鞍山垃圾与渣土受纳场边坡锚索支护治理设计与施工

2013-12-04霍俊华

钻探工程 2013年8期

马 !，霍俊华，孙旭，李斌

(1.辽宁冶金基础工程研究院，辽宁鞍山114005;2.辽宁省冶金地质勘查局四〇一队，辽宁鞍山114001)

1 工程概况

本项目拟在千山区建设余泥专用受纳场，以解决千山区目前迫在眉睫的余泥渣土的处理问题。受纳场位于千山区某社区积谷田，现状为塘坑和低洼地，原有2个挡土坝，高51 m，1号坝顶长288.27 m，2号坝顶长383.91 m，坡度均为1∶1，重度18 kN/m3，粘聚力15 kPa，内摩擦角28°。

2 自然条件

2.1 地形、地貌

受纳场位于千山区某社区积谷田，已有简易沙土路可和千山路直接相连。交通十分便利。

受纳场所在地地貌为低山丘陵，地势变化较大，绝对高程为73.20～161.66 m，高差为88.46 m;大部分低洼地段现已填埋，现填埋土方为111万m3。使用场地地形犹如2个半碗状，是比较理想的地形。

该场址已进行过初步勘探，根据钻探揭露，场地内没有明显影响场地稳定性的断裂构造、塌陷、土洞及岩溶现象;植被茂盛。未出现大规模的滑坡、泥石流、崩塌等不良地质现象，边坡较稳定。拟建场地低洼地段大部分已回填，其余地段为原始地貌，工程性质较好，地基稳定性好，适宜作为建筑垃圾与渣土受纳场的场地。

场地地下水类型为第四系孔隙潜水、基岩裂隙承压水。因第四系地层沉积厚度有限，富水性较差;裂隙承压水主要储存在中风化岩石中，其富水性、透水性相对稍好。地下水补给主要为大气降水垂直补给;地下水排泄主要为地下径流侧向排泄，并在规划场地东北部及西北部有小溪由南向北流出场地。勘察期间测得地下水位标高在71.90～89.07 m之间。场地内地下水、地表水水质对混凝土结构、对钢筋混凝土结构中钢筋及对钢结构腐蚀性均为弱腐蚀性。

2.2 气候特征

本地区属亚热带海洋季风气候，全年气温高，湿度大，雨量充分，但年际变化较大;多年平均气温为22.4℃，极端最高气温为36.6℃，极端最低气温为1.4℃，多年平均降雨量为1900 mm，最高日降雨量为338.5 mm，平均相对湿度为79%。

2.3 地震烈度

本区基本地震烈度为七度，基本地震加速度值为0.10g。

3 稳定性分析

本工程坝体本体为均匀土质，采用瑞典条分法做的稳定性评价。

式中:c——第i条块的粘聚力;Li——第i条块的滑动面弧长;γ——第i条块的重度;bi——第i条块的土条宽度;hi——第i条块的平均高度;αi——土条地面中心的法线(过圆心)与圆心的铅直线间夹角;φ——第i条块的内摩擦角。

通过公式确定其稳定性系数为0.8，正处于失稳状态，因此在起初决定用削坡的方法使其达到稳定。

决定将其坡度改为1∶2.5，并分4级放坡。因鞍山时有强降雨天气，则考虑其在强降雨时的稳定性，经过计算稳定性系数为0.9，仍有可能失稳。因此必须治理。

4 治理方案的选择

治理的方法多种多样，国内多为锚索、抗滑桩、土钉等等。但本工程有治理面积大、坝体土层单一等特点，抗滑桩便以其昂贵的预算被放弃了;相关规范规定土钉最长不得超过20 m，而坡面与最危险滑动面之间的距离大部分都超出了20 m，因此在本次设计也不是适用的。

考虑本工程独有的特点，因此选用了锚索来作为治理的最优方案。

5 锚索的设计与计算

5.1 确定锚索钢绞线的规格

采用直径15.2 mm钢绞线，根据表1，公称抗拉强度1860 MPa，截面积139 mm2，每根钢绞线极限张拉荷载Pu为259 kN，屈服张拉荷载Py为220 kN。

表1 国标7丝标准型钢绞线参数

5.2 锚索设计倾角的确定

按以下经验公式计算最优锚固角β:

规范规定锚索设计下倾角为15°～30°。

本设计中取β=20°。

5.3 确定锚索间距及剩余下滑力

在计算稳定性时，求得总共剩余下滑力为2374 kN/m。设计锚索水平间距为3 m，每级放坡各放置2排，总共8排。则每孔锚索承受的下滑力为:

F=3×2374/8=890.25 kN/m

5.4 锚索轴向拉力标准值和设计值计算根据规范有:

式中:Nak——锚索轴向拉力标准值，kN;Na——锚索轴向拉力设计值，kN;Htk——锚索所受水平拉力标准值，kN;β——锚索倾角，(°);rQ——荷载分项系数，可取1.3。

则8条锚索的轴向拉力标准值和轴向拉力设计值分别为:

第一条锚索:

同理计算剩余锚索的轴向拉力标准值和轴向拉力设计值。计算结果见表2。

表2 各个锚索的轴向拉力标准值和设计值

5.5 确定单孔锚索的钢绞线数

根据规范:

式中:As——锚杆预应力钢绞线截面面积，m2;r0——边坡工程重要性系数，取1.0;ζ2——锚筋抗拉工作条件系数，取0.69;fy——预应力钢绞线抗拉强度设计值，根据表1，取值1860×103kPa。

为安全以及统一，取8条锚索中Na最大值即1231.41 kN为计算数据进行计算。

根据表1知单根钢绞线的公称截面积，则需要钢绞线数量为:

5.6 确定锚固长度

规范有:

式中:la——锚固段长度，m;d——锚固体直径，m;frb——地层与锚固体粘结强度特征值，根据表3，取值110 kPa;n——钢绞筋根数;r0——边坡工程重要性系数，取1.0;fb——钢筋与锚固砂浆间的粘结强度设计值，根据表4，取值2.95×103kPa;ζs——锚固体与地层粘结工作条件系数，取1.0;ζ3——钢筋与砂浆粘结强度工作条件系数，取0.60。

表3 土体与锚固体粘结强度特征值frb

表4 钢筋、钢绞线与砂浆之间的粘结强度设计值fb /MPa

两公式计算锚固长度，根据规范要求，锚固长度取两个公式计算出来的数值中的较大值。

则第一条锚索的锚固长度为:

因此，锚固长度为6.4 m，同理计算其他锚索的锚固长度，计算结果见表5。

表5 各个锚索的锚固长度计算结果

则所有锚索锚固长度分别为6.4、6.9、7.5、7.9、8.2、8.4、8.6、8.6 m。

6 预应力锚索的施工工艺

6.1 施工工艺顺序

(1)测量放线、场地平整:锚杆施工需有5.0 m宽左右脚手架的作业平台面，施工前先将土方按设计坡比挖至设计标高，并平整好场地，通过测设标高各找预留标记定好锚杆位置。

(2)钻机就位，调整机倾角:待平整好场地，吊入钻机就位，测量钻杆角度，控制误差在±1°以内。钻机安装要求牢固，施工中不得产生移位现象。

(3)钻孔、清孔:钻孔采用回转钻进方式，孔径150 mm，锚孔采用干作业成孔，以防卡钻、塌孔。钻孔达到设计深度后，提钻换用扩孔钻头进行锚杆底部扩孔(孔径400 mm)。扩孔长度达到设计扩孔深度(0.5 m)后终孔。钻孔完毕后，用强风清孔，以清除孔内岩屑、泥渣等残留物。

(4)锚索制作:钻孔完毕，在清孔的过程中，应组织工人制作锚索。按设计要求制作锚索。钢绞线锚固段架线环与紧箍环每隔1 m间隔设置，紧箍环系16号铅丝绕制，不少于2圈，自由段每隔2 m设置一道架线环，以保证钢绞线顺直。

(5)安放锚索:安放锚索时，应防止杆体扭曲压弯，注浆管随锚索一同放入孔内，管端距孔底为50～100 mm杆体放入角度与钻孔倾角保持一致，安放好后杆体始终处于钻孔中心。下锚时在注浆管与锚头齐平处作一标记，下锚时抓住锚杆和注浆管一齐下，以防止注浆管脱落，下锚完毕，再次检查注浆管与锚头是否齐平，如发现注浆管拉出，应拨出，重新下锚。

(6)清孔:下锚完毕后，用强风清孔，置换出孔内多余泥渣及岩屑。

(7)注浆:清孔完毕后，连接好灌浆泵和预埋的灌浆管，同时按设计要求制备好水泥浆，进行灌浆。水泥浆应过筛，整个灌浆过程必须连续。一边灌浆一边拔出灌浆管，拔管过程中必须保证灌浆管始终埋在水泥浆内，一直到孔口流出水泥浆为止，方可终止注浆。二次注浆采用高压注浆，注浆压力2～3 MPa。注浆完毕，应立即清洗注浆设备。

(8)锚索张拉:锚固体强度＞20 MPa并达到设计强度的80%后方可进行张拉锁定，保持15 min，然后卸荷至零，再重新张拉至锁定荷载锁定作业。

施工完成后的效果如图1所示。

6.2 施工注意事项

(1)钻孔要保证位置正确，要随时注意调整好锚孔位置(上下左右及角度)，防止高低参差不齐和相互交错。

(2)钻后要反复提插孔内钻杆，遇有粗砂、砂卵石土层，在钻杆钻至最后一节时，应比要求深度多10～20 cm，以防粗砂、碎卵石堵塞管子。

(3)钢绞线使用前要检查各项性能，检查有无油污、锈蚀、缺股断丝等情况，如有不合格的应进行更换或处理。断好的钢绞线长度要基本一致，端量应从挡土、结构物连线算起，外留1.5～2.0 m。钢绞线与导向架要绑扎牢固，导向架间距要均匀;注浆管使用前要检查油污、破裂、堵塞，接口处要处理牢固，防止压力加大时开裂、跑浆。

(4)注浆前用水引路，检查输浆管路，注浆后及时用水清洗搅浆、压浆设备及注浆管等。