預(yù)應(yīng)力錨索+系統(tǒng)掛網(wǎng)錨桿在人工高邊坡支護(hù)中的應(yīng)用

羅雪貴,武富強(qiáng),楊嘉凱,馮一冰

(1.河南省地球物理工程勘察院,河南鄭州 450053;2.河南省地礦局第十一地質(zhì)隊(duì),河南商丘 476000)

預(yù)應(yīng)力錨索+系統(tǒng)掛網(wǎng)錨桿在人工高邊坡支護(hù)中的應(yīng)用

羅雪貴1,武富強(qiáng)1,楊嘉凱1,馮一冰2

(1.河南省地球物理工程勘察院,河南鄭州 450053;2.河南省地礦局第十一地質(zhì)隊(duì),河南商丘 476000)

以河北鋼鐵集團(tuán)舞鋼新建廠(chǎng)區(qū)北邊坡第4工段支護(hù)工程為例,介紹了預(yù)應(yīng)力錨索和系統(tǒng)掛網(wǎng)錨桿的支護(hù)結(jié)構(gòu)在破碎的巖石高邊坡支護(hù)中的應(yīng)用。

地質(zhì)災(zāi)害;邊坡支護(hù);預(yù)應(yīng)力錨索;錨桿

1 工程概況

河北鋼鐵集團(tuán)舞鋼冶金有限責(zé)任公司鐵前配套項(xiàng)目(新建廠(chǎng)區(qū))工程位于舞鋼市楊莊鄉(xiāng)柏莊西北部。建筑場(chǎng)地東西長(zhǎng)約1030 m、南北寬約500 m,主要有1260 m3高爐工程區(qū)及180 m2燒結(jié)機(jī)工程區(qū)。廠(chǎng)區(qū)北部因臨山而被人工開(kāi)挖形成一不穩(wěn)定邊坡,邊坡全長(zhǎng)約900 m,支護(hù)部分邊坡高度5～36 m,坡度 45°～85°,坡面平整程度較差 ,有較多的突石及倒坡存在。由于開(kāi)挖后未及時(shí)進(jìn)行加固,造成巖體應(yīng)力釋放后,坡體失穩(wěn),造成坡體巖石崩塌及滑坡現(xiàn)象比較嚴(yán)重。

2 工程地質(zhì)條件

邊坡周邊地貌單元為剝蝕崗地,為山前坡洪積裙,地面海拔高程150～200 m,坡降215‰～10‰。主要分布古近系古新統(tǒng)—始新統(tǒng)(E1-2),主要巖性為板巖和頁(yè)巖、坡殘積土。巖石風(fēng)化裂隙發(fā)育,“X”型節(jié)理發(fā)育,巖體表面看多呈塊狀,結(jié)構(gòu)面結(jié)合程度較差,巖體完整程度屬極破碎～破碎巖體,巖石堅(jiān)硬程度屬軟巖 ,傾向約 180°,傾角 10°～30°。巖層中有輝綠巖脈侵入體,與巖體走向呈60°～80°角斜交,巖脈寬度50～100 cm,已經(jīng)風(fēng)化成土狀。

3 邊坡穩(wěn)定性分析

邊坡主要失穩(wěn)滑坡破壞形式有以下幾種:平面剪切破壞滑坡、旋轉(zhuǎn)剪切破壞滑坡、巖塊流動(dòng)滑坡、崩塌破壞、剝落破壞等形式。本邊坡為巖塊流動(dòng)滑坡、崩塌破壞、剝落破壞等幾種破壞形式的綜合作用,現(xiàn)場(chǎng)踏勘表明有垂直于坡面的下傾軟弱層面結(jié)構(gòu)、裂隙及節(jié)理發(fā)育,坡體巖層破碎嚴(yán)重。巖體巖質(zhì)較軟,風(fēng)化后易破碎,固結(jié)程度差,人工開(kāi)挖時(shí),又破壞了巖體結(jié)構(gòu)的完整性,即對(duì)邊坡削方挖土?xí)r,人為增大斜坡的角度,使坡頂巖土抗剪強(qiáng)度降低,巖體內(nèi)部應(yīng)力釋放,巖體失去了平衡,形成了失穩(wěn)坍塌現(xiàn)象。邊坡開(kāi)挖后又未得到及時(shí)整治,暴露的松散巖體或巖土混合體的淺層破壞形式與風(fēng)化應(yīng)力、地表水、振動(dòng)作用相互影響,又因前期暴雨,大量地表水滲入地下,浸泡軟化地層,造成巖性弱化,導(dǎo)致沿軟弱結(jié)構(gòu)面發(fā)生滑坡現(xiàn)象。

因此,必須結(jié)合截排水措施,綜合考慮坡體防護(hù)措施。

4 邊坡治理方案及設(shè)計(jì)

4.1 邊坡治理方案

人工開(kāi)挖高陡邊坡的穩(wěn)定性主要與當(dāng)?shù)氐墓こ痰刭|(zhì)水文地質(zhì)情況和坡面排水條件有關(guān),此外地形、地貌、坡體特征、氣候等因素對(duì)其穩(wěn)定性也有很大影響,因此永久建筑邊坡的防護(hù)方案和整治措施應(yīng)結(jié)合永久建筑邊坡等級(jí)、土質(zhì)巖性、水文地質(zhì)條件、坡體特征、氣候環(huán)境、降雨強(qiáng)度、坡面排水措施等綜合考慮。本邊坡治理的重點(diǎn)在于解決破碎巖體局部穩(wěn)定性問(wèn)題和坡體沿軟弱結(jié)構(gòu)面的抗滑動(dòng)問(wèn)題,尤其注意防止雨水滲入坡體,免除節(jié)理性裂隙間充填物的軟化流失而削弱坡面的穩(wěn)定。經(jīng)與其它措施如抗滑樁、錨桿擋土墻等進(jìn)行綜合效益比較及其它工程類(lèi)比,認(rèn)為“預(yù)應(yīng)力巖石錨索+長(zhǎng)巖石錨桿+系統(tǒng)掛網(wǎng)短錨桿+鋼筋網(wǎng)噴射混凝土護(hù)坡”+“坡面排水孔有序排水+坡頂排水溝截排水”為本邊坡的最優(yōu)化永久治理方案。

4.2 支護(hù)設(shè)計(jì)

第4工段共設(shè)計(jì)28排錨桿,2 m錨桿469根、6 m錨桿168根、9 m錨桿380根、12m錨桿108根、18 m錨桿103根、22 m錨桿95根、25 m錨桿88根、30 m錨桿87根,共計(jì)1498根。

預(yù)應(yīng)力錨索預(yù)應(yīng)力筋采用UPS15.20-1860高強(qiáng)大延伸率低松弛無(wú)粘結(jié)鋼絞線(xiàn),錨索配筋5“s1512。錨具采用OVM15-5系列錨具,鋼墊板使用300 mm×300 mm×20 mm。鋼板下做C25混凝土墊墩,墊墩頂面和鉆孔垂直,尺寸為400 mm×400 mm,墊墩頂面到坡面的最小垂直高度100 mm,四邊以45°角向外擴(kuò)展,墊墩內(nèi)距頂面每100 mm設(shè)置一層鋼筋網(wǎng)(“8@100×100)。錨頭采用環(huán)氧砂漿封錨,環(huán)氧砂漿保護(hù)層厚度≮30 mm,然后掛鋼筋網(wǎng)片噴射混凝土覆蓋保護(hù),保護(hù)層總厚度≮300 mm。錨索長(zhǎng)度22、25、30 m三種,其錨固段的長(zhǎng)度為10 m,設(shè)計(jì)施加預(yù)應(yīng)力 750 kN,鉆孔直徑110 mm,傾角為 -30°。

長(zhǎng)巖石錨桿自坡腳115 m開(kāi)始按照垂直距離310 m、水平距離310 m布置,錨桿鉆孔直徑110 mm,錨桿傾角-30°,錨桿材料為 “22 mm 或 “25 mmⅡ級(jí)螺紋鋼。由于預(yù)應(yīng)力錨索和長(zhǎng)巖石錨桿間、排距較大,在每?jī)蓚€(gè)預(yù)應(yīng)力錨索或長(zhǎng)巖石錨桿之間增加一排 “22 mm砂漿錨桿(系統(tǒng)錨桿),錨桿長(zhǎng)度210 m、間距310 m,鉆孔直徑100 mm,傾角與長(zhǎng)錨桿(索)一致,錨桿之間使用螺紋鋼加強(qiáng)筋連接。

鋼筋網(wǎng)材料使用 “615 mm盤(pán)圓鋼筋,網(wǎng)格尺寸為250 mm×250 mm,噴射混凝土保護(hù)層平均厚度為30 mm,噴射混凝土等級(jí)為C20,噴層平均厚度為130 mm,噴射混凝土的主要材料為水泥、砂、碎石和速凝劑,其配合比為水泥∶砂∶石=1∶2∶2,水灰比控制在0140～0145。

預(yù)應(yīng)力錨索和長(zhǎng)錨桿之間采用2“16豎向加強(qiáng)筋和2“16橫向加強(qiáng)筋,其它為 “16加強(qiáng)筋。

在邊坡底部起,垂直高度每6 m設(shè)置一排排水孔 ,孔徑 90 mm,傾角為 +10°,長(zhǎng)度 610 m,間距 610 m。在坡頂設(shè)置一截排水渠,采用C15混凝土,頂寬500 mm,底寬 300 mm,深 500 mm,渠道厚 150 mm。

錨索結(jié)構(gòu)及邊坡加固布置如圖1～3所示。

圖1 全長(zhǎng)防護(hù)預(yù)應(yīng)力錨索結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 第4工段滑坡體加固剖面圖

圖3 高邊坡部分局部立面圖

5 邊坡施工

本邊坡主要設(shè)計(jì)內(nèi)容有預(yù)應(yīng)力錨桿(索)施工、長(zhǎng)錨桿施工、系統(tǒng)錨桿(砂漿錨桿)和鋼筋網(wǎng)噴射混凝土。施工內(nèi)容包括錨索和錨桿的制作安裝、鉆孔和注漿、鋼筋網(wǎng)的設(shè)置和噴射混凝土作業(yè)。施工工藝流程見(jiàn)圖4。

5.1 鉆孔

圖4 邊坡噴錨加固施工程序圖

根據(jù)巖層情況,鉆孔機(jī)械采用QZJ-100B型潛孔沖擊鉆機(jī)(土夾石坡段須采用組合鉆具),配套的鉆具為CR90型和CR100型沖擊器,鉆頭直徑100～110 mm。鉆孔前,首先要標(biāo)定好孔位,嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)的傾角和方位角架設(shè)鉆機(jī)。鉆進(jìn)時(shí),嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)的孔位、孔徑、孔深和傾角鉆進(jìn)。鉆孔完成后,要用高壓空氣清洗鉆孔,徹底排出孔內(nèi)的巖粉和碎石,在推送錨索前要再一次檢查孔深是否滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求和孔內(nèi)有無(wú)塌孔現(xiàn)象,發(fā)現(xiàn)后應(yīng)再用鉆機(jī)清孔后再安裝錨索。

5.2 錨索、錨桿的制作與安裝

錨索體材料為UPS15.2-1860級(jí)鋼絞線(xiàn),長(zhǎng)錨桿和噴層構(gòu)造錨桿材料為Ⅱ級(jí)螺紋鋼,應(yīng)使用符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的材料。為了確保錨桿和錨索的永久性,必須在桿體上安裝對(duì)中支架,對(duì)中支架的間距為210～215 m,高度≮3 cm,確保桿體周?chē)幸欢ê穸鹊淖{體包裹。索體和錨桿均使用純水泥注漿體,注漿體材料使用 PO 32.5普通硅酸鹽水泥,水灰比為0140～015,為了減小注漿體收縮量,可在注漿體中按照水泥∶砂=1∶015～110的比例摻加細(xì)砂。為了保證注漿體的質(zhì)量,所有注漿體均使用砂漿攪拌機(jī)進(jìn)行強(qiáng)制攪拌,攪拌時(shí)間≮2 min。

5.3 錨頭防護(hù)

為了防止錨頭長(zhǎng)期暴露在大氣環(huán)境中產(chǎn)生銹蝕破壞,錨桿和錨索施工完成后應(yīng)使用環(huán)氧砂漿封錨,然后噴射混凝土覆蓋保護(hù)。

5.4 鋼筋網(wǎng)與噴射混凝土

為了保證施工質(zhì)量,施工時(shí)應(yīng)指定專(zhuān)人負(fù)責(zé)控制配合比,采用性能符合相應(yīng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的PO 32.5普通硅酸鹽水泥;噴射時(shí)應(yīng)使用中粗砂,細(xì)度模數(shù)應(yīng)大于215,含水率為5%～7%;同時(shí)采用堅(jiān)硬耐久的卵石或小米石,其最大粒徑應(yīng)小于15 mm。

6 邊坡監(jiān)測(cè)

(1)監(jiān)測(cè)方需設(shè)計(jì)施工方外的第三方監(jiān)測(cè)。

(2)人工巡查:施工時(shí)安排專(zhuān)人對(duì)坡面現(xiàn)狀、支護(hù)結(jié)構(gòu)狀態(tài)及巖土體狀態(tài)進(jìn)行巡查。

總而言之，體驗(yàn)式學(xué)習(xí)的應(yīng)用對(duì)于提高小學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣以及數(shù)學(xué)教學(xué)質(zhì)量具有積極作用。在應(yīng)用體驗(yàn)式學(xué)習(xí)的過(guò)程中，教師首先應(yīng)該明確小學(xué)數(shù)學(xué)的教學(xué)目標(biāo)，同時(shí)秉承以學(xué)生為主體的教學(xué)理念，通過(guò)情境教學(xué)和游戲教學(xué)方法的合理運(yùn)用強(qiáng)化學(xué)生的自主學(xué)習(xí)，切實(shí)提升課堂教學(xué)效果。與此同時(shí)，教師應(yīng)該注重學(xué)生動(dòng)手操作能力的培養(yǎng)，可以通過(guò)動(dòng)手操作推進(jìn)學(xué)生的參與，并且應(yīng)該在課堂中加強(qiáng)學(xué)生之間的探討交流，從而高效發(fā)揮體驗(yàn)式教學(xué)的優(yōu)勢(shì)。

(3)位移監(jiān)測(cè)包括水平位移及沉降監(jiān)測(cè),坡頂周邊每隔30 m左右埋設(shè)一個(gè)水平位移兼沉降觀測(cè)點(diǎn)。

(4)監(jiān)測(cè)邊坡周?chē)叵滤蛔兓?/p>

(5)錨索工作應(yīng)力監(jiān)測(cè)的點(diǎn)數(shù)不少于錨索總數(shù)的1%。

(6)變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)應(yīng)在施工前設(shè)置,變形觀測(cè)應(yīng)在開(kāi)始施工后開(kāi)始實(shí)施。

(7)變形觀測(cè)的技術(shù)要求應(yīng)符合現(xiàn)行的《工程測(cè)量規(guī)范》(GB 50026-2007)有關(guān)變形測(cè)量的規(guī)定,觀測(cè)精度應(yīng)滿(mǎn)足不低于二等精度要求。

(8)監(jiān)測(cè)結(jié)果要及時(shí)反饋到設(shè)計(jì)施工及其它有關(guān)單位,以及時(shí)明確相應(yīng)的技術(shù)措施,優(yōu)化施工,確保工程安全。

(9)建議的監(jiān)測(cè)報(bào)警值:水平位移累計(jì)量30 mm或2 mm/天,坡頂?shù)乇沓两道塾?jì)量30 mm或2 mm/天,地下水位累計(jì)量500 mm,錨索力大于或小于設(shè)計(jì)值的10%時(shí)。監(jiān)測(cè)控制標(biāo)準(zhǔn)是為了確保監(jiān)測(cè)對(duì)象的安全而設(shè)置的最大允許變形值,當(dāng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的變形值達(dá)到控制標(biāo)準(zhǔn)的80%時(shí)應(yīng)提出預(yù)警,當(dāng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的變形值達(dá)到或超過(guò)控制標(biāo)準(zhǔn)時(shí)應(yīng)及時(shí)向有關(guān)部門(mén)報(bào)警。

(10)監(jiān)測(cè)資料應(yīng)包括:觀測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)的位置、編號(hào)、觀測(cè)日期、本次觀測(cè)值和累計(jì)觀測(cè)值,觀測(cè)資料應(yīng)編制成表或繪制曲線(xiàn),變形觀測(cè)結(jié)束應(yīng)將上述資料匯總并附必要的文字說(shuō)明。

(11)邊坡監(jiān)測(cè)周期為2年。在施工期間的觀測(cè)頻率每3天1次,運(yùn)行初期15天1次,穩(wěn)定期1～3月1次,當(dāng)出現(xiàn)較大的絕對(duì)沉降或不均勻沉降時(shí)加應(yīng)大監(jiān)測(cè)頻率。

7 施工技術(shù)難點(diǎn)及完成情況

本項(xiàng)目由于是人工削坡,坡度達(dá)65°～85°,同時(shí)存在大量的活石,對(duì)施工、設(shè)備及人員的安全問(wèn)題非常不利;山體開(kāi)挖后坡面巖體破碎,局部坡面呈臺(tái)階狀,坡面坡度與巖層傾角一致(30°左右)且存在大量倒坡,錨固孔向控制難度較大。為此采取了如下技術(shù)措施。

(1)首先采取坡頂系安全繩,人工自上而下清除坡面活石,待清理完畢后搭建腳手架。

(2)對(duì)巖體破碎地段采用手持風(fēng)鉆沿腳手架自上而下施工系統(tǒng)短錨桿(孔徑50 mm,孔深2～3 m,采取鉆孔完成后立即安放鋼筋并進(jìn)行壓力注漿,孔距視巖體破碎程度而定,一般為115～310 m),在臺(tái)階部位對(duì)巖石張裂隙進(jìn)行適量注漿,以此達(dá)到穩(wěn)固坡面表層之目的。待破碎地段坡面系統(tǒng)錨桿施工和張裂隙注漿完成10天后,開(kāi)始自上而下分層分段施工。

(3)在搭建腳手架時(shí)進(jìn)行控制錨孔角度,即保證前后兩排腳手架鋼管所構(gòu)成的平面與水平面的夾角達(dá)到設(shè)計(jì)錨孔角度(誤差<2°),將鉆機(jī)固定在前后兩根腳手架鋼管上后再開(kāi)鉆施工。

(4)為保證人員安全,施工時(shí)嚴(yán)格按相關(guān)操作規(guī)程及工序進(jìn)行施工,同時(shí)在施工部分下方安全距離內(nèi)配備專(zhuān)職人員進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)觀察和指揮,發(fā)現(xiàn)異常情況及時(shí)告知高空施工人員,必要時(shí)通知人員安全撤離。

本項(xiàng)目第4工段于2010年9月開(kāi)始施工,11月完工。共完成錨桿1498根,混凝土噴射約1000 m2,工程質(zhì)量評(píng)定中單元工程全部達(dá)到優(yōu)良標(biāo)準(zhǔn),加固后邊坡變形得到了明顯改善。

8 結(jié)語(yǔ)

本次工程采用預(yù)應(yīng)力巖石錨索+長(zhǎng)巖石錨桿+系統(tǒng)掛網(wǎng)短錨桿+鋼筋網(wǎng)噴射混凝土護(hù)坡的方案對(duì)邊坡進(jìn)行了加固處理(治理),同時(shí)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行了變更,保障了工程的治理效果。該方案對(duì)類(lèi)似的高、陡巖石邊坡的治理是一種較不錯(cuò)的選擇。

[1] GJB 3635-99,巖土工程預(yù)應(yīng)力錨索設(shè)計(jì)與施工技術(shù)規(guī)范[S].

[2] GBJ 50086-2001,錨桿噴射混凝土支護(hù)技術(shù)規(guī)范[S].

[3] GJB 316-87,巖石錨桿[S].

[4] GB 50367-2006,混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[5] 閆莫明,徐禎祥,等.巖土錨固技術(shù)手冊(cè)[M].北京:人民交通出版社,2004.

[6] 梁潤(rùn)華,陳勇,等.預(yù)應(yīng)力錨索施工技術(shù)在紫坪鋪工程高邊坡支護(hù)中的應(yīng)用[J].四川水利發(fā)電,2008,27(4):60-63.

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[8] 譚彬建,俞敏,息飏,等.桂柳高速公路邊坡預(yù)應(yīng)力錨索加固方案設(shè)計(jì)[J].探礦工程(巖土鉆掘工程),2010,37(5):73-77.

[9] 俞敏,李旺珍,胡華敏,等.預(yù)應(yīng)力錨索在公路高陡邊坡加固整治工程中的應(yīng)用[J].探礦工程(巖土鉆掘工程),2006,33(8):38-44.

Application of Prestressed Anchor Cable+H anging Bolt Net System in Artificial High Slope Support

L UO Xue-gui1,WU Fu-qiang1,YA N G J ia-kai1,FEN G Yi-bing2(1.Henan Academy of Geophysical and Engineering Exploration,Zhengzhou Henan 450053,China;2.The 11th Geological Brigade of Henan Provincial Bureau of Geo-exploration and Mineral Development,Shangqiu Henan 476000,China)

Take the engineering case of the 4th section supporting project of the north slope of a new plant of Hebei Steel Group,the paper introduced the application of supporting structure with pre-stressed anchor cable and hanging bolt net system in high rock side slope.

geological hazard;side slope supporting;pre-stressed anchor cable;anchor bolt

P642.22

A

1672-7428(2011)08-0072-04

2011-04-09

羅雪貴(1984-),男(漢族),湖北荊州人,河南省地球物理工程勘察院助理工程師,巖土工程專(zhuān)業(yè),從事巖土工程勘察、基坑支護(hù)降水、地質(zhì)災(zāi)害環(huán)境治理等工作,河南省鄭州市南陽(yáng)路56號(hào)地礦大廈1403室,lxuegui@163.com。