预应力锚索格构梁在高边坡加固中的应用

曾江波

深圳市勘察测绘院有限公司，广东深圳 518028

0 引言

随着我国经济的不断发展，在城市建设、公路、铁路及水利等工程建设中，需要对山体进行开挖，形成了大量的人工高边坡，如果边坡不进行及时加固和处理，会产生滑坡或崩塌地质灾害，危及人民生命财产安全。20世纪80年代后，由于锚固技术的不断发展，使预应力锚索格构梁在边坡加固中广泛应用。在深圳的高边坡加固历程中，1994年铁道科学研究院将这一结构应用于深圳市罗沙公路西岭山边坡的加固中，随后在深圳市罗芳山庄边坡治理、黄贝岭坡体滑坡、蛇口月亮湾别墅等边坡加固和滑坡治理中得到了广泛应用[1]。

预应力锚索格构梁技术是一种采用抗拉强度高的柔性材料锚固于稳定的岩土体内，以达到加固不稳定岩土体的目的[2]。该技术被广泛应用于高边坡的加固，有其自身的优点：1）对边坡的扰动小，能有效的控制边坡浅层和深层破坏；2）施工灵活简便、风险低；3）格构梁之间的坡面可以采用植被防护，能与周边的环境相协调；4）方便信息化施工和动态设计。

1 工程概况

边坡位于深圳市龙岗区坂田街道，边坡坡长约145m，系人工切方形成。边坡高度17m～32m，坡度43°～50°、局部坡面达65°。边坡未分级，为一坡到顶的直线形式，坡下为多栋工业厂房，建筑物距坡脚2m～10m。治理边坡的东西两端坡脚设置了长约90m、高约1.5m的浆砌石挡墙护脚，墙以上坡面裸露，无防护措施。边坡属土质边坡，最大高度达32m，局部坡段陡，稳定性差，距离已有住宅楼较近，破坏后果很严重。

2 场地工程地质条件

2.1 地形地貌

边坡原始地貌为低丘地貌，经过人工开挖后，山体形态残缺不全，山脚被夷平成建筑区。丘顶高程介于116m～128m之间，山脚高程约96m～98m，相对高差约30m，自然斜坡15°～27°。自然坡面一般植被发育，多为杂草和小灌木，覆盖率可达90%。

2.2 地层岩性

根据地质勘察报告，场地地层有第四系人工填土层、坡残积层、全风化岩和强风化岩，自上而下分述如下：

1）人工填土层（Qml）素填土：褐色，以砂砾为主夹少量细粒土，松散。仅在坡脚建筑区地段有揭露，厚度0.50m～1.20m。

2）坡残积层（Qdl+el）砾质粘性土：褐黄色，稍湿，硬塑，由中粗粒花岗岩风化坡残积而成，含大于2mm的颗粒约30%～40%，土质不均一，土芯粗糙，粘性差，手搓砂砾感强，遇水易崩解。主要分布于自然斜坡一带，揭露厚度为5.50m～8.80m。

3）全风化花岗岩：褐黄、褐红间灰白色，原岩结构基本破坏，除石英外，其余矿物均已风化成粘土矿物，岩体呈松散土体状，坚硬-半坚硬，浸水易软化、崩解。分布于坡残积层之下，层厚4.80m～12.1m。

4）强风化花岗岩：褐黄、褐红、褐间灰白色，风化强烈，结构大部分破坏，原岩结构清晰，云母类矿物已风化成土，长石类矿物结构已趋疏松，但未成土，风化裂隙极发育，呈半岩半土状，岩体极破碎，遇水易溃散，岩芯以碎屑夹含碎石为主，岩质极软，碎石手可折断。广泛分布于山体坡残积层或全风化带之下，埋深15.10m～20.50m。

2.3 地下水

场地地下水类型主要为松散岩类孔隙水、基岩裂隙水两种类型。本次勘查揭露的地下水类型为裂隙水。

1）松散岩类孔隙水

地下水的含水岩组主要为第四系坡残积层，岩性为砾质粘性土，透水性差。本类地下水分布具季节性，地下水分布、水位埋深随降雨量和地势的变化而呈动态变化，以上层滞水和孔隙潜水形式存在，很不稳定。雨季时土体在较短降雨历时内可呈饱和状态，地下水上升较快，水位埋藏较浅，地下水较为丰富；旱季因顺地势径流排泄，土体疏干较快，往往呈非饱和状，甚至干硬状，地下水极为贫乏。

2）块状岩体裂隙水

地下水主要赋存于全、强风化岩体的网状裂隙中。由于勘查区位于残缺低丘部位，补给范围有限，不利于地下水富集，预估本类地下水不丰富。勘查钻探期间测得边坡一带本类地下水位埋藏情况：埋深7.00m～27.20m。

3 边坡治理设计

3.1 参数选取

边坡体稳定性及边坡支护设计时所需的岩土物理力学参数值建议采用表1中的数值。

抗剪强度 岩土与锚固体粘结强度特征值frb（kPa）天然密度ρ（g/cm3）饱和 天然基底摩擦系数μ地层代号及名称承载力特征值fak（kPa）凝聚力c（kPa）凝聚力c（kPa）内摩擦角Φ（°）内摩擦角Φ（°）砾质粘性土 200 0.30 1.90 15 18 22 25 30全风化花岗岩 350 0.40 1.95 20 20 25 28 50

表1 岩土物理力学参数建议值

3.2 边坡治理方案

边坡为土质边坡，边坡高陡，现状坡面受降雨影响坡面发育崩塌地质灾害，设计采用分级放坡和预应力锚索格构梁进行支护，格构梁之间喷混植生绿化。边坡分三级放坡，一级边坡按照现状坡率修整坡面，二、三级边坡设计开挖坡率1：1.0，每级边坡之间设置2m宽平台，坡面设置格构梁，间距2.5m×2.5m，断面尺寸350mm×350mm，格构梁节点处设置锚杆和预应力锚索，锚杆为全粘结锚杆，锚杆体采用Ф28HRB335钢筋，预应力锚索杆体材料采用4×7ф5高强低松驰钢绞线。

边坡塌方主要原因就是强降雨等诱发的，完善整个边坡的排水系统也是治理的重点。本设计在坡中平台、坡脚和坡顶设置钢筋混凝土排水沟，坡中间隔一定距离设置钢筋混凝土跌水沟，边坡排水最终汇入周边市政排水系统，做到有序排放，边坡支护剖面示意图见图1。

图1 支护方案剖面示意图

图2 加固前边坡概貌

图3 加固后边坡概貌

4 施工技术要求

4.1 施工场地

施工期间应合理安排施工场地，并做好与场地的有效隔断，防止边坡支护危及下部安全，同时严禁其它人员进入施工区域，对边坡体局部危险部位还应增加其它防护措施。

4.2 削坡工程

削坡应按照设计坡率进行施工，削坡后应对坡面进行清理，应从上到下进行，保证边坡坡率不大于设计坡率，边坡应分级开挖，每开挖一级应及时支护，支护完以后方可进行下一级边坡的开挖[3]。边坡支护按剖面段进行分段支护，边坡开挖后应及时按设计实施支护，尽量减少边坡开挖面暴露时间，以免降低边坡稳定性。

4.3 锚杆

1）锚杆采用机械干成孔，成孔孔径不小于130mm，锚孔定位偏差不宜大于20mm，锚孔偏斜度不应大于5%，钻孔深度超过锚杆设计长度应不小于0.5m；

2）锚杆体采用Ф28HRB335钢筋，锚杆采用除锈，注浆段水泥浆的保护层不小于25mm，沿杆体轴线方向每隔1.5m设置一个对中支架，确保锚杆钢筋能够居中；

3）注浆材料采用P.O 42.5普通硅酸盐水泥净浆，水灰比为0.45～0.50，浆体材料28d的无侧限抗压强度不应低于25MPa；

4）注浆管宜与锚杆同时放入孔内，注浆管端头到孔底距离宜为100mm，注浆自下而上连续灌注，且确保从孔内顺利排水、排气。

4.4 预应力锚索

1）预应力锚索成孔孔径不小于150mm，锚孔定位偏差不宜大于20mm，锚孔偏斜度不应大于5%，钻孔深度不应小于设计长度；

2）预应力锚索采用二次注浆工艺，注浆采用P.O42.5纯水泥浆，水灰比为0.45～0.50，第一次注浆压力为0.4MPa～0.6MPa，第二次注浆压力为2.5MPa～5.0MPa，浆液固体强度大于30MPa；

3）选用直径15.24mm,强度1860MPa的高强度低松弛粘结钢绞线，延伸率≥3.5%；

4）预应力锚索须待锚固体强度大于25MPa并达到设计强度的80%以上及砼腰梁抗压强度超过75%时方可张拉锁定；

5）锚索采取分步张拉，分5级按设计荷载的25%、50%、75%、100%和110%进行施拉，每次持荷时间2min～5min，最后一级持荷稳定观测10min 以后按设计要求锁定，锁定后48h内没有出现明显的应力松弛现象，即可进行封锚。

4.5 格构梁

施工之前要根据现场地形的变化，精心放点定位，确保格构梁横平竖直，并保证锚杆位于格构梁节点处。格构梁的截面尺寸不小于设计值，应嵌入坡面不小于250mm，采用C25砼现场浇筑，节点处必须浇捣密实。格构梁每隔20m～25m宽设置一道变形缝，缝宽20mm～30mm。

4.6 喷混植生绿化

1）挂铁丝直径2mm铁丝网，网孔规格为5cm×5cm，网与坡面之间的最小距离保持6cm左右，网与网搭接长度不小于10cm；

2）通过喷射机把混合好的基质材料，自上而下分两次喷至坡面，基材喷射设计厚度为10cm～12cm；

3）喷播植草须采用专门的液压喷播技术及机械进行，喷播前须将草籽和附着剂、纸纤维、复合肥、保湿剂及水按一定比例混合搅拌，形成均匀混合浆液。将配好的混合材料用液压喷播植草机直接喷射在坡面上[3]。坡面绿化选用狗牙根、百喜草、类芦、灌木猪屎豆、山毛豆和木豆等；

4）草灌木为生长出来之前应采用无纺布覆盖坡面以防止雨水冲刷，至苗长到5cm～6cm时，逐步揭掉无纺布，做好边坡绿化的养护和病虫害的防治。

5 边坡监测

整段边坡沿坡顶及平台设置变形观测点，对边坡的变形进行监测，共布设19个位移兼沉降观测点，监测密度在施工期间要求三天一次，竣工后半年内要求每半个月测一次，剩下一年半一个月测一次，在暴雨季节加密监测频率，在雨季和特大暴雨期间加强观测，并定期安排人工巡视。边坡位移及沉降监测报告表明，竣工后边坡累计最大水平位移量为20.0mm，累计最大沉降量为12.0mm，满足规范要求，且2011年10月以后边坡监测点未出现明显位移和沉降，边坡趋于稳定。

6 结论

本文通过预应力锚索格构梁用于加固高边坡的工程实例，通过对施工完毕以后的边坡的监测资料的分析，表明预应力锚索格构梁用于加固高边坡是安全有效的，也很好的体现了该支护方式施工灵活，能很好的适应地形的变化，变形协调能力强，方便信息化施工和动态设计的优点，另外支护结构施工完毕后，在格构梁之间采用喷混植生绿化，使得坡面完全被植被覆盖，美化了环境。

[1]康镇江，丘建金，齐明柱，等.深圳地质[M].地质出版社，2009.

[2]马杰.边坡工程中预应力锚索格构梁综合应用研究[D].西安：长安大学，2009：1-6.

[3]郑生庆，郑颖人等.建筑边坡工程技术规范(GB50330-2002)[S].中国建筑工业出版社，2003.