巖質(zhì)順向邊坡支護(hù)工程設(shè)計(jì)選型及分析

魯云靜，何 旺

（貴州省地礦局第二工程勘察院有限公司，貴州 遵義 563000）

1 工程地質(zhì)概況及物理力學(xué)參數(shù)

1.1 工程地質(zhì)概況

道路切方邊坡起點(diǎn)連接?xùn)|城大道，其中K0+000～K0+240段房開建設(shè)過(guò)程中已經(jīng)完成該段道路建設(shè)工程（緊鄰房開施工區(qū)）；終點(diǎn)與擬建規(guī)劃道路連接，現(xiàn)狀有鄉(xiāng)村道路直達(dá)道路終點(diǎn)；邊坡區(qū)沿線為居民區(qū)，有鄉(xiāng)村道路直達(dá)擬建邊坡坡頂位置；總之，場(chǎng)地交通極為方便。道路中線靠近左側(cè)山頭，山體最高點(diǎn)高程為953.63m；邊坡所處相對(duì)位置較高，區(qū)內(nèi)無(wú)常年性地表水體，但邊坡開挖后左右兩側(cè)存在一定匯水面積，場(chǎng)區(qū)及附近共發(fā)育3條斷層，發(fā)育方向均為北東—南西向，地層復(fù)雜較多，地層巖性有土層Q4el+dl粉質(zhì)粘土、粘土，基巖層T1y2灰?guī)r、P3c灰?guī)r、P3l泥巖、P2m1灰?guī)r。邊坡切方后上部為灰?guī)r，下部為泥巖，整體呈“上硬下軟”狀態(tài)。

設(shè)計(jì)邊坡為擬建道路K0+340～K0+560兩側(cè)道路邊坡及房開施工區(qū)已開挖邊坡，道路設(shè)計(jì)標(biāo)高902.308～910.347m，西北側(cè)房開區(qū)道路約910m，根據(jù)規(guī)劃設(shè)計(jì)，道路開挖到設(shè)計(jì)標(biāo)高后將在道路兩側(cè)形成最高26.5m的巖質(zhì)切方邊坡，按邊坡巖土結(jié)構(gòu)特征、邊坡高度等因素綜合確定，將邊坡劃分成8段。

1.2 物理力學(xué)參數(shù)

本項(xiàng)目采集巖樣均嚴(yán)格按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，各項(xiàng)試驗(yàn)工作均符合《工程巖體試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T50266-2013）的要求，場(chǎng)地物理力學(xué)性質(zhì)及參數(shù)見表1。

表1 邊坡穩(wěn)定性分析巖土參數(shù)選用表

2 支護(hù)設(shè)計(jì)計(jì)算與方案分析

2.1 開挖后邊坡穩(wěn)定性定量計(jì)算

穩(wěn)定性計(jì)算采用北京理正巖土計(jì)算系列軟件6.5PB4版，均按設(shè)計(jì)坡比開挖后進(jìn)行計(jì)算，設(shè)計(jì)邊坡共8 段，均為巖質(zhì)邊坡，A-B-C 段、K0+508～K0+571 左側(cè)、K0+352～K0+507 右側(cè)邊坡無(wú)外傾結(jié)構(gòu)面，且坡頂無(wú)重要建筑物，邊坡側(cè)壓力根據(jù)《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》（GB50330-2013）6.3.3 無(wú)外傾結(jié)構(gòu)面巖質(zhì)邊坡以等效內(nèi)摩擦角按主動(dòng)土壓力計(jì)算；K0+398～K0+508左側(cè)邊坡發(fā)育一組外傾結(jié)構(gòu)面，根據(jù)《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》（GB50330-2013）6.3.3 無(wú)外傾結(jié)構(gòu)面巖質(zhì)邊坡應(yīng)分別以等效內(nèi)摩擦角按主動(dòng)土壓力計(jì)算及以外傾結(jié)構(gòu)面按主動(dòng)巖石壓力計(jì)算，并取其中較大值[2]。各段邊坡穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果及評(píng)價(jià)見表2。

表2 側(cè)壓力及剩余下滑力計(jì)算結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

2.2 支護(hù)設(shè)計(jì)方案分析

（1）A-B-C 段邊坡已經(jīng)開挖成型，雖邊坡整體處于穩(wěn)定狀態(tài)，但邊坡高度大，巖體破碎，且坡度較陡，邊坡發(fā)生零星掉塊的風(fēng)險(xiǎn)高，危害大，且開挖坡面不平整，建議對(duì)該段邊坡采用擋土墻進(jìn)行支護(hù)；

（2）K0+398～K0+491 段左側(cè)為巖質(zhì)順向邊坡，邊坡巖體以泥巖為主，按規(guī)劃坡比（1∶1分級(jí)放坡）放坡后處于基本穩(wěn)定—不穩(wěn)定狀態(tài)；由于邊坡巖體以泥巖為主，巖體較破碎，且規(guī)劃放坡坡角略大于巖層傾角，邊坡放坡開挖過(guò)程坡面極易沿層面發(fā)生擾動(dòng)破壞，邊坡按規(guī)劃坡比開挖難以成型；由于上段邊坡高度較大，若該段邊坡按巖層層面分級(jí)放坡則會(huì)超出現(xiàn)有征地紅線，占用林地，且邊坡下部巖體以泥巖為主，屬軟質(zhì)巖，巖體破碎，因此設(shè)計(jì)對(duì)該段邊坡底部采用抗滑樁進(jìn)行支護(hù)，樁頂以上按巖層層面進(jìn)行放坡，放坡后坡面采用“構(gòu)造錨桿+格構(gòu)梁”進(jìn)行放坡，后期亦方便在格構(gòu)梁內(nèi)培土進(jìn)行區(qū)內(nèi)生態(tài)修復(fù)[3]。

（3）K0+491～K0+571 段左側(cè)為巖質(zhì)切向邊坡，按規(guī)劃坡比（1∶1 分級(jí)放坡）放坡后邊坡整體處于穩(wěn)定狀態(tài)，但若按規(guī)劃坡比進(jìn)行放坡，則邊坡高度較大，則該段邊坡與K0+398～K0+491段左側(cè)段邊坡接觸帶會(huì)形成較高臨空面，因此設(shè)計(jì)對(duì)該段邊坡按1∶0.75 放坡后采用“構(gòu)造錨桿+格構(gòu)梁”進(jìn)行放坡，后期亦方便在格構(gòu)梁內(nèi)培土進(jìn)行區(qū)內(nèi)生態(tài)修復(fù)。

（4）K0+352～K0+507段右側(cè)按規(guī)劃坡比（1∶1分級(jí)放坡）放坡后雖邊坡整體處于穩(wěn)定狀態(tài)，但該段邊坡沿巖質(zhì)順向坡為主，巖體較破碎，且規(guī)劃放坡坡角略大于巖層傾角，邊坡放坡開挖過(guò)程坡面極易沿層面發(fā)生擾動(dòng)破壞，邊坡按規(guī)劃坡比開挖難以成型；因此該段邊坡設(shè)計(jì)按巖層層面進(jìn)行放坡后，采用“錨桿+格構(gòu)”進(jìn)行支護(hù)，后期亦方便在格構(gòu)梁內(nèi)培土進(jìn)行區(qū)內(nèi)生態(tài)修復(fù)[4]。

3 支護(hù)設(shè)計(jì)方案抗滑樁段選型分析及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 設(shè)計(jì)方案選型分析及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

著重對(duì)DE 段錨索+抗滑樁段進(jìn)行重點(diǎn)分析。按建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范（GB50330-2013）6.2.3 式和貴州建筑巖土工程技術(shù)規(guī)范（BDJ52/T046-2018）8.3.5式對(duì)道路邊坡復(fù)雜折現(xiàn)破裂面?zhèn)认驂毫τ?jì)算進(jìn)行了詳細(xì)論述。經(jīng)過(guò)計(jì)算，抗滑樁DE段下部泥巖段平面滑動(dòng)計(jì)算下滑力遠(yuǎn)大于抗滑力，穩(wěn)定性系數(shù)Fs=0.541,抗滑樁抵抗滑坡體剩余下滑力水平分力達(dá)1248.01kn/m（詳見表3）。若只采用抗滑樁對(duì)全段邊坡進(jìn)行支護(hù)，雖然CD段采用K法計(jì)算樁頂最大位移27mm＜50mm滿足規(guī)范要求，DE 段采用K 法計(jì)算樁頂最大位移49mm＜50mm亦滿足規(guī)范要求，但49mm接近規(guī)范要求最大值50mm，并且考慮到此段地質(zhì)情況復(fù)雜，整體呈“上硬下軟”狀態(tài)，邊坡為順向坡，因此必須設(shè)置錨索抵抗下滑力水平分力，Ⅱ類抗滑樁設(shè)計(jì)兩排錨索，縱橫間距為3.0m×4.0m，第1 排錨索至樁頂0.3m 布置，第2 排錨索設(shè)置腰梁連接。錨索位于抗滑樁中心，入射角為20°，入射方位角與邊坡坡向成180°夾角；預(yù)應(yīng)力錨索錨固段為中風(fēng)化灰?guī)r，長(zhǎng)不小于8.0m，外錨段不小于1.5m。預(yù)應(yīng)力錨索設(shè)計(jì)張拉值為400kN，采用分級(jí)張拉；預(yù)應(yīng)力錨索鋼絞線規(guī)格為s17.8（1×7）預(yù)應(yīng)力鋼絞線，鋼絞線抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值1320N/mm2，預(yù)應(yīng)力錨索鋼絞線數(shù)量第1排為9束，第2排為8束[5]。

表3 下部泥巖段平面滑動(dòng)

其中Ⅱ類抗滑樁為錨拉樁，錨索設(shè)計(jì)參數(shù)詳見錨索工程。ⅠⅡ類抗滑樁總長(zhǎng)15.0m，嵌固段5.2m，根據(jù)《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》（GB50330-2013）第13.3.7條確定，在巖質(zhì)地基中嵌固深度不宜小于樁總長(zhǎng)的1/4，設(shè)計(jì)樁嵌固段深度均滿足規(guī)范要求。

抗滑樁樁身采用砼C30 澆筑，抗滑樁樁身主筋采用?32HRB400級(jí)螺紋鋼，架立筋采用?20HRB400級(jí)螺紋鋼，箍筋采用?12HRB400級(jí)螺紋鋼。本次設(shè)計(jì)抗滑樁采用人工選挖樁，挖孔樁護(hù)壁采用C25 鋼筋混凝土護(hù)壁，護(hù)壁厚250mm，縱筋為直徑10mm 的HRB400級(jí)螺紋鋼，間距250mm，橫向箍筋為14mm 的HRB400級(jí)螺紋鋼，間距250mm；地面采用鎖口，以保證施工安全，鎖口厚度300mm，縱筋為直徑10mm的HRB400級(jí)螺紋鋼，間距250mm，橫向箍筋為14mm的HRB400級(jí)螺紋鋼，間距250mm，護(hù)壁鋼筋保護(hù)層厚度50mm。

為了加強(qiáng)抗滑樁的整體穩(wěn)定性，結(jié)合防連續(xù)倒塌原則，在抗滑樁頂部布置冠梁，Ⅰ、Ⅱ類抗滑樁冠梁尺寸及配筋均相同，冠梁斷面為1.2m×2.0m（鉛直高度1.2m），冠梁布置總長(zhǎng)100.5m，豎向主筋采用?32HRB400級(jí)螺紋鋼，橫向主筋采用?20HRB400級(jí)螺紋鋼，箍筋采用?12HRB400 級(jí)螺紋鋼，間距200mm，鋼筋保護(hù)層厚度100mm，采用砼C30 澆筑，冠梁的縱向主筋須與樁身鋼筋籠預(yù)留鋼筋焊接或綁扎好后，再立模、澆筑。

為了抵抗土體水平推力、考慮樁間的土拱效應(yīng)，本次在抗滑樁間設(shè)置擋土板，擋土板采用構(gòu)造配筋，擋土板長(zhǎng)2.5m，材料采用C30 澆筑，板厚度350mm，主筋采用?20HRB400級(jí)螺紋鋼，拉筋采用?12HRB400級(jí)螺紋鋼，豎筋?25HRB400 級(jí)螺紋鋼，鋼筋保護(hù)層厚度35mm，擋土板采用全粘結(jié)普通砂漿錨桿與坡面固定，錨桿桿體為C25HRB400，長(zhǎng)度4.5m，錨桿縱橫間距均為2.0m，錨孔孔徑為110mm，入射角為20°；錨桿采用高強(qiáng)度螺栓連接，注漿材料為M30水泥漿（注漿強(qiáng)度等級(jí)不低于M30），灌注時(shí)一次完成，注漿壓力不小于1.0MPa。

樁間擋土板設(shè)置?110mm 泄水孔，泄水孔水平間距為1000mm，豎向間距為1000mm。

因邊坡區(qū)域位于山地斜坡地帶，存在一定的匯水面積，匯水面積0.03km2，本次截排水溝采用構(gòu)造設(shè)計(jì)，因HI 段邊坡頂部為反坡，不存在匯水面積，故該區(qū)域本次未設(shè)置截排水溝。本次截排水溝總長(zhǎng)約為305m，截排水溝兩側(cè)與市政排水系統(tǒng)相接，將坡面水排出。

本次截排水溝采用滿足構(gòu)造設(shè)計(jì)要求即可，截排水溝斷面為梯形，凈空底寬400mm，深500mm，兩側(cè)溝幫坡比系數(shù)為1∶0.25，溝幫厚300mm，溝底厚300mm，采用C25混凝土澆筑，為保證截排水溝基礎(chǔ)穩(wěn)定，截水溝開挖深度須大于溝底厚度與側(cè)邊墻高度之和，排水溝修建好后兩側(cè)超挖部分用粘土進(jìn)行回填夯實(shí)，需要填方地段應(yīng)分層夯實(shí)，確保水溝穩(wěn)定安全。為了防止溫差裂隙和截排水溝基礎(chǔ)不均勻沉降造成的溝渠裂縫，應(yīng)對(duì)截排水溝進(jìn)行分縫澆筑，分縫間距15m，縫寬20m，縫內(nèi)填塞瀝青麻絲。

為控制樁頂位移，在K0+409～K0+495 左側(cè)II 類抗滑樁上部設(shè)計(jì)錨索，由于設(shè)計(jì)抗滑樁為人工挖孔樁，鋼筋籠制作時(shí)應(yīng)預(yù)留錨索的錨孔位置，采用預(yù)埋鋼管進(jìn)行錨索定位，預(yù)留時(shí)采用內(nèi)徑大于150mm 的鋼管，先與抗滑樁固定，鋼管兩端封閉。抗滑樁鋼筋籠吊裝后，應(yīng)在孔內(nèi)進(jìn)行中心校正，保證兩側(cè)混凝土保護(hù)層厚度，保證錨孔平面投影與邊坡走向垂直。

3.2 抗滑樁及錨拉工程探討

（1）抗滑樁施工順序：放孔孔標(biāo)高確定→開挖孔樁→鋼筋籠制作→預(yù)留錨孔定位鋼管、樁頂搭接鋼筋及錨孔控制鋼筋紅漆標(biāo)記→聲波管制作及封閉→鋼筋籠方位及保護(hù)層定位調(diào)整→連續(xù)澆筑混凝土（超灌0.5m左右）→等待混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度80%→剔除樁頂浮漿→冠梁鋼筋制作→冠梁預(yù)埋錨索鋼管→支模→冠梁混凝土澆筑→等待混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度80%，而后開始樁前錨索制作；

（2）錨索制作順序：抗滑樁及冠梁施工完畢→復(fù)核確認(rèn)預(yù)留錨孔鋼管位置→鉆孔設(shè)備準(zhǔn)備及校核入射角度→錨索成孔并超鉆0.5m→清孔→錨索制作并計(jì)算錨索實(shí)際需要長(zhǎng)度→自由段涂黃油及硬塑PVE管套入→硬塑管近錨固段末端綁扎防止注漿進(jìn)入→錨索放入孔內(nèi)→錨索定位→根據(jù)錨索錨固段及孔徑計(jì)算注漿量（可稍微偏大一點(diǎn)）→錨索錨固段注漿→止?jié){→自由段灌注水泥砂漿防腐蝕→腰梁及錨墩制作→分5 次張拉不鎖定→開挖至920.2m→第二排錨索施工（重復(fù)上述操作）→第一排錨索進(jìn)行補(bǔ)張拉到設(shè)計(jì)值后鎖定→封錨→開挖至道路設(shè)計(jì)路面標(biāo)高→第二排錨索不張拉到設(shè)計(jì)值后鎖定→封錨；

（3）抗滑樁必須一次澆筑完成，嚴(yán)禁分段澆筑（冠梁部分除外），抗滑樁設(shè)計(jì)為人工開挖，鋼筋籠應(yīng)提前制作，人工成孔后應(yīng)盡快吊裝鋼筋籠，澆筑樁芯混凝土，防止樁孔垮塌；

（4）抗滑樁鋼筋籠制作時(shí)，應(yīng)預(yù)埋錨索鋼管并固定，鋼管應(yīng)兩端封閉，鋼管內(nèi)徑應(yīng)大于等于設(shè)計(jì)錨孔直徑，抗滑樁鋼筋籠吊裝后，應(yīng)在孔內(nèi)進(jìn)行中心校正，保證兩側(cè)混凝土保護(hù)層厚度，保證錨孔平面投影與邊坡走向垂直；

（5）按規(guī)范應(yīng)布置4 根聲測(cè)管建筑樁身完整性，聲測(cè)管設(shè)計(jì)為鋼管，呈120°均勻布置，管內(nèi)徑大于換能器外徑即可，本設(shè)計(jì)建議采用不小于50mm鋼管，聲波導(dǎo)管應(yīng)下端封閉，上段加蓋、管內(nèi)無(wú)異味，其頂部伸出地面長(zhǎng)度不得小于100mm。

（6）抗滑樁養(yǎng)護(hù)期在7d以上，樁身及冠梁砼（C30）強(qiáng)度必須達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的95%以上，才能進(jìn)行樁前開挖工作、分級(jí)施工及腰梁及錨索。在實(shí)施第一級(jí)錨索時(shí)，應(yīng)分級(jí)張拉，但不鎖定，不封錨。在實(shí)施第二級(jí)錨索后，在對(duì)第一級(jí)錨索進(jìn)行補(bǔ)張拉到設(shè)計(jì)荷載值，而后進(jìn)行錨索鎖定及外錨墩封閉。此是為了防止錨索應(yīng)力松弛，不能達(dá)到設(shè)計(jì)要求[6]。

（7）錨索施工鉆孔應(yīng)超鉆50cm，錨索放入前應(yīng)對(duì)錨孔進(jìn)行清孔；錨孔鉆孔施工作業(yè)時(shí)應(yīng)及時(shí)校對(duì)入射角，入射角度偏差應(yīng)在規(guī)范允許范圍。

（8）錨索材料應(yīng)符合國(guó)家相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，錨索自由段設(shè)計(jì)為套管PVE管，穿鋼絞線時(shí)應(yīng)在自由段涂抹黃油在套硬塑管，錨固段嚴(yán)禁涂抹黃油。硬塑管近錨固段的末端應(yīng)采用鋼絲綁扎封閉，防止?jié){體進(jìn)入；錨索放入錨孔后應(yīng)對(duì)錨索進(jìn)行孔內(nèi)校正，防止保護(hù)層厚度不足。

（9）錨索錨固段注漿量應(yīng)根據(jù)錨孔直徑及錨固段長(zhǎng)度進(jìn)行計(jì)算，實(shí)際注漿應(yīng)略擴(kuò)大注漿量，防止漏漿后錨固段長(zhǎng)度不足。同時(shí)，錨索自由段灌注水泥砂漿1∶3（細(xì)砂或粉砂）防腐。

（10）錨具建議采用OVM 型錨具或符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的的同類產(chǎn)品，錨墊板應(yīng)滿足設(shè)計(jì)厚度。

（11）錨索張拉應(yīng)同時(shí)滿足伸長(zhǎng)量和錨固力的相互關(guān)系，若不匹配，施工單位應(yīng)自查原因，檢查施工工序，必要時(shí)通知相關(guān)單位到現(xiàn)場(chǎng)復(fù)核；施工單位應(yīng)對(duì)場(chǎng)地錨索進(jìn)行一定比例的拉拔試驗(yàn)，試驗(yàn)應(yīng)委托具有相關(guān)資質(zhì)的檢測(cè)單位實(shí)施，試驗(yàn)比例應(yīng)符合國(guó)家現(xiàn)行規(guī)范的相關(guān)要求，檢測(cè)單位檢測(cè)完畢后，應(yīng)出具檢測(cè)合格書。

4 結(jié)論

對(duì)地質(zhì)構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈斷層發(fā)育帶，順向坡的支護(hù)設(shè)計(jì)不應(yīng)只是滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求，更應(yīng)考慮到斷層發(fā)育帶巖土體的破碎性，DE段采用K法計(jì)算樁頂最大位移49mm＜50mm 亦滿足規(guī)范要求，但49mm 接近50mm，并且考慮到此段地質(zhì)情況復(fù)雜，整體呈“上硬下軟”狀態(tài)，邊坡為順向坡，因此必須設(shè)置錨索抵抗下滑力水平分力（水平分力較大，計(jì)算值為1248.01kN/m），Ⅱ類抗滑樁設(shè)計(jì)兩排錨索。入射方位角與邊坡坡向成180°夾角；預(yù)應(yīng)力錨索錨固段為中風(fēng)化灰?guī)r，長(zhǎng)不小于8.0m，外錨段不小于1.5m。