格构锚在无外倾结构面岩质边坡中的应用

唐言松

（贵州省地质矿产勘查开发局114地质大队，贵州 遵义 563000）

思南县工业园区饶家坝建设点建成后，4#楼、5#楼及外围消防通道南侧和东侧将会形成四段岩质边坡。其中，CDE段边坡坡向为29°，坡度为50°～80°，高度为5.0～29.8 m，长度约为110.7 m，其为永久性岩质边坡。边坡勘察采用工程地质测绘、井探、室内岩土测试与资料收集等相结合的方法。本文以CDE段边坡为例，分析格构锚在无外倾结构面岩质边坡中的应用。

1 边坡区基本特征

1.1 地质构造

边坡位于凤冈北北东向构造变形区鹦鹉溪背斜东翼与思南断层之间，基岩为三叠系下统茅草铺组（T）白云岩，岩体连续，岩层呈单斜产出，主要发育两组节理，弱发育，无外倾结构面。思南县地震反应谱特征周期为0.25 s，地震动峰值加速度为0.05 g（重力加速度），相应地震基本烈度值为Ⅵ度。边坡区为抗震不利地段，场地类别为Ⅰ0类。

1.2 水文地质条件

边坡区地处长江流域的乌江水系，地表水系多为自然冲沟，由南向北流动，受大气降水补给，汇入北侧建筑排水系统，最终排入乌江。地下水（主要为基岩水与岩溶裂隙水）埋藏于白云岩构造、溶蚀裂隙中，因岩体裂隙大多呈半张开-闭合状，因此基岩富水性差，主要受大气降水的垂向补给，受气候季节性影响较大，沿裂隙下渗，并由北向南运移，在场区低洼处排泄，最终流入乌江，地下水稳定水位位于边坡底面以下，对边坡影响不大。边坡区内水、土对混凝土和钢筋具有微腐蚀性。

1.3 周边环境

边坡顶部为缓斜坡，无任何构（建）筑物，坡脚为拟建消防通道，距坡脚14 m左右为主建筑物。边坡区域及周边无滑坡、崩塌、泥石流、岩溶塌陷等现状地质灾害，不良地质作用不发育。

1.4 岩土参数建议值

在室内岩土试验结果基础上，结合相关规范及边坡岩体结构、结构面结合程度、充填物等因素，共同确定边坡岩体力学参数。强风化白云岩重度为26.2 kN/m，天然单轴抗压强度为16.67 MPa，综合内摩擦角为45°；中风化白云岩重度为27.2 kN/m，天然单轴抗压强度为32.93 MPa，综合内摩擦角为55°；岩体结构面黏聚力为50 kPa，内摩擦角为18°；钢筋抗拉强度设计值取360 kPa，钢筋与锚固砂浆的粘结强度设计值取2 400 kPa，岩层与锚固体的极限粘结强度标准值取1 200 kPa。

1.5 边坡基本情况

CDE段边坡安全等级为二级，为永久性岩质边坡，属于逆向坡，无外倾结构面，坡脚为消防通道，标高为515 m，坡顶线在立面上呈弧形。边坡岩土自上而下由红黏土、白云岩组成。其中，红黏土由残坡积形成，局部分布，厚度为0.1～0.5 m；下伏岩体为中至厚层状白云岩，其强风化层分布于边坡浅表层，呈肉红色，厚度为2～5 m，岩体破碎，属较软岩，岩体类型为Ⅳ级。中风化层为边坡体主要组成部分，呈肉红色、浅灰色，岩体为较破碎～较完整，属较硬岩，边坡岩体类型为Ⅲ类，表现为层状结构。

2 边坡稳定性分析

2.1 定性分析

CDE段边坡结构面赤平投影分析图如图1所示。分析结果表明，C倾向与边坡坡向相反，属有利结构面，J、J倾向与边坡坡向大角度相交，属有利结构面；J与J结构面所形成的楔形体底面交线倾向坡外，倾角小于边坡坡度，属于不稳定体，易沿交线发生滑动。赤平投影统计结果如表1所示。

图1 CDE段边坡结构面赤平投影分析图

表1 赤平投影统计结果

2.2 定量分析

边坡岩体类型属于Ⅲ～Ⅳ类，根据定性分析结果，边坡不存在外倾结构面，不稳定体为结构面切割形成的楔形体，故采用理正6.5版岩土计算软件进行稳定性分析。楔形体组合面包括A结构面和B结构面。经计算，边坡目前整体处于稳定状态，稳定系数大于安全系数，满足相关规范要求，但由于削方过程中坡体表面岩体受到机械作用，较为松散、破碎，易产生零星掉块现象，且边坡高陡，岩体侧压力较大，因此必须对坡面进行防护处理。CDE段边坡模型计算参数如表2所示。

表2 CDE段边坡模型计算参数

3 边坡支护方案设计

整体设计方案为：根据边坡开挖现状，削方清除坡面存在的松动块体及倒悬岩体，然后采用格构锚工程及柔性主动防护网对坡面进行永久支护，并在距边坡顶5 m处设置截排水沟。下面重点阐述格构锚在CDE段边坡中的应用设计。

3.1 锚杆工程

3.1.1 岩体侧压力及锚杆计算

该边坡岩体无外倾结构面，按照《建筑边坡工程技术规范》（GB 50330—2013）第6.2.3、8.2.2、8.2.3、8.2.4及9.2.5条文，采用综合内摩擦角计算。经计算，边坡每米锚固力设计值为206.307 kN/m，锚杆所受轴向拉力为28.48 kN，锚杆锚固体与岩石的锚固段长度为0.18 m，锚杆与锚固砂浆的锚固长度为0.32 m，锚杆截面积为158.21 mm。

3.1.2 锚杆长度及间距

按照《岩土锚杆与喷射混凝土支护工程技术规范》（GB 50086—2015）要求，岩质边坡中锚杆锚固段长度一般不小于3 m。根据边坡岩体压力计算结果及锚杆设计计算结果，设计锚固段过小，加上边坡不存在整体稳定性问题，故锚杆主要按构造要求设计，在边坡坡面设置15排6 m长的锚杆对边坡进行支护，锚杆倾角均为15°。此段切坡内砂浆锚杆为系统锚杆，《岩土锚杆与喷射混凝土支护工程技术规范》（GB 50086—2015）规定：锚杆间距以1.25～3.00 m为宜，且不应大于锚杆长度的一半。结合现场实际情况，将锚杆纵、横向间距均定为2 m，呈矩形分布。

3.1.3 锚杆、锚孔直径

根据《建筑边坡工程技术规范》（GB 50330—2013），全粘结型锚杆宜采用直径为16～32 mm的HRB400钢筋，此处为构造锚杆，设计钢筋直径为28 mm，采用HRB400级螺纹钢。采用水泥砂浆作为钢筋保护层时，保护层厚度不应小于25 mm，为便于施工，钢筋保护层厚度取30 mm，经计算，钻孔的理论直径为88 mm，本设计中钻孔直径取100 mm。注浆材料为M30水泥砂浆，灌注时一次完成，注浆压力不低于1 MPa。

3.2 格构梁设计

格构梁截面尺寸为300 mm×300 mm，嵌入坡体100 mm，梁跨比小于1/6，为弹性基础，采用Winkler基床系数法计算内力，格构梁荷载取206.307 kN/m。格构梁结构设计依据《混凝土结构设计规范》（GB 50010—2010），其矩形截面承载能力按照相关公式和规定进行校核。根据内力计算结果，梁身配筋采用理正6.5版岩土计算软件，按双筋矩形进行计算，并结合抗震构造要求进行设计，在格构梁交叉处加密箍筋。梁身混凝土为C30，梁身钢筋主筋采用直径12 mm的HRB400级螺纹钢，箍筋采用直径8 mm的HRB400级圆钢。根据《混凝土结构设计规范》（GB 50010—2010）第3.5.2及8.2条文，该边坡环境类别为二a类，梁柱钢筋的混凝土保护层最小厚度不小于28 mm，故混凝土保护层厚度取50 mm。格构梁每隔15 m设置宽20 mm的伸缩缝，缝内填塞沥青麻丝。

4 结语

边坡支护的目的是保证构（建）筑物及人员安全。本文结合具体案例，查明边坡岩土体结构、性质、分布规律以及地下水特征等，并评价边坡稳定性和发展趋势，确立经济可行的边坡支护方案。CDE段边坡岩体类别为Ⅲ～Ⅳ类，以较硬岩为主，无外倾结构面，采用“削方+格构锚+柔性主动防护网+截排水沟+监测”的支护方案，经济有效。目前，格构锚在此类高陡无外倾结构面且岩体侧压力较大的岩质边坡中应用甚为广泛。