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摘要：近年来，随着我国道路、房建和其他基础设施的大量建设，出现了大量的边坡工程。为了保证道路、房建和基础设施的运营安全和临坡建筑的使用安全，则必然要求对这些边坡进行支护加固。本文结合某市政道路工程实例，通过对边坡地质的条件及其稳定性分析，概述锚杆与预应力锚索腰梁组合进行边坡加固的设计与施工工艺。
关键词：边坡加固；锚杆； 预应力锚索腰梁； 施工工艺
1 工程概况
1. 1 场地条件
某市政道路工程，因道路加宽的需要，拟将其旁一山体内侧的土体挖掉，开挖后形成原状土土质高陡边坡，坡高4.0～15.5m，边坡安全等级为一级。被开挖部分山体的水平距离为150.0m，垂直高度为15.0m，按1∶0.4分两次放坡，放坡高度分别为7.5m和7.5m。由于山体开挖后的边坡稳定性将直接影响建筑物的安全使用，故需根据山体地质情况正确分析其开挖后所形成边坡的稳定性，制定合理的边坡支护方案。
1.2工程地质及水文条件
根据岩土工程勘察报告显示，该山体内的地层自上而下的顺序主要有：第四系坡洪积层（Qdl + pl）、冲洪积层（Qal + pl）、残积层（Qel）以及侏罗系中统基岩（Ja2），
其土層的物理参数如表 1 所示。
表 1 土层的物理力学性质
场区内地下水主要为赋存于基岩风化带中的风化裂隙水，地下水的富水性一般，以大气降水的垂直渗入作为其主要补给来源，地下水位埋藏较深。场区内地下水pH值为5.80～6.20，对拟治理边坡的混凝土结构及钢筋均不具腐蚀性，对钢结构具弱腐蚀性。
2 边坡稳定性分析
由工程条件可知，边坡土层抗剪强度较大，但局部破碎、软硬互层的构造特性又导致其稳定性较低，在地表水及雨水作用下边坡容易滑塌。边坡开挖后，在坡体内发现一个顺坡向的软弱结构面，倾角约30°，长约25m，倾角小于坡角，对边坡稳定性构成潜在的严重威胁。在滑体后部产生张裂缝，该张裂缝对边坡稳定性有很大影响，特别是在暴雨情况下，由于底部排水不畅，张裂缝可能临时充水达一定高度，沿张裂缝及滑动面产生静水压力，使滑动力突然增大，造成边坡滑移。边坡的稳定性分析可按平面剪切破坏类型考虑。
由刚性极限平衡法分析，稳定系数计算：
式中：Fs为边坡稳定性系数；c为滑动面内黏聚力（kPa）；φ为滑动面内摩擦角（°）；L为滑动面长度（m）；α为边坡坡脚（°）；β为滑动面倾角（°）；u为作用在滑块地面上的水浮托力（kPa）；v为张拉裂缝中的水压力（kPa）；γw为水的重度（kN/m3）；γ为岩体重度（kN/m3）；Z为张裂隙深度（m）；Zw为裂隙中水的深度；W为滑体所受重力（kN）。
根据边坡工程地质条件：L=25m，c=30kPa，φ=15°，α=68°，β=30°，γ=20kN/m3，Z=5m，H=15.5m，Zw=4m。c，φ的取值是根据山坡原状土试样进行试验得出的。将上述数据代入公式计算得Fs=0.97，小于设计要求的安全系数1.25，不符合规范要求，说明现有边坡稳定性较差，需采取加固措施。
3 边坡支护设计
根据边坡的岩土体情况、勘察报告以及支护性质，具体方案如下：采用锚杆与预应力锚索并配置钢筋腰梁的复合支护方案，可有效控制边坡土体变形，以确保边坡稳定，满足边坡安全的要求。边坡支护剖面如图1所示，均按1∶4放坡，边坡坡底标高为91.0m，坡顶标高为106.0m，于98.5m标高处设置一个1m宽平台，平台内砌有水沟（见图1）。
图 1 边坡剖面示意
3.1锚杆（索）设计
1）边坡共设10排锚杆，纵横间距为1.5m，遇锚索位置锚杆纵向间距为3m；锚索设有4排，纵横间距均为3.0m，每排锚索都设有腰梁。
2） 设计拉力
式中：δ为锚索（杆）与水平面夹角，其余符号与前相同。根据《岩土工程勘察规范》GB50021-2001Fs取1.25计算，得锚杆拉力T1=520kN/m，锚索拉力T2=430kN/m。
由公式Ti=mT/n （6）
式中：Nt=Ti，m，n分别为锚杆索间距和排数。经计算得出：单根锚杆抗拔力设计值Nt=130kN，单根锚索抗拔力设计值Nt=320kN。
3） 锚杆（索）结构为圆柱形，由β=45°+φ/2-α，根据最大抗滑力锚固角和最经济锚固角确定锚杆（索）的最优化锚固角。锚杆钻孔与水平方向的夹角为15°，锚索钻孔与水平方向的夹角为20°。
4） 锚杆设计长度为8～12m，锚索设计长度为18～23m；锚杆孔径为110mm，锚索孔径为130mm，孔深都应超过设计长度0.5m。
5）锚杆采用1根Φ25的Ⅱ级螺纹钢筋；锚索采用4根7Φ5，Φ15.24mm的预应力钢绞线。其结构分别如图2所示。
图 2 锚杆和预应力锚索结构示意
锚杆和锚索的抗拉验算：
As= KNt/ fpkt （7）
式中：K为安全系数；Nt为锚杆（索）设计轴向力；As为锚筋截面积；fpkt为锚筋（钢筋、钢绞线）抗拉强度设计值，钢筋为455N/mm2，钢绞线为1470N/mm2。
经计算，锚杆 As=457mm2，一条Φ25的Ⅱ级螺纹钢筋截面积为490mm2>As，满足要求。锚索钢铰线As=392mm2，4根7Φ5直径为15.24mm的预应力钢绞线截面积4×137.37=549mm2>As，满足要求。
3.2腰梁设计
腰梁为钢筋混凝土梁，设计腰梁截面积为350mm×400mm，箍筋Φ8@100，采用C30混凝土浇筑。其结构如图3所示。
图 3 腰梁结构示意 4 边坡支护施工
4. 1 施工总体安排
人工土质边坡开挖采用自上而下的形式。开挖结束后的边坡采用锚杆（索）土钉墙喷锚与腰梁组合的支护形式。先施工锚杆、锚索，再对锚索位置设置腰梁进行施工。锚杆（索）施工应与同级坡开挖修坡同时进行，待锚索、腰梁结构预应力张拉后再进行下一级土石方开挖，以免边坡面长时间不防护，造成更大的施工困难，影响施工进度。
4. 2 锚杆施工
1） 进行锚杆孔的定位放线，每隔1.5m间距设一锚孔。在孔口前用定位器定出钻具斜度，锚孔定位偏差不宜大于20mm，锚孔偏斜度不应大于3%。
2）锚杆采用单根Φ25HRB335级钢筋，放入钻孔前应平直、除锈，长度误差不大于10cm，并保证注浆体或混凝土包裹保护层不小于25mm。
3） 采用壓力泵将水灰比为0.5∶1的（P·O42.5普通硅酸盐）水泥净浆注入锚孔，常压注浆，注浆完成后半小时孔口补浆。
4. 3 预应力锚索施工
1） 选用直径15.24mm，强度1860MPa的高强低松弛无黏结钢绞线，延伸率≥3.5% 。
2） 锚索采用两次注浆工艺，采用水灰比为0.5∶1的水泥净浆，第1次为常压注浆，注浆压力0.5MPa；第2次为高压注浆，注浆压力不小于2.0MPa。
3）锚索采用ZB4-500S电动油泵和ESYDC250-200（20t）单根张拉千斤顶进行张拉。
4. 4 挂网、喷锚
1） 按网孔20cm×20cm编制钢筋网，选用Φ8网格筋，钢筋网的交点用隔点式焊接或绑扎，锚头水平方向设双道Φ16加强钢筋。
2）喷射C20细石混凝土，厚100mm，配合比为：水泥∶中砂∶碎石=1∶2∶2.5。
4. 5 钢筋混凝土腰梁施工
1）施工工艺
测线定位→清理坡面→钢筋制作与安装→挡板支模→浇筑混凝土→拆模→养护。
2） 混凝土浇筑 采用 C30混凝土，浇筑过程中要伴随振捣棒进行振捣，防止出现蜂窝现象。浇筑24h后可以拆除模板，7d之内要及时对腰梁洒水养护。
4. 6 工程锚杆（索） 的验收试验
验收试验中对锚杆及锚索各选取5%进行抗拔试验。试验最大荷载值取1.5倍的抗拔力设计值，且≤0.8Afpkt，经试验得出锚杆抗拔力≥200kN，锚索抗拔力≥370kN，均能满足设计要求。
5 边坡稳定性验算及监测
边坡支护后采用瑞典圆弧条分法将边坡分4层进行分析得出，Ks=（R+Nt）/T=1.438>1.25，故支护后的边坡是稳定的。边坡监测采用人工巡视和位移监测。该边坡支护工程施工结束后，经连续的位移和沉降观测，基本没有位移和沉降变化，边坡稳定性较高。
6 结语
通过工程实例，分析了锚杆与预应力锚索腰梁组合的设计方法及其应用的可行性。该方法在考虑工程安全稳定和经济合理的前提下，位移变形小，解决了单纯锚喷支护存在的问题，具有更广阔的应用领域。
参考文献：
[1] 陈铁柱，张校生.浅谈公路边坡施工技术[J].科技资讯，2011，（09） .
[2] 邓擎旗，王峰.高边坡治理方案设计优化分析[J].陕西建筑，2009，（09）.
[3] 张春梅，张凤菊.论高边坡施工步骤及注意事项[J].现代商贸工业，2010，（09）.
关键词：边坡加固；锚杆； 预应力锚索腰梁； 施工工艺
1 工程概况
1. 1 场地条件
某市政道路工程，因道路加宽的需要，拟将其旁一山体内侧的土体挖掉，开挖后形成原状土土质高陡边坡，坡高4.0～15.5m，边坡安全等级为一级。被开挖部分山体的水平距离为150.0m，垂直高度为15.0m，按1∶0.4分两次放坡，放坡高度分别为7.5m和7.5m。由于山体开挖后的边坡稳定性将直接影响建筑物的安全使用，故需根据山体地质情况正确分析其开挖后所形成边坡的稳定性，制定合理的边坡支护方案。
1.2工程地质及水文条件
根据岩土工程勘察报告显示，该山体内的地层自上而下的顺序主要有：第四系坡洪积层（Qdl + pl）、冲洪积层（Qal + pl）、残积层（Qel）以及侏罗系中统基岩（Ja2），
其土層的物理参数如表 1 所示。
表 1 土层的物理力学性质
场区内地下水主要为赋存于基岩风化带中的风化裂隙水，地下水的富水性一般，以大气降水的垂直渗入作为其主要补给来源，地下水位埋藏较深。场区内地下水pH值为5.80～6.20，对拟治理边坡的混凝土结构及钢筋均不具腐蚀性，对钢结构具弱腐蚀性。
2 边坡稳定性分析
由工程条件可知，边坡土层抗剪强度较大，但局部破碎、软硬互层的构造特性又导致其稳定性较低，在地表水及雨水作用下边坡容易滑塌。边坡开挖后，在坡体内发现一个顺坡向的软弱结构面，倾角约30°，长约25m，倾角小于坡角，对边坡稳定性构成潜在的严重威胁。在滑体后部产生张裂缝，该张裂缝对边坡稳定性有很大影响，特别是在暴雨情况下，由于底部排水不畅，张裂缝可能临时充水达一定高度，沿张裂缝及滑动面产生静水压力，使滑动力突然增大，造成边坡滑移。边坡的稳定性分析可按平面剪切破坏类型考虑。
由刚性极限平衡法分析，稳定系数计算：
式中：Fs为边坡稳定性系数；c为滑动面内黏聚力（kPa）；φ为滑动面内摩擦角（°）；L为滑动面长度（m）；α为边坡坡脚（°）；β为滑动面倾角（°）；u为作用在滑块地面上的水浮托力（kPa）；v为张拉裂缝中的水压力（kPa）；γw为水的重度（kN/m3）；γ为岩体重度（kN/m3）；Z为张裂隙深度（m）；Zw为裂隙中水的深度；W为滑体所受重力（kN）。
根据边坡工程地质条件：L=25m，c=30kPa，φ=15°，α=68°，β=30°，γ=20kN/m3，Z=5m，H=15.5m，Zw=4m。c，φ的取值是根据山坡原状土试样进行试验得出的。将上述数据代入公式计算得Fs=0.97，小于设计要求的安全系数1.25，不符合规范要求，说明现有边坡稳定性较差，需采取加固措施。
3 边坡支护设计
根据边坡的岩土体情况、勘察报告以及支护性质，具体方案如下：采用锚杆与预应力锚索并配置钢筋腰梁的复合支护方案，可有效控制边坡土体变形，以确保边坡稳定，满足边坡安全的要求。边坡支护剖面如图1所示，均按1∶4放坡，边坡坡底标高为91.0m，坡顶标高为106.0m，于98.5m标高处设置一个1m宽平台，平台内砌有水沟（见图1）。
图 1 边坡剖面示意
3.1锚杆（索）设计
1）边坡共设10排锚杆，纵横间距为1.5m，遇锚索位置锚杆纵向间距为3m；锚索设有4排，纵横间距均为3.0m，每排锚索都设有腰梁。
2） 设计拉力
式中：δ为锚索（杆）与水平面夹角，其余符号与前相同。根据《岩土工程勘察规范》GB50021-2001Fs取1.25计算，得锚杆拉力T1=520kN/m，锚索拉力T2=430kN/m。
由公式Ti=mT/n （6）
式中：Nt=Ti，m，n分别为锚杆索间距和排数。经计算得出：单根锚杆抗拔力设计值Nt=130kN，单根锚索抗拔力设计值Nt=320kN。
3） 锚杆（索）结构为圆柱形，由β=45°+φ/2-α，根据最大抗滑力锚固角和最经济锚固角确定锚杆（索）的最优化锚固角。锚杆钻孔与水平方向的夹角为15°，锚索钻孔与水平方向的夹角为20°。
4） 锚杆设计长度为8～12m，锚索设计长度为18～23m；锚杆孔径为110mm，锚索孔径为130mm，孔深都应超过设计长度0.5m。
5）锚杆采用1根Φ25的Ⅱ级螺纹钢筋；锚索采用4根7Φ5，Φ15.24mm的预应力钢绞线。其结构分别如图2所示。
图 2 锚杆和预应力锚索结构示意
锚杆和锚索的抗拉验算：
As= KNt/ fpkt （7）
式中：K为安全系数；Nt为锚杆（索）设计轴向力；As为锚筋截面积；fpkt为锚筋（钢筋、钢绞线）抗拉强度设计值，钢筋为455N/mm2，钢绞线为1470N/mm2。
经计算，锚杆 As=457mm2，一条Φ25的Ⅱ级螺纹钢筋截面积为490mm2>As，满足要求。锚索钢铰线As=392mm2，4根7Φ5直径为15.24mm的预应力钢绞线截面积4×137.37=549mm2>As，满足要求。
3.2腰梁设计
腰梁为钢筋混凝土梁，设计腰梁截面积为350mm×400mm，箍筋Φ8@100，采用C30混凝土浇筑。其结构如图3所示。
图 3 腰梁结构示意 4 边坡支护施工
4. 1 施工总体安排
人工土质边坡开挖采用自上而下的形式。开挖结束后的边坡采用锚杆（索）土钉墙喷锚与腰梁组合的支护形式。先施工锚杆、锚索，再对锚索位置设置腰梁进行施工。锚杆（索）施工应与同级坡开挖修坡同时进行，待锚索、腰梁结构预应力张拉后再进行下一级土石方开挖，以免边坡面长时间不防护，造成更大的施工困难，影响施工进度。
4. 2 锚杆施工
1） 进行锚杆孔的定位放线，每隔1.5m间距设一锚孔。在孔口前用定位器定出钻具斜度，锚孔定位偏差不宜大于20mm，锚孔偏斜度不应大于3%。
2）锚杆采用单根Φ25HRB335级钢筋，放入钻孔前应平直、除锈，长度误差不大于10cm，并保证注浆体或混凝土包裹保护层不小于25mm。
3） 采用壓力泵将水灰比为0.5∶1的（P·O42.5普通硅酸盐）水泥净浆注入锚孔，常压注浆，注浆完成后半小时孔口补浆。
4. 3 预应力锚索施工
1） 选用直径15.24mm，强度1860MPa的高强低松弛无黏结钢绞线，延伸率≥3.5% 。
2） 锚索采用两次注浆工艺，采用水灰比为0.5∶1的水泥净浆，第1次为常压注浆，注浆压力0.5MPa；第2次为高压注浆，注浆压力不小于2.0MPa。
3）锚索采用ZB4-500S电动油泵和ESYDC250-200（20t）单根张拉千斤顶进行张拉。
4. 4 挂网、喷锚
1） 按网孔20cm×20cm编制钢筋网，选用Φ8网格筋，钢筋网的交点用隔点式焊接或绑扎，锚头水平方向设双道Φ16加强钢筋。
2）喷射C20细石混凝土，厚100mm，配合比为：水泥∶中砂∶碎石=1∶2∶2.5。
4. 5 钢筋混凝土腰梁施工
1）施工工艺
测线定位→清理坡面→钢筋制作与安装→挡板支模→浇筑混凝土→拆模→养护。
2） 混凝土浇筑 采用 C30混凝土，浇筑过程中要伴随振捣棒进行振捣，防止出现蜂窝现象。浇筑24h后可以拆除模板，7d之内要及时对腰梁洒水养护。
4. 6 工程锚杆（索） 的验收试验
验收试验中对锚杆及锚索各选取5%进行抗拔试验。试验最大荷载值取1.5倍的抗拔力设计值，且≤0.8Afpkt，经试验得出锚杆抗拔力≥200kN，锚索抗拔力≥370kN，均能满足设计要求。
5 边坡稳定性验算及监测
边坡支护后采用瑞典圆弧条分法将边坡分4层进行分析得出，Ks=（R+Nt）/T=1.438>1.25，故支护后的边坡是稳定的。边坡监测采用人工巡视和位移监测。该边坡支护工程施工结束后，经连续的位移和沉降观测，基本没有位移和沉降变化，边坡稳定性较高。
6 结语
通过工程实例，分析了锚杆与预应力锚索腰梁组合的设计方法及其应用的可行性。该方法在考虑工程安全稳定和经济合理的前提下，位移变形小，解决了单纯锚喷支护存在的问题，具有更广阔的应用领域。
参考文献：
[1] 陈铁柱，张校生.浅谈公路边坡施工技术[J].科技资讯，2011，（09） .
[2] 邓擎旗，王峰.高边坡治理方案设计优化分析[J].陕西建筑，2009，（09）.
[3] 张春梅，张凤菊.论高边坡施工步骤及注意事项[J].现代商贸工业，2010，（09）.