结合工程实例探讨边坡锚索设计参数取值

摘要：边坡岩土体与锚固体粘结强度是影响锚杆（索）计算长度的因素之一，文中通过某项工程实例对锚杆设计参数取值进行了探讨，以获取合理可行的结果。

关键词：边坡岩土体；锚索设计参数；锚杆（索）施工技术；锚固体

中图分类号：TU452文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2011）15-0023-03

深圳某边坡，坡高16.50m，坡顶为五层工业厂房，坡底为三层工业厂房，坡体大部分为花岗岩残积砾质粘性土，为土质边坡；按《建筑边坡工程技术规范》（GB50330-2002）规定，边坡破坏后果很严重，边坡工程安全等级为一级。在边坡支护设计计算过程中，边坡锚杆（索）设计参数（如土体与锚固体粘结强度等）的取值应以规范规定为准，同时应考虑实际情况，对勘察报告提供设计参数也作相应调整。本文针对边坡锚杆（索）设计参数中土体与锚固体粘结强度取值进行探讨。

一、边坡地质环境

（一）地形地貌

某边坡位于某工业区内，原始地貌为低丘台地，地势稍有起伏，倾向南西，现有坡面自然坡角35°～65°不等，西北侧坡度缓，南西侧坡度陡，中间部分已经出现滑塌，形成2级平台。边坡坡脚标高约80.50m，坡顶标高约97m，坡底全长约166m，坡高16.50m，坡顶、坡脚地势均较平坦，存在既有建筑物，距边坡坡顶15m左右为5层工业厂房、坡底为三层厂房。坡表局部发育稀疏植被，中部地段（滑塌部分）植被不发育，岩土体。如图1、图2、图3、图4所示：

（二）地层与岩土特性

根据勘探揭露，结合坡表地层出露，场地内主要岩土体为第四系人工填土、坡积层及残积层，下伏基岩为燕山期侵入粗粒花岗岩。自上而下将岩土层分为①素填土：主要成分为含砂（砾）粘性土，局部含少量建筑垃圾，地表含量较多，土质均匀性较差。松散，稍湿。其主要分布于坡顶、坡脚地表，系建筑施工弃土，近期回填，处于欠固结状态；层厚1.50～6.80m，北侧较厚、南侧较薄；②含砾粘土：褐红、褐黄色。约含20%左右的石英砾，局部有似花斑状结构，土质均匀。湿，可～硬塑。该层分布范围小，主要分布于北东侧斜坡表部及坡脚地段，分布不连续；层厚4.60～7.00m；③砾质粘性土：褐红、褐黄，麻灰色。由粗粒花岗岩风化残积而成，除石英矿物外，其它矿物已风化成粘性土，约含20%～25%的石英砾，土质均匀。湿，可～硬塑。全场地分布；层厚6.10～13.80m、局部位置未揭穿；④全、强风化花岗岩。

各岩土层含水状态下参数为：（1）素填土：γ=18.0 kN/m3、c=10kPa、φ=12°、frb=15kPa；（2）含砾粘土：γ=18.5 kN/m3、c=18kPa、φ=24°、frb=25kPa；（3）砾质粘性土γ=19.0 kN/m3、c=20kPa、φ=24°、frb=25kPa；（4）全风化花岗岩γ=19.5kN/m3、c=20kPa、φ=25°、frb=40kPa。

（三）水文地质条件

根据钻探资料，场地地下水主要为第四系孔隙水和下伏基岩裂隙水，其埋藏较深，地下水位在坡脚下1.30～2.60m，雨季，受大气降水的补给，水位埋藏相对变浅。

在丰水期，由于地下水位上升，使得坡脚的岩土体处于饱水状态，大大弱化了其力学性能。另外，地表水入渗所产生的渗透压力及其对边坡的冲刷及软化作用均对边坡的稳定性大为不利。

二、边坡设计剖面的选取及参数分析

（一）边坡设计剖面的选取

根据现状和施工图纸的要求，西北侧分两级削坡，一级边坡按1:0.75～1:0.90变坡率削坡，在现有地形设置中间平台，二级边坡采用 1:0.75～1:1.00变坡率削坡，坡率变化处采用弧形处理；南西侧采用按1:0.75坡率削坡，坡面均采用锚杆（索）+格构梁支护，格构间植草绿化，并在坡脚施工人工挖孔桩和设置浆砌石护面。附南西侧支护剖面图。由于边坡工程地质条件基本相同，所以选取南西侧支护剖面作为代表进行分析。

图5

根据设计施工图，岩土层参数的选取主要根据土工试验成果、工程类比和经验等方法获取；按岩土工程勘察报告提供的各地层在含水状态下岩土参数，边坡采用1:0.75的坡度放坡时，利用极限平衡法计算，其边坡稳定安全系数K=1.06，处于不稳定状态，应采取支护措施。

（二）岩土参数分析

采取支护措施时，主要对土体与锚固体粘结强度和锚杆（索）锚固长度的计算进行分析：

1．土体与锚固体粘结强度。按边坡（GB50330-2002）规范表7.2.3-2土体与锚固体粘结强度特征值（frb）和标准化协会标准（CECS22:2005）规程表7.5.1-2土层与水泥砂浆或水泥结石体的粘结强度标准值（fmg）进行选定：

表1

土层种类 土的状态 f rb值（kPa） 粘结强度标准值f mg（kPa）

坡体为约含20%～25%的石英砾，湿，可～硬塑状态的砾质粘性土，土质均匀，参照上表，粘性土在可～硬塑的情况下，土体与锚固体粘结强度特征值应取25kPa、标准值取65kPa，考虑砾质粘性土中含20%～25%的石英砾，土体与锚固体粘结强度特征值可适当提高，结合本地区的施工、设计经验，对本工程设计计算时土体与锚固体粘结强度特征值frb取值采用标准化协会标准（CECS22:2005）规程的标准值：（1）素填土：frb=18kPa；（2）含砾粘土：frb=50kPa；（3）砾质粘性土frb=50kPa；（4）全风化花岗岩f rb=60kPa。

2．锚索锚固长度的计算分析。根据支护剖面，边坡按1s0.75的坡度放坡，坡面设置锚杆（索）七排，自上而下为：12m、12m、20m（索）、12m、20m（索）、9m、6m；坡面设置纵梁400*500、横梁300*400、坡脚设置人工挖孔桩及联系梁和原有浆砌毛石。

锚杆采用HRB400Φ28钢筋、为全长粘结型。锚杆拉力设计值：长12m为130kN、长9m为120kN、长6m为70kN。

从上至下第三、第五排锚索，采用1860级3-7φ5钢铰线、自由段长度5m、锚固段长度15m，锚索设计拉力值360kN、锁定值240kN。

首先，根据边坡（GB50330-2002）规范锚固体与地层锚固长度计算公式7.2.3：

其中Nak――锚杆轴向拉力标准值（kN）；

la――锚杆钢筋与砂浆间的锚固长度（m）；

D――锚索拉力设计值Na为360kN、锚固体直径D=150

ξ1――锚固体与地层粘结工作条件系数，对永久性锚杆取1.00

计算锚固体与地层锚固长度la不小于15.28m。

其次，根据边坡（GB50330-2002）规范锚杆钢筋与锚固砂浆间的锚固长度计算公式7.2.4：

式中Na――锚杆轴向拉力设计值（kN）；

la――锚杆钢筋与砂浆间的锚固长度（m）；

d――锚杆钢筋直径（m）、取3*15.24（mm）；

n――钢筋（钢铰线）根数（根）；

γ0――边坡为工程重要性系数；一级边坡取1.10；

fb――钢筋与锚固砂浆间的粘结强度计算值、M25砂浆，取2100kPa；

ξ3――钢筋与砂浆粘结强度工作条件系数，永久性锚杆，取0.60。

计算锚杆钢筋与锚固砂浆间的锚固长度不小于2.19m。

再次，经过上述计算分析，锚索锚固段长度不小于15.28m、而实际采用15m，采用极限平衡法计算（附图），其边坡稳定安全系数K=1.381＞1.30，满足规范规定的一级边坡安全系数要求。

三、锚杆（索）施工质量控制

根据工程的特点和工期的要求，成立精干高效强有力的项目部，在施工前组织专家组对施工方案进行评审，并对人工挖孔桩、边坡锚杆（索）的成孔、格构梁的安装等工序进行统筹安排。锚杆（索）的钻孔、注浆的质量是制约工程进度的关键因素，因此必须将这个关键因素作为施工重点，集中人力、物力、财力在技术管理和测量方面作好充分的准备，制定好各方面的施工措施：

（一）锚杆（索）施工控制

1．锚（杆）索采用机械干成孔，锚索成孔直径为150mm；锚孔定位偏差不应大于20mm，锚孔偏斜度不应大于5%，钻孔深度超过锚索设计长度不应小于0.5m。

2．放置锚索时，若发现孔壁坍塌，立即重新清孔。

3．锚索锚头承压板安装平整、牢固，承压板面应与锚孔轴线垂直；承压板底部的混凝土应填筑密实，混凝土强度不低于C25。

4．灌浆前应清孔，注浆管应与锚索同时放入孔内，注浆管端头到孔底距离为100mm。

5．注浆材料采用P.O42.5普通硅酸盐水泥净浆，水灰比为0.45～0.55。

6．锚索采用二次注浆施工工艺，二次注浆管的出浆孔和端头应密封，保证一次注浆时浆液不进入二次注浆管内；一次注浆待孔口溢浆，即可停止注浆，二次高压注浆压力宜控制在2.5～5.0MPa之间，二次注浆时间可根据注浆工艺通过实验确定。

7．锚索张拉在锚固强度达到设计强度的80%后进行；锚索张拉顺序应避免相近锚索相互影响。

8．在预应力锚索的自由段长度范围内采用除锈，刷沥青船底漆，沥青纤玻布缠裹其层数不小于二层，再均匀涂刷黄油，之后装入套管中，自由段套管两端100～200mm长度范围内用黄油充填，并用尼龙丝绑扎牢。

（二）锚杆（索）质量检验

对常规施工用水泥、钢筋、钢铰线、砂、碎石等原材料送检外，主要进行锚杆（索）验收试验：试验数量为每种锚杆（索）总数的5%，且不得少于5根；共检测16根锚杆、10根锚索，试验时加载至设计拉力值的1.50倍（最大试验荷载）时，累计上拨量不大，本级稳定，Q-s曲线平缓，无明显陡降段，其抗拨力均满足设计轴向拉力值要求。

四、信息法施工监测

由于岩土工程的复杂性，按照动态化设计，信息法施工，为确保边坡开挖过程中的安全，必须对边坡进行监测，发现问题及时反馈并分析，并采取相应的补救措施，使边坡不发生意外变形和破坏。监测主要内容有坡顶水平位移、垂直沉降、坡顶建筑物沉降等。

此外，在整个边坡施工过程和竣工后中连续观察坡顶的开裂和变形情况，经过竣工后监测，边坡南西角累计沉降量最大、为8.1mm，南西侧中部累计水平位移最大、为13mm，边坡中部建筑物累计沉降量最大、为2.4mm，从监测结果可以看出，本边坡开挖、施工对周边环境影响较小，边坡变形稳定，表明工程支护设计与施工是成功的。如图7所示：

图7从南西往西北方向竣工图

五、结语

1．按边坡（GB50330-2002）规范总则1.0.4规定：本规范适用的建筑边坡高度，岩质边坡为30m以下，土质边坡为15m以下。超过上述高度的边坡工程、地质和环境条件较复杂的边坡工程应进行特殊设计。本边坡高度为16.50m，已超过规范要求的高度，采取锚杆（索）+格构梁+人工挖孔桩+坡面绿化的联合支护是安全的。

2．根据有关规定，建筑边坡的支护设计、施工方案均应组织专家组进行专项论证，以保证建筑边坡的安全。

3．边坡设计参数的选取应遵守规范的有关规定，但又不能完全局限于规范规定，否则就无法突破和创新；在具体设计时应结合实际情况，调整设计参数，使设计参数更加合理化，这样既能保证建筑边坡的安全使用，又可节约投资，取得良好经济效益。

参考文献

[1] 中国工程建设标准化协会标准．岩土锚杆（索）技术规程（CECS22:2005）[S]．

[2] 中华人民共和国国家标准．建筑边坡工程技术规范（GB50330-2002）[S]．

作者简介：郑庆乐（1967-），男，福建省龙岩工程勘察院国家注册土木工程师（岩土），研究方向：土木工程。

注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文