緊鄰110 kV高壓電塔的高邊坡支護設計與評價

王海鵬, 高瑞丹, 王 航, 寧樹理, 周石庚

(1.中國有色金屬長沙勘察設計研究院有限公司，湖南 長沙，410011； 2.廣東珠榮工程設計有限公司，廣東 廣州，510000)

0 引言

山地、丘陵地區(qū)地形地貌變化較大，在工程建設中經(jīng)常形成高切坡、深填方邊坡[1]，同時因土地價格越來越高，充分利用現(xiàn)有土地資源成為各開發(fā)建設公司的首選。工程建設形成的高邊坡常位于用地紅線附近，沒有較多的放坡空間，且緊鄰已建建構筑物，邊坡支護風險較高。對于該類高邊坡來說，如何控制邊坡變形，確保臨近的已建建構筑物安全是邊坡支護設計人員的首要任務[2]。本文以筆者參與的緊鄰110 kV高壓電塔的高邊坡支護工程為例，探討緊鄰變形要求較高的已建建構筑物的高邊坡設計過程及思路，以期為工程同行類似項目的支護設計提供一些參考。

1 工程概況

該邊坡位于重慶市江津區(qū)某擬建住宅項目北側，緊鄰用地紅線，邊坡長約100 m，高約15.45～19.37 m，坡向168°，因擬建項目平場形成，為永久性巖質邊坡，設計使用年限為50年，坡率約1∶0.35。邊坡北側距離坡頂約1.3～1.7 m處分布一110 kV高壓電塔，塔高33.1 m，寬5.35 m，電塔采用現(xiàn)澆柔性鋼筋混凝土和掏挖擴底基礎，基礎埋深4.25 m，直徑1.8 m，對區(qū)域居民區(qū)、工礦企業(yè)影響較大。邊坡南側為正在平場的擬建住宅項目，邊坡坡腳緊鄰擬建項目消防車道，距離擬建地下車庫約8～10 m。邊坡正面見圖1。

圖1 邊坡正面實景圖

2 場地工程地質條件

(1)巖土特征及參數(shù)。邊坡自上至下主要分布有第四系人工填土層(Q4ml)、侏羅系中統(tǒng)沙溪廟組泥巖、砂巖。

人工填土層(Q4ml)：雜色，主要成分為黏性土、強風化砂、泥巖碎塊，硬雜質含量18%～25%，稍濕，結構松散，碎石粒徑約3～20 cm，未完成自重固結，層厚0.2～0.7 m。

泥巖(J2s-Ms)：紫紅色、褐紅色，主要成分為黏土礦物，夾少量礫石，偶夾薄層灰色砂巖條帶，泥質結構，泥質膠結，中厚層狀構造。強風化泥巖節(jié)理裂隙發(fā)育，巖芯破碎呈碎塊狀、土夾碎塊狀或短柱狀，層厚0.20～2.80 m；中風化泥巖裂隙較發(fā)育，巖芯較完整，巖質較軟，天然單軸抗壓強度標準值為6.8 MPa，飽和單軸抗壓強度標準值為4.3 MPa。

砂巖(J2s-Ss)：青灰色、灰白色，主要礦物成分為石英、長石，以及少量云母和暗色礦物，鈣質膠結，粉細粒結構，厚層狀構造。強風化砂巖風化裂隙很發(fā)育，巖芯呈砂土狀、碎塊狀及短柱狀，層厚0.20～0.70 m。中風化砂巖巖質較硬，巖芯較完整，天然單軸抗壓強度標準值為28.3 MPa，飽和單軸抗壓強度標準值為21.1 MPa。

(2)地質構造。擬建場地位于北碚向斜東側，場地內無斷層通過，巖層產(chǎn)狀為65°∠18°，層面結合程度很差，屬軟弱結構面。巖體內主要發(fā)育如下兩組構造裂隙：

裂隙1：傾向270°，傾角82°，裂隙間距大于2.5 m，裂面較平直，閉合，無充填，延伸3～5 m，結合程度差，屬硬性結構面；

裂隙2：傾向170°，傾角80°，裂隙間距大于5 m，裂面較平直，閉合，無充填，延伸2～3 m，結合程度差，屬硬性結構面。

3 邊坡支護設計方案

3.1 邊坡支護設計選型

邊坡坡體主要由基巖組成，人工填土厚度小于1.0 m，裂隙2(傾向170°，傾角80°)與邊坡坡向(坡向約168°)基本一致為邊坡外傾結構面，但按照1∶ 0.35坡率放坡后該外傾結構面已被削除，邊坡地質條件和巖土自穩(wěn)性較好，一般可考慮采用錨桿擋墻進行支護。但該輸電線路影響范圍較大，破壞后果很嚴重，對變形要求較嚴格，故決定采用整體性主動支護，更利于控制格構錨索擋墻變形[3]。

3.2 邊坡支護設計計算思路

(1)該邊坡坡頂緊鄰110 kV電塔，坡腳為擬建住宅項目，邊坡破壞后果很嚴重，且邊坡高度較大，根據(jù)《建筑邊坡工程技術規(guī)范》(GB 50330—2013)表3.2.1，確定邊坡安全等級為一級。

(2)坡腳地下車庫平場形成約5.7 m高的臨時基坑邊坡，邊坡坡腳距離臨時基坑邊坡約7～9 m。上部邊坡位于下部臨時基坑邊坡破裂角以外，故不考慮下部邊坡對上部邊坡的影響。

(3)邊坡支護結構上的側向巖土壓力按照《建筑邊坡工程技術規(guī)范》(GB 50330—2013)6.2.3條進行計算，計算結果按照規(guī)范7.2.3條進行修正，邊坡巖體類型為Ⅲ類，主動巖石壓力修正系數(shù)β1取1.45，邊坡側壓力分布形式近似按梯形確定，計算公式取自規(guī)范9.2.5-1條。

3.3 邊坡支護設計方案

立柱和橫梁水平間距、豎向間距均為2.5 m，立柱、橫梁、壓頂梁截面尺寸B×H為0.4 m × 0.5 m，立柱基礎截面尺寸B×L×H為0.7 m × 0.8 m × 0.6 m，梁間設置C30砼面板，面板厚200 mm。立柱、橫梁、壓頂梁、立柱基礎、砼面板均采用C30砼立模澆筑。立柱、橫梁、壓頂梁鋼筋保護層厚度均為50 mm，砼面板鋼筋保護層厚度為30 mm。

錨索采用普通拉力型錨索，水平、豎直間距均為2.5 m，孔徑取150 mm，入射角15°，灌漿材料為M30水泥漿，錨固段長度不少于8.0 m(錨入中等風化巖層)，自由段長度不得小于6.0 m且進入破裂角的長度不少于1.5 m，錨索總長約14.5 m。每根錨索由8束鋼絞線組成，采用1 × 7ΦS15.2型鋼絞線，鋼絞線極限強度標準值為1 860 MPa，抗拉強度設計值為1 320 MPa。錨具采用OVM系列之8孔定型錨具。外錨頭防腐后噴射混凝土封閉，厚度不小于200 mm，混凝土等級為C20。錨索軸向拉力標準值取500 kN，驗收試驗荷載取750 kN，因該邊坡為巖質邊坡且邊坡變形要求較高，故鎖定預應力取較高值450 kN，這一設置的效果也在監(jiān)測數(shù)據(jù)中得到印證。邊坡典型設計剖面見圖2。

圖2 邊坡典型設計剖面圖

4 邊坡監(jiān)測及支護效果評價

該項目從2016年7月開始施工，2016年10月施工完成。根據(jù)設計要求，從邊坡支護施工開始即開展了連續(xù)的安全監(jiān)測。監(jiān)測項目主要包括坡頂水平位移、坡頂垂直位移及錨索鎖定預應力，整個邊坡共布置坡頂水平位移和垂直位移監(jiān)測點5個，錨索鎖定預應力監(jiān)測點15個，監(jiān)測時間持續(xù)至2018年10月。根據(jù)監(jiān)測成果報告，截止到2018年10月，5個坡頂水平位移監(jiān)測點累計位移量2.36～5.37 mm，5個坡頂垂直位移監(jiān)測點累計位移量1.68～4.52 mm，15個錨索鎖定預應力監(jiān)測點顯示錨索剩余鎖定預應力416～438 kN，錨索剩余鎖定預應力均達到錨索設計鎖定預應力的90%以上，錨索鎖定預應力平均損失約5.11%。

從監(jiān)測數(shù)據(jù)可以看出，邊坡水平位移和垂直位移均較小，錨索鎖定預應力損失不大，顯示了較好的支護效果。同時分析監(jiān)測數(shù)據(jù)隨時間的變化可以看出，邊坡水平位移和垂直位移主要發(fā)生于施工期間，施工完成后(主要是錨索張拉鎖定后)位移逐漸變小并趨于穩(wěn)定，錨索鎖定預應力損失主要發(fā)生在錨索張拉鎖定后約一周以內，這期間多數(shù)監(jiān)測點損失量占總損失量的75%以上，其后逐漸減小并趨于穩(wěn)定，從水平位移、垂直位移及錨索鎖定預應力隨時間的變化規(guī)律也驗證了支護的有效性和合理性。

5 結論

(1)邊坡緊鄰已建建構筑物時，應結合已建建構筑物的重要性、破壞后果、變形要求等選擇支護型式，條件允許時建議優(yōu)選主動支護系統(tǒng)以有效控制變形。

(2)本工程實例表明，采用格構錨索擋墻支護變形要求較高的高大巖質邊坡是可行的且效果較好，同時對于巖質邊坡錨索鎖定預應力取相對高值有利于控制變形。

(3)對于格構錨索擋墻，邊坡水平位移和垂直

位移主要發(fā)生于施工期間，錨索鎖定預應力損失主要發(fā)生在錨索張拉鎖定后約一周以內。