王　鑫， 张廷会， 夏建龙

(陕西天地地质有限责任公司, 陕西西安 710054)



锚索格构梁在高边坡支护设计中的应用研究

王鑫， 张廷会， 夏建龙

(陕西天地地质有限责任公司, 陕西西安 710054)

【摘要】文章阐述了锚索格构梁在高边坡支护中的优点及应用条件、锚索格构梁的加固原理及设计原则，通过工程实例对设计方法进行了说明，并对高边坡施工过程中材料运输困难，采用自制材料运输系统对材料进行运输，为类似设计工程提供参考和借鉴。

【关键词】高边坡支护；锚索格构梁；加固原理；设计方法；材料运输系统

预应力锚索格构梁是近年来应用较为广泛的一种新型支档结构，是把受拉杆件埋入地层中以提高岩土自身的强度和自稳定能力的一门工程技术；由于这种技术大大减轻结构物的自重，节约工程材料并确保工程的安全和稳定，具有显著的经济效益和社会效益，因而目前在工程中得到极为广泛地应用。

1锚索格构梁加固的基本原理

锚索格构梁加固的基本原理就是利用锚索周围地层岩土的抗剪强度来传递结构物的拉力以保持地层开挖面的自身稳定，锚索可以提供作用于结构物上以承受外荷的抗力；可以使锚固地层产生压应力区并对加固地层起到加筋作用；可以增强地层的强度，改善地层的力学性能；可以使结构与地层连锁在一起，形成一种共同工作的复合体，使其能有效地承受拉力和剪力。

将锚索与格构梁结合起来，格构梁起到锚墩的作用，同时格构梁将力传递到坡体上，因而这种支护结构与坡体接触面积更大，坡体受力更加均匀，这就减小了坡体局部变形，减少了预应力损失。

2锚索格构梁设计的工程实例

锚索格构梁加固边坡的设计原则：岩土锚固加固设计原则应考虑安全性、经济性和施工的可行性，以稳定为本，加固为主，排水、防护并重，并尽量考虑绿化环保、恢复自然景观等多种因素综合处理，确保施工中的临时稳定和后期工程运行的长期稳定。

2.1工程概况

该工程位于宝鸡市麟游县，为建设主、副井口人工开挖的高边坡治理，右侧边坡高约定40 m，由三级边坡构成，坡率约1∶0.5，边坡上部为5～10 m的马兰黄土，下部为离石黄土。

2.2工程地质及水文地质条件

2.2.1工程地质

根据场地工勘报告揭露的场地地层、地区经验以及现场踏勘，边坡地层自上而下由马兰黄土(Q3)、离石黄土(Q2)及新近系砂砾岩(N)组成(表1)。

2.2.2水文地质条件

该场地地下水为潜水，水位相对标高1 142.33～1 155.06 m。地下水由基岩裂隙水、地表水及降雨补给，水位年变化随

表1　边坡土层物理力学性质参数

大气降水和天堂河河水位起伏，边坡无地下水作用。

2.2.3构造特征

从区域构造上看，场地位于鄂尔多斯盆地渭北断裂区彬县～黄陵坳褶带。鄂尔多斯盆地在晚三叠世从华北地台分离出来，形成一个独立的构造单元。

2.3计算模型及计算参数

采用理正软件，运用圆弧条分法，对边坡稳定性进行分析。由于主、副井口右侧切方边坡已开挖时长约半年，其在自然状态下的稳定性系数接近为1.0，处于不稳定状态。

按G50330-2013规范第3.2.1及5.3.1条的规定，上述部位边坡工程安全等级为一级，边坡稳定安全系数为1.30，而主、副井口右侧的切方边坡天然条件下的稳定性系数均小于1.30，不满足规范要求，且现已开挖的边坡断面存在裂隙、掉块现象，因此，应对切方边坡采取支挡措施。

2.4设计成果

综合考虑边坡岩土物理力学性质，地层出露情况及开挖状况，边坡拟采用锚索-格构梁支护方案，局部采用锚杆-格构梁支护(图1～图3)。

图1　边坡锚索(杆)正面布置

图2　1-1剖面锚杆锚索布置

图3　2-2剖面锚索锚杆布置

2.4.1锚索设计

锚索的设计对于支护结构起着决定性的作用，锚索的间距应确保稳定性安全系数同时兼顾经济性原则，锚固段的长度应满足规范[1]7.2.3的规定,主要设计参数如下：

(1)锚索：设置于边坡的中下部,孔距3.5 m，排距3.0 m, 倾角25°，孔径150 mm,压力分散型锚索,锚索采用φ15.24 mm，高强度,低松驰,1 860级无粘结钢绞线；每索由4根组成,锚索全长分为三种：18 m、25 m、30 m。每束锚索分为二单元,每单元由两根钢绞线构成,锚固段全长12 m，每单元锚固段长6 m，锚索设计预应力600 kN。

(2)锚具：采用OVM锚具，承载体采用40号锰钢制作；限位片厚度5 mm,承载体厚度20 mm。连接螺杆为φ6 mm，长80 mm(图4、图5)。

图4　锚索结构

图5　锚索外锚头大样

(3)灌浆:锚索孔径φ150 mm，钻孔倾角25°；灌浆材料采用M30水泥砂浆，张拉时内锚固段水泥结石强度不得低于30 MPa。

(4)外锚头保护：在锚索张拉锁定完成后进行二期浇筑，混凝土强度等级C30，浇筑前应对锚具和钢绞线除锈。

(5)锚索张拉锁定后，用金刚砂轮切断外露的钢绞线，切口位置至锚板的距离不小50 mm。

2.4.2锚杆设计

(1)锚杆长均8.5 m，为φ22Ⅱ级螺纹钢筋。

(2)锚杆孔孔径φ110 mm，钻孔倾角25°。

(3)锚杆排距(垂直)3.0 m,孔距3.50 m,正方形布孔;锚索排距(垂直)3.00 m,孔距3.50 m,矩形布孔。

(4)锚杆弯头长度不小于300 mm，与肋柱主筋绑扎。

2.4.3格构梁

格构梁：截面为400 mm×300 mm，C30混凝土, 梁上部配4φ18Ⅱ级螺纹钢筋,梁下部靠坡侧配4φ18Ⅱ级螺纹钢筋,2φ22Ⅱ级螺纹钢筋，箍筋为φ8盘条，间距200 mm。

2.4.4排水沟

坡底坡顶及平台设红砖砌筑排水沟，呈正方形，净宽500 mm,砌体厚250 mm，采用1 cm M15砂浆抹面，砌砖用砂浆为M7.5；天沟距离坡顶线至少1 m，侧沟将平台排水沟的水引入坡脚排水沟。

2.4.5绿化

格构梁内放置六棱空心砖，空心部分填充含草籽的土壤,平台种植观赏乔木，使绿化效果有效、持续。植物配置应充分考虑施工地点的气候特征、植物的生物学特性、管理养护条件等诸多综合因素，选择适宜这种特殊环境的植物，增强生态效果。

2.4.6监测

边坡共布设基点2个，监测点15个，其目的：

(1)施工过程中监测边坡的稳定性，确保施工过程中边坡的安全；

(2)施工后监测边坡的稳定性，检验治理效果；

(3)验证边坡工程设计相关参数的准确性与可靠性；

监测对象：边坡治理工程施工前和施工中，监测边坡位移情况。

监测等级：符合GBJ 50026-93《工程测量规范》“二等变形测量”要求。

监测精度：观测点垂直位移中误差≤±0.5 mm；观测点水平位移中误差≤±3.0 mm。

监测周期：一般为3个月一次，雨季应1个月一次，遇到大的暴雨或连阴雨时应加密观测次数。工程施工过程中应加密观测次数。

2.5材料运输系统

高边坡高度大，坡度陡，给材料运输带来较大困难。使用挖掘机修“Z”字型便道，车辆无法到达目的地；使用塔吊运输，无合适的附着物且成本较大。利用“缆车”原理，使用自制材料运输系统(专利号：ZL 201420034904.1)进行材料运输是最有效最经济的方法，原理示意见图6。

图6　自制材料运输系统

2.6边坡处理效果

郭家河煤矿主、副井口高边坡治理通过锚索-格构梁支护、部分采用锚杆-格构梁支护方案的联合应用，保证了边坡的稳定性，对设置的预应力锚索等观测项目的工后观测数据表明，边坡处于稳定状态。

3结束语

(1)预应力锚索-格构梁作为边坡支护的主要形式，具有受力合理、主动支撑、施工速度快、对坡体扰动小的优点，在边坡加固中应用越来越广泛。

(2)通过工程实例对预应力锚索-格构梁支护的设计方法进行分析，明确其设计思路及设计过程。

(3)针对高边坡施工过程中材料运输困难问题，采用自制材料运输系统对材料进行运输，方便经济(专利号：ZL 201420034904.1)。

(4)边坡工程中，不确定影响因素多，除合理设计外，其它环节也相当重要，尤其是施工过程质量的控制，必要时应进行支护结构的动态设计。

参考文献

[1]GB 50330-2013 建筑边坡工程技术规范[S].

[2]梁炯均.锚固与注浆技术手册[M].北京：中国电力出版社，1999.

[3]CECS 22：90 土层锚杆设计与施工规范[S].

[4]蒋树屏，王福敏，唐树名，等.岩土锚固技术研究与工程应用[M].北京：人民交通出版社，2010.

[作者简介]王鑫(1983～)，男，硕士，工程师，从事岩土工程专业工作。

【中图分类号】U417.1+2

【文献标志码】B

[定稿日期]2015-10-08