岩质顺向边坡支护工程设计选型及分析

鲁云静，何 旺

（贵州省地矿局第二工程勘察院有限公司，贵州 遵义 563000）

1 工程地质概况及物理力学参数

1.1 工程地质概况

道路切方边坡起点连接东城大道，其中K0+000～K0+240段房开建设过程中已经完成该段道路建设工程（紧邻房开施工区）；终点与拟建规划道路连接，现状有乡村道路直达道路终点；边坡区沿线为居民区，有乡村道路直达拟建边坡坡顶位置；总之，场地交通极为方便。道路中线靠近左侧山头，山体最高点高程为953.63m；边坡所处相对位置较高，区内无常年性地表水体，但边坡开挖后左右两侧存在一定汇水面积，场区及附近共发育3条断层，发育方向均为北东—南西向，地层复杂较多，地层岩性有土层Q4el+dl粉质粘土、粘土，基岩层T1y2灰岩、P3c灰岩、P3l泥岩、P2m1灰岩。边坡切方后上部为灰岩，下部为泥岩，整体呈“上硬下软”状态。

设计边坡为拟建道路K0+340～K0+560两侧道路边坡及房开施工区已开挖边坡，道路设计标高902.308～910.347m，西北侧房开区道路约910m，根据规划设计，道路开挖到设计标高后将在道路两侧形成最高26.5m的岩质切方边坡，按边坡岩土结构特征、边坡高度等因素综合确定，将边坡划分成8段。

1.2 物理力学参数

本项目采集岩样均严格按照相关标准执行，各项试验工作均符合《工程岩体试验方法标准》（GB/T50266-2013）的要求，场地物理力学性质及参数见表1。

表1 边坡稳定性分析岩土参数选用表

2 支护设计计算与方案分析

2.1 开挖后边坡稳定性定量计算

稳定性计算采用北京理正岩土计算系列软件6.5PB4版，均按设计坡比开挖后进行计算，设计边坡共8 段，均为岩质边坡，A-B-C 段、K0+508～K0+571 左侧、K0+352～K0+507 右侧边坡无外倾结构面，且坡顶无重要建筑物，边坡侧压力根据《建筑边坡工程技术规范》（GB50330-2013）6.3.3 无外倾结构面岩质边坡以等效内摩擦角按主动土压力计算；K0+398～K0+508左侧边坡发育一组外倾结构面，根据《建筑边坡工程技术规范》（GB50330-2013）6.3.3 无外倾结构面岩质边坡应分别以等效内摩擦角按主动土压力计算及以外倾结构面按主动岩石压力计算，并取其中较大值[2]。各段边坡稳定性计算结果及评价见表2。

表2 侧压力及剩余下滑力计算结果统计表

2.2 支护设计方案分析

（1）A-B-C 段边坡已经开挖成型，虽边坡整体处于稳定状态，但边坡高度大，岩体破碎，且坡度较陡，边坡发生零星掉块的风险高，危害大，且开挖坡面不平整，建议对该段边坡采用挡土墙进行支护；

（2）K0+398～K0+491 段左侧为岩质顺向边坡，边坡岩体以泥岩为主，按规划坡比（1∶1分级放坡）放坡后处于基本稳定—不稳定状态；由于边坡岩体以泥岩为主，岩体较破碎，且规划放坡坡角略大于岩层倾角，边坡放坡开挖过程坡面极易沿层面发生扰动破坏，边坡按规划坡比开挖难以成型；由于上段边坡高度较大，若该段边坡按岩层层面分级放坡则会超出现有征地红线，占用林地，且边坡下部岩体以泥岩为主，属软质岩，岩体破碎，因此设计对该段边坡底部采用抗滑桩进行支护，桩顶以上按岩层层面进行放坡，放坡后坡面采用“构造锚杆+格构梁”进行放坡，后期亦方便在格构梁内培土进行区内生态修复[3]。

（3）K0+491～K0+571 段左侧为岩质切向边坡，按规划坡比（1∶1 分级放坡）放坡后边坡整体处于稳定状态，但若按规划坡比进行放坡，则边坡高度较大，则该段边坡与K0+398～K0+491段左侧段边坡接触带会形成较高临空面，因此设计对该段边坡按1∶0.75 放坡后采用“构造锚杆+格构梁”进行放坡，后期亦方便在格构梁内培土进行区内生态修复。

（4）K0+352～K0+507段右侧按规划坡比（1∶1分级放坡）放坡后虽边坡整体处于稳定状态，但该段边坡沿岩质顺向坡为主，岩体较破碎，且规划放坡坡角略大于岩层倾角，边坡放坡开挖过程坡面极易沿层面发生扰动破坏，边坡按规划坡比开挖难以成型；因此该段边坡设计按岩层层面进行放坡后，采用“锚杆+格构”进行支护，后期亦方便在格构梁内培土进行区内生态修复[4]。

3 支护设计方案抗滑桩段选型分析及结构设计

3.1 设计方案选型分析及结构设计

着重对DE 段锚索+抗滑桩段进行重点分析。按建筑边坡工程技术规范（GB50330-2013）6.2.3 式和贵州建筑岩土工程技术规范（BDJ52/T046-2018）8.3.5式对道路边坡复杂折现破裂面侧向压力计算进行了详细论述。经过计算，抗滑桩DE段下部泥岩段平面滑动计算下滑力远大于抗滑力，稳定性系数Fs=0.541,抗滑桩抵抗滑坡体剩余下滑力水平分力达1248.01kn/m（详见表3）。若只采用抗滑桩对全段边坡进行支护，虽然CD段采用K法计算桩顶最大位移27mm＜50mm满足规范要求，DE 段采用K 法计算桩顶最大位移49mm＜50mm亦满足规范要求，但49mm接近规范要求最大值50mm，并且考虑到此段地质情况复杂，整体呈“上硬下软”状态，边坡为顺向坡，因此必须设置锚索抵抗下滑力水平分力，Ⅱ类抗滑桩设计两排锚索，纵横间距为3.0m×4.0m，第1 排锚索至桩顶0.3m 布置，第2 排锚索设置腰梁连接。锚索位于抗滑桩中心，入射角为20°，入射方位角与边坡坡向成180°夹角；预应力锚索锚固段为中风化灰岩，长不小于8.0m，外锚段不小于1.5m。预应力锚索设计张拉值为400kN，采用分级张拉；预应力锚索钢绞线规格为s17.8（1×7）预应力钢绞线，钢绞线抗拉强度设计值1320N/mm2，预应力锚索钢绞线数量第1排为9束，第2排为8束[5]。

表3 下部泥岩段平面滑动

其中Ⅱ类抗滑桩为锚拉桩，锚索设计参数详见锚索工程。ⅠⅡ类抗滑桩总长15.0m，嵌固段5.2m，根据《建筑边坡工程技术规范》（GB50330-2013）第13.3.7条确定，在岩质地基中嵌固深度不宜小于桩总长的1/4，设计桩嵌固段深度均满足规范要求。

抗滑桩桩身采用砼C30 浇筑，抗滑桩桩身主筋采用∅32HRB400级螺纹钢，架立筋采用∅20HRB400级螺纹钢，箍筋采用∅12HRB400级螺纹钢。本次设计抗滑桩采用人工选挖桩，挖孔桩护壁采用C25 钢筋混凝土护壁，护壁厚250mm，纵筋为直径10mm 的HRB400级螺纹钢，间距250mm，横向箍筋为14mm 的HRB400级螺纹钢，间距250mm；地面采用锁口，以保证施工安全，锁口厚度300mm，纵筋为直径10mm的HRB400级螺纹钢，间距250mm，横向箍筋为14mm的HRB400级螺纹钢，间距250mm，护壁钢筋保护层厚度50mm。

为了加强抗滑桩的整体稳定性，结合防连续倒塌原则，在抗滑桩顶部布置冠梁，Ⅰ、Ⅱ类抗滑桩冠梁尺寸及配筋均相同，冠梁断面为1.2m×2.0m（铅直高度1.2m），冠梁布置总长100.5m，竖向主筋采用∅32HRB400级螺纹钢，横向主筋采用∅20HRB400级螺纹钢，箍筋采用∅12HRB400 级螺纹钢，间距200mm，钢筋保护层厚度100mm，采用砼C30 浇筑，冠梁的纵向主筋须与桩身钢筋笼预留钢筋焊接或绑扎好后，再立模、浇筑。

为了抵抗土体水平推力、考虑桩间的土拱效应，本次在抗滑桩间设置挡土板，挡土板采用构造配筋，挡土板长2.5m，材料采用C30 浇筑，板厚度350mm，主筋采用∅20HRB400级螺纹钢，拉筋采用∅12HRB400级螺纹钢，竖筋∅25HRB400 级螺纹钢，钢筋保护层厚度35mm，挡土板采用全粘结普通砂浆锚杆与坡面固定，锚杆杆体为C25HRB400，长度4.5m，锚杆纵横间距均为2.0m，锚孔孔径为110mm，入射角为20°；锚杆采用高强度螺栓连接，注浆材料为M30水泥浆（注浆强度等级不低于M30），灌注时一次完成，注浆压力不小于1.0MPa。

桩间挡土板设置∅110mm 泄水孔，泄水孔水平间距为1000mm，竖向间距为1000mm。

因边坡区域位于山地斜坡地带，存在一定的汇水面积，汇水面积0.03km2，本次截排水沟采用构造设计，因HI 段边坡顶部为反坡，不存在汇水面积，故该区域本次未设置截排水沟。本次截排水沟总长约为305m，截排水沟两侧与市政排水系统相接，将坡面水排出。

本次截排水沟采用满足构造设计要求即可，截排水沟断面为梯形，净空底宽400mm，深500mm，两侧沟帮坡比系数为1∶0.25，沟帮厚300mm，沟底厚300mm，采用C25混凝土浇筑，为保证截排水沟基础稳定，截水沟开挖深度须大于沟底厚度与侧边墙高度之和，排水沟修建好后两侧超挖部分用粘土进行回填夯实，需要填方地段应分层夯实，确保水沟稳定安全。为了防止温差裂隙和截排水沟基础不均匀沉降造成的沟渠裂缝，应对截排水沟进行分缝浇筑，分缝间距15m，缝宽20m，缝内填塞沥青麻丝。

为控制桩顶位移，在K0+409～K0+495 左侧II 类抗滑桩上部设计锚索，由于设计抗滑桩为人工挖孔桩，钢筋笼制作时应预留锚索的锚孔位置，采用预埋钢管进行锚索定位，预留时采用内径大于150mm 的钢管，先与抗滑桩固定，钢管两端封闭。抗滑桩钢筋笼吊装后，应在孔内进行中心校正，保证两侧混凝土保护层厚度，保证锚孔平面投影与边坡走向垂直。

3.2 抗滑桩及锚拉工程探讨

（1）抗滑桩施工顺序：放孔孔标高确定→开挖孔桩→钢筋笼制作→预留锚孔定位钢管、桩顶搭接钢筋及锚孔控制钢筋红漆标记→声波管制作及封闭→钢筋笼方位及保护层定位调整→连续浇筑混凝土（超灌0.5m左右）→等待混凝土达到设计强度80%→剔除桩顶浮浆→冠梁钢筋制作→冠梁预埋锚索钢管→支模→冠梁混凝土浇筑→等待混凝土达到设计强度80%，而后开始桩前锚索制作；

（2）锚索制作顺序：抗滑桩及冠梁施工完毕→复核确认预留锚孔钢管位置→钻孔设备准备及校核入射角度→锚索成孔并超钻0.5m→清孔→锚索制作并计算锚索实际需要长度→自由段涂黄油及硬塑PVE管套入→硬塑管近锚固段末端绑扎防止注浆进入→锚索放入孔内→锚索定位→根据锚索锚固段及孔径计算注浆量（可稍微偏大一点）→锚索锚固段注浆→止浆→自由段灌注水泥砂浆防腐蚀→腰梁及锚墩制作→分5 次张拉不锁定→开挖至920.2m→第二排锚索施工（重复上述操作）→第一排锚索进行补张拉到设计值后锁定→封锚→开挖至道路设计路面标高→第二排锚索不张拉到设计值后锁定→封锚；

（3）抗滑桩必须一次浇筑完成，严禁分段浇筑（冠梁部分除外），抗滑桩设计为人工开挖，钢筋笼应提前制作，人工成孔后应尽快吊装钢筋笼，浇筑桩芯混凝土，防止桩孔垮塌；

（4）抗滑桩钢筋笼制作时，应预埋锚索钢管并固定，钢管应两端封闭，钢管内径应大于等于设计锚孔直径，抗滑桩钢筋笼吊装后，应在孔内进行中心校正，保证两侧混凝土保护层厚度，保证锚孔平面投影与边坡走向垂直；

（5）按规范应布置4 根声测管建筑桩身完整性，声测管设计为钢管，呈120°均匀布置，管内径大于换能器外径即可，本设计建议采用不小于50mm钢管，声波导管应下端封闭，上段加盖、管内无异味，其顶部伸出地面长度不得小于100mm。

（6）抗滑桩养护期在7d以上，桩身及冠梁砼（C30）强度必须达到设计强度的95%以上，才能进行桩前开挖工作、分级施工及腰梁及锚索。在实施第一级锚索时，应分级张拉，但不锁定，不封锚。在实施第二级锚索后，在对第一级锚索进行补张拉到设计荷载值，而后进行锚索锁定及外锚墩封闭。此是为了防止锚索应力松弛，不能达到设计要求[6]。

（7）锚索施工钻孔应超钻50cm，锚索放入前应对锚孔进行清孔；锚孔钻孔施工作业时应及时校对入射角，入射角度偏差应在规范允许范围。

（8）锚索材料应符合国家相应标准，锚索自由段设计为套管PVE管，穿钢绞线时应在自由段涂抹黄油在套硬塑管，锚固段严禁涂抹黄油。硬塑管近锚固段的末端应采用钢丝绑扎封闭，防止浆体进入；锚索放入锚孔后应对锚索进行孔内校正，防止保护层厚度不足。

（9）锚索锚固段注浆量应根据锚孔直径及锚固段长度进行计算，实际注浆应略扩大注浆量，防止漏浆后锚固段长度不足。同时，锚索自由段灌注水泥砂浆1∶3（细砂或粉砂）防腐。

（10）锚具建议采用OVM 型锚具或符合国家标准的的同类产品，锚垫板应满足设计厚度。

（11）锚索张拉应同时满足伸长量和锚固力的相互关系，若不匹配，施工单位应自查原因，检查施工工序，必要时通知相关单位到现场复核；施工单位应对场地锚索进行一定比例的拉拔试验，试验应委托具有相关资质的检测单位实施，试验比例应符合国家现行规范的相关要求，检测单位检测完毕后，应出具检测合格书。

4 结论

对地质构造活动强烈断层发育带，顺向坡的支护设计不应只是满足设计规范要求，更应考虑到断层发育带岩土体的破碎性，DE段采用K法计算桩顶最大位移49mm＜50mm 亦满足规范要求，但49mm 接近50mm，并且考虑到此段地质情况复杂，整体呈“上硬下软”状态，边坡为顺向坡，因此必须设置锚索抵抗下滑力水平分力（水平分力较大，计算值为1248.01kN/m），Ⅱ类抗滑桩设计两排锚索。入射方位角与边坡坡向成180°夹角；预应力锚索锚固段为中风化灰岩，长不小于8.0m，外锚段不小于1.5m。