒng)（S3）全風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖、志留系上統(tǒng)（S3）強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖、志留系上統(tǒng)（S3）中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖。

3 邊坡防治設(shè)計(jì)

云南匯達(dá)置業(yè)對(duì)整段邊坡采用分級(jí)放坡和“擋土墻+錨桿框格梁+錨索框格梁+地表及坡面排水”護(hù)坡的支護(hù)方案，于混凝土網(wǎng)格梁內(nèi)填土種植藤蔓植物作坡面綠化。鋼筋混凝土網(wǎng)格護(hù)坡置于開(kāi)挖邊坡表面，縱、橫梁截面均為40cm×40cm，為C25現(xiàn)澆混凝土。網(wǎng)格梁護(hù)坡沿橫向按3.5m分縫為單元，上下兩級(jí)護(hù)坡分縫錯(cuò)縫布置。坡面設(shè)仰斜排水孔，孔徑50mm，孔深1.0m，在網(wǎng)格梁內(nèi)間隔布置。設(shè)計(jì)于網(wǎng)格梁縱橫梁節(jié)點(diǎn)處設(shè)置水泥砂漿錨桿，錨桿采用?25鋼筋，長(zhǎng)9m。錨桿方向與坡面夾角25°, 錨孔孔徑91mm，采用M30水泥砂漿一次注漿。

3.1 治理工程設(shè)計(jì)相關(guān)參數(shù)

根據(jù)邊坡的展布方向，通過(guò)分析邊坡內(nèi)巖性分界面、層間結(jié)構(gòu)面、風(fēng)化強(qiáng)度差異面和已有變形破壞跡象等特征，推測(cè)邊坡可能沿殘坡積層、全風(fēng)化帶與下伏強(qiáng)風(fēng)化帶差異面發(fā)生滑移垮塌，計(jì)算斷面選取該邊坡不同部位的控制性縱剖面進(jìn)行計(jì)算。

具體計(jì)算參數(shù)取值見(jiàn)表1。

表1 參數(shù)取值表

3.2 錨索擋墻工程

在第一級(jí)邊坡坡腳處，設(shè)置一段擋土墻，擋墻分三段，高5m部分位于坡體南側(cè)，采用片石+混凝土+錨索的結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)18.5m，距墻頂2m處設(shè)一排錨索，錨索間距4m；高4m部分位于坡體中部，長(zhǎng)27.5m，采用M7.5漿砌石砌筑，面坡坡比1∶0.5，背坡坡比1∶0.3；高3m部分位于坡體北側(cè)，長(zhǎng)59m，采用M7.5漿砌石砌筑，面坡坡比1∶0.5，背坡坡比1∶0.3。擋墻每隔20m設(shè)計(jì)寬3cm的伸縮縫。

3.3 錨索、錨桿框格梁工程

3.3.1 框格梁設(shè)計(jì)與布置

第二級(jí)坡面長(zhǎng)度最短10.6m，因此框格梁結(jié)構(gòu)尺寸豎向設(shè)計(jì)3.3m；橫向?yàn)?m，均為C25鋼筋砼梁，第一級(jí)、第三級(jí)坡面框格梁結(jié)構(gòu)尺寸豎向設(shè)計(jì)4m；橫向?yàn)?m。為與邊坡支護(hù)設(shè)計(jì)相銜接，框格梁沿橫向按16m分縫為單元，縫寬10cm，與上下兩級(jí)坡面的網(wǎng)格梁分縫錯(cuò)縫布置,錯(cuò)縫距離為單片框格梁橫向長(zhǎng)度的一半。

3.3.2 錨索、錨桿布置

根據(jù)《鐵路路基支擋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》表12.2.4可知，錨固鋼材?15.24鋼絞線的設(shè)計(jì)強(qiáng)度值為155kN/根?？蚣芰旱母駱?gòu)內(nèi)力荷載應(yīng)為兩孔錨索的設(shè)計(jì)噸位，即3束錨索框架荷載q=465kN，采用剪支梁公式計(jì)算兩錨索之間的格構(gòu)內(nèi)力，所選斷面尺寸能滿足強(qiáng)度和配筋要求。

對(duì)第二級(jí)、第三級(jí)邊坡采用預(yù)應(yīng)力錨索、錨桿框格梁加固，錨索、錨桿上下相間布置。錨索長(zhǎng)18m，錨固段長(zhǎng)8m，下傾角25°。錨索采用3束?15.24鋼絞線，設(shè)計(jì)承載力465kN，張拉鎖定荷載490kN；錨具用OVM15-5，定位環(huán)間距1m；采用C25混凝土墩封錨,灌漿充裕系數(shù)1.25，具體布設(shè)情況詳見(jiàn)設(shè)計(jì)圖冊(cè)。

3.3.3 錨索工程設(shè)計(jì)

依據(jù)計(jì)算的各剖面暴雨設(shè)計(jì)工況滑塊最大剩余推力平均值F=282.3kN/m，由于邊坡為土質(zhì)邊坡類，利用公式(1)計(jì)算設(shè)計(jì)錨固力。

式中Pt——設(shè)計(jì)錨固力，kN；

β——錨索與水平面的夾角，°，取β=25°；

計(jì)算的設(shè)計(jì)錨固力為Pt=369.22kN。

根據(jù)剖面情況，取錨固角θ=25°，由公式（2）計(jì)算每孔錨索鋼絞線的根數(shù)。

式中Fsi——安全系數(shù)，取Fsi=2.2；

Pu——錨固鋼材極限張拉荷載，kN，取Pu=259kN。

經(jīng)計(jì)算n=2.84根,取3根?15.24鋼絞線，錨孔橫間距根據(jù)設(shè)計(jì)錨固力采用4.0m，縱間距采用3.3m、4m。

計(jì)算錨固段長(zhǎng)度

式中La——注漿體與錨索間粘結(jié)長(zhǎng)度，m；

Lb——地層與注漿體間粘結(jié)長(zhǎng)度，m；

ζ——界面粘結(jié)強(qiáng)度降低系數(shù)，≥2根取0.6；

n——鋼絞線的根數(shù)，取n=3；

Fsi——安全系數(shù)，永久性錨固取Fsi=2.2；

dh——單根錨索直徑，m，取dh=0.0152m；

D——錨固體直徑（m），取D=0.11m；

τ1——鋼絞線與注漿體的粘結(jié)強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，取τ1=2400kPa；

τ2——注漿體與地層粘結(jié)強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，取τ2=600kPa。

在此取3束錨索進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算出La=2.58m、Lb=4.48m，取錨固段長(zhǎng)度為8.0m符合規(guī)范要求。根據(jù)剖面情況，錨索自由段長(zhǎng)度一般應(yīng)超過(guò)破裂面1.0m，且自由段長(zhǎng)度不小于5.0m,根據(jù)剖面推測(cè)潛在滑動(dòng)面的深度，取自由段長(zhǎng)度為8.5m，錨索外露部分長(zhǎng)度取1.50m。因此，總錨索長(zhǎng)L=8+8.5+1.5=18m。預(yù)應(yīng)力錨索的錨固角度設(shè)計(jì)為25°，錨固段設(shè)計(jì)長(zhǎng)8m。錨固段設(shè)在假設(shè)滑床中風(fēng)化粉砂巖基巖中，錨索全長(zhǎng)為18m。預(yù)應(yīng)力錨索采用高強(qiáng)度低松弛、抗拉強(qiáng)度不小于1860Mpa的鋼絞線，每孔設(shè)計(jì)3?15.24的鋼絞線。錨索的設(shè)計(jì)錨固力為465kN，設(shè)計(jì)張拉荷載為490kN，超張拉值取10%，總張拉力為540kN，分四次張拉，第一次張拉力為100kN，第二次張拉力為200kN，第三次張拉力為300kN，第四次張拉力為400kN，最終鎖定張拉荷載值為400kN。

3.4 坡面防護(hù)工程

對(duì)二、三邊坡采用錨桿、錨索網(wǎng)格梁護(hù)坡，錨桿采用?28鋼筋，長(zhǎng)9m。錨桿方向設(shè)計(jì)為25°,錨孔孔徑91mm，采用M30水泥砂漿一次注漿?？蚋窳号c邊坡支護(hù)設(shè)計(jì)相同，上下兩級(jí)護(hù)坡亦分縫錯(cuò)縫布置。限于治理范圍，第一級(jí)、第三級(jí)邊坡兩側(cè)不能按16m整單元設(shè)置網(wǎng)格梁，則將邊部的網(wǎng)格梁并入外圍邊坡支護(hù)的網(wǎng)格梁設(shè)為一個(gè)單元。

錨桿張拉控制力不宜超過(guò)0.65倍鋼筋強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，HRB400?28鋼筋抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值fyk=335N/mm2,即錨桿張拉控制力不宜超過(guò)134kN，9m錨桿設(shè)計(jì)抗拔力90kN。錨索（錨桿）框格梁工程實(shí)施完畢后在各級(jí)邊坡平臺(tái)處栽種爬山虎類植物進(jìn)行坡面植草綠化，綠化面積約4580m2。

3.5 排水工程

在邊坡體后緣及兩側(cè)布設(shè)G1—G2截水溝，截水溝的截面尺寸為底寬62cm、上寬120cm、高60cm，截面形式為梯形，設(shè)計(jì)截水溝總長(zhǎng)約226m，由于截水溝水力坡降較大，特在溝口處設(shè)置一消能池，溝體均采用M7.5漿砌石砌筑。另外在各級(jí)邊坡坡腳處布設(shè)了進(jìn)平行狀的一排G3—G6坡面排水溝，并沿縱向G1—G2排水溝排入邊坡兩側(cè)截水溝，形成完整的排水系統(tǒng)，G3—G6排水溝的截面尺寸為0.6m×0.4m，截面形式為矩形，設(shè)計(jì)排水溝總長(zhǎng)約345m，采用M7.5漿砌石砌筑。整個(gè)排水工程經(jīng)過(guò)計(jì)算，最大過(guò)水流量為0.26m3/s，能滿足整體邊坡排水需要。

4 結(jié) 語(yǔ)

1）該邊坡防治工程主要采用擋土墻+錨桿框格梁+錨索框格梁+地表排水相結(jié)合的綜合治理。

2）邊坡防治工程的環(huán)境保護(hù)主要是采用加強(qiáng)施工管理的方式減少施工過(guò)程中對(duì)周邊環(huán)境的影響。

3）邊坡防治工程的實(shí)施，有利于社會(huì)穩(wěn)定，可減緩或遏制邊坡邊坡災(zāi)害的發(fā)生、發(fā)展，改善生態(tài)環(huán)境。