黄岛区破碎岩质高边坡支护设计与施工

2011-11-05马奎升郭道蕾

山西建筑 2011年36期

栾鹏马奎升郭道蕾

1 概述

青岛经济技术开发区爬山边坡位于海尔大道的东侧，该边坡为爬山北坡，经人工爆破削而成。边坡北侧为一经济适用房小区，边坡坡脚距离开发房屋约15 m。该边坡位于地质构造复杂的区域，岩石节理发育、破碎。另外，由于是爆破开挖边坡，对边坡岩石形成了二次震动破碎，坡体表面以碎石分布为主，边坡最高达40 m。边坡的整体不稳定性以及表面浮石的滚落，将会对小区的建筑物以及行人安全带来很大的隐患。因此，需对该边坡进行加固，防治滑坡、崩塌、滚石的灾害形成。

2 边坡的特征

2.1 边坡的地形地貌

边坡最低处13.9 m，最高处40.6 m(见图1)。坡体面积9 243.8 m2，属于大型岩质大坡度高边坡。

2.2 边坡地质特征

该边坡岩石性质为花岗岩，含有角闪石，辉绿岩侵入。岩石强度较高，但裂隙极其发育，岩体破碎。从开挖出露出的岩层分析，该边坡所处岩层为经多次地质活动形成，地层形成初期，构造应力复杂，形成裂隙带，二次辉绿岩岩浆侵入，加剧了岩体的破裂，之后又有多次地层错动，裂隙中磨碎岩粉充填。边坡东部地表水侵入明显，西部岩石风化明显。

从变电站处开挖揭露的岩层产状得知，边坡主要裂隙走向NW255°～280°，倾向 NE165°～190°，倾角 63°～73°，属于大倾角逆倾状岩层边坡。主要裂隙走向与边坡走向小于或接近30，属不利走向。

3 边坡稳定性分析

3.1 边坡的属性分析

山体在自然状态下，经历多年的地质作用，处于稳定状态。但是，遇到外部荷载或水的侵蚀作用等，也出现滑动趋势。人工开挖形成的边坡，虽然在岩石较为稳定、成坡度较为合理的情况下，暂时处于稳定状态，但是，由于人为改变了岩体的应力状态，在水侵蚀和风化等作用下，就有可能发生滑塌、崩塌、错落、倾倒、落石等地质灾害。

由边坡主要工程特性指标，可以界定该边坡属于岩质人工开挖的反倾层状(或破碎状)建筑永久边坡，根据GB 50021岩土工程勘察规范，GB 50330-2002建筑边坡工程技术规程对岩质边坡岩体的结构类型、结构面结合程度、岩石强度的划分、岩体的完整程度划分、岩质边坡分类等规定综合分析，该边坡属于倾倒式崩塌型Ⅲ类高危险性边坡，设计安全等级为二级。

3.2 边坡变形破坏过程分析

由于地层结构的复杂性，岩质边坡比土质边坡要复杂的多。1)由于岩体的强度较高，常可以保持较陡的边坡。2)岩质边坡的稳定性主要取决于岩体结构、坡体结构，也即不同岩性的岩层及构造结构面，特别是软弱结构面在坡体上的分布位置、产状、组合以及与边坡的走向、倾向和倾角之间的关系。3)岩质边坡的稳定性还受控于其风化破碎程度。4)地表、地下水的侵入，显著的降低解离面的结合强度，加剧裂隙的进一步扩展，边坡稳定性明显降低。

任何自然现象都有发生、发展、消亡的过程，滑坡现象同样是一个能量聚集、释放，由渐变到突变的发展过程。按照边坡的滑塌规律，滑坡的发育阶段分为以下几个阶段:

1)蠕动阶段:一定地质结构的边坡，由于人工开挖卸荷，或地下水的增加和地震等作用，引起坡体内部应力调整，在斜坡的中下部产生应力集中，常常在主划段下段滑动面上的剪应力超过该处岩体的实有的抗剪强度而产生塑性变形——蠕变。随着塑性区的不断加大，中部坡体向下挤压，引起后部牵引段失稳与稳定坡体之间产生主动破裂而出现拉张裂隙，裂隙可能有多条，有的在岩体深部。但此时的边坡仍然处于稳定系数远大于1的阶段。

2)挤压阶段:滑坡后缘主拉裂缝出现后，地表水的灌入和下渗为软化划带岩层提供了条件，主划段和牵引段向前移动共同推挤抗滑段，裂隙发展进一步加剧。

蠕动和挤压阶段可以延续几个月、几年，甚至几十年。在此期间，边坡虽然整体稳定，但是内部的损伤破坏在逐渐发展。

3)滑动阶段:当抗滑段滑动面全部形成和贯通之后，滑坡即进入整体滑动阶段，稳定系数小于1。对于岩层顺层滑坡，主划段和牵引段划面贯通后就进入滑动阶段，对于该边坡，属岩层逆层滑坡，当边坡前部的抗滑段裂隙贯通，失去整体的抵抗上部倾倒岩层能力时，就进入滑动阶段。

4)剧滑阶段:对于岩质边坡，滑坡开始很短时间内，就会进入整体剧滑阶段，地质灾害瞬间发生。

4 加固设计及施工

从图1可以看出，开挖爆破在中部形成了一个凹形地带用于建造变电站，对于东西两侧逆倾层破碎的边坡加固是本文研究的重点，变电站东西两侧的安全和稳定性关系到整个边坡的安全与稳定。根据地形、地质特征和稳定性分析，采用锚杆和中空注浆锚杆联合支护加锚杆挡墙方法对边坡进行综合加固。

4.1 锚杆的设计

锚杆采用HRB400级热轧带肋钢筋加工而成，中空注浆锚杆采用Q345B焊接钢管，D=32，t=2.5加工而成，对中支架采用HPB235级热轧光面钢筋(见图2～图5)。

4.2 锚杆的施工要求

1)钻孔孔径90，锚杆孔距偏差不大于20 mm，锚杆水平偏斜度不应大于±2°。2)钻孔深度超过锚杆设计长度应不小于500 mm。3)锚杆杆体沿轴线方向每间隔2.5 m设对中支架一副;中空注浆锚杆在支架中间处设置开孔;锚杆钢筋接长时优先采用A级等强机械连接。4)采用搭接双面焊接，钢筋搭接长度不小于10d，焊接时应满焊，并满足JGJ 107-96钢筋机械连接通用技术规程及其他有关规程。钢筋焊接应严格遵守JGJ 18-2003钢筋焊接及验收规程。5)本工程采用全长粘结型锚杆，锚杆灌浆采用孔底返压灌浆法，灌浆时灌浆管应插至距孔底50 mm～100 mm，灌浆材料为纯水泥浆，水灰比为0.30～0.5，水泥强度等级不低于M20，灌浆压力不小于0.5 MPa，水泥浆应拌合均匀，随拌随用，一次拌合的水泥浆应在初凝前用完。6)安装锚杆前都要对孔内进行清理，之后安装锚杆。

4.3 A5面设计方案

鉴于坡体节理裂隙发育，岩体破碎严重，考虑单纯用喷锚支护加固边坡。然而普通砂浆锚杆遇到了一些问题，如塌孔、卡钻、注浆不满等，这些问题对施工安全和工程质量影响很大。要解决它必须从锚杆本身着手，中空注浆锚杆与传统的砂浆锚杆相比有很大的改进，能够最大限度的保证浆液的充填饱满、密实，浆液在较高的注浆压力下渗透入岩体裂隙，充分保证注浆饱满，解决了传统锚杆的诸多缺陷。A5面边坡采用锚杆和中空锚杆联合支护能够有效的发挥锚杆的支护和加固作用。A5面(岩石破碎)的锚杆孔向垂直穿过A4面(岩石完整)结构面，最大限度发挥锚杆的锚固效果。压力注浆锚杆顺坡纵横间距3 m×3 m布置。