某变电站山地边坡工程设计分析

吕 龙

(汕头电力设计研究院，广东 汕头 515041)

1 边坡情况介绍

某山地变电站站址为两个山包交界的空阔地，满足建站条件，但由于西南侧毗邻山包，需开挖山脚地带。由于上部有一处大宗祖坟无法拆迁，做坡度1∶0.5的放坡即最高坡顶达到19.1m，作常规的放坡无法满足。

边坡分为土质边坡与岩土边坡，根据《建筑边坡工程技术规范》)GB 50330-2002)规定要求，土质边坡超过15m以上时，应进行特殊设计。且边坡塌滑区内或边坡塌方影响区内有重要建)构)筑物。安全等级为一级。在设计中采用了动态设计法。

岩土土质如下：

⑴ 粉质粘土：灰色，湿，可塑。

⑵ 砾质粘性土：黄色～褐色，稍湿，可～硬塑，含较多的石英砂，为花岗岩风化残积土。厚度大，层厚15.51m～16.31m。标贯击数范围值10.4击～25.1击，平均值为18.6击。地基承载力特征值的经验值fak﹦210 kPa。土工试验报告显示：含水率ω=24.8%，孔隙率=43.8，液限ωL=37.2%，塑限ωL=22.3%。凝聚力C=18.4kPa，内摩擦角φ=27.2°，压缩模量Es=3.84MPa。

⑶ 强风化花岗岩：黄色～褐色，岩心成碎块状，原岩结构可见，部分长石已显著风化，此层未揭穿。层顶埋深6.00m～23.90m，层厚大于4.00m～13.80m。标贯击数范围值46.2击～84.0击，平均值为66.0击。地基承载力特征值的经验值fak=500 kPa。

2 技术方案比较

综合考虑各种因素，对以下两种形式进行对比分析。

2.1 第一种形式：锚索+锚杆格构梁联合加固

设计思路：下段5m采用锚索+钢筋混凝土墙稳定坡脚，中段10m左右采用长8m的锚杆格构梁+种植草灌护坡形式，上段为自然斜坡(需未削到该处)，天然植被护坡。优点：施工速度快，有望在雨季到来前完成护坡，大大减少边坡事故风险；缺点：对锚索的施工质量要求高，必须保证质量。

下段：锚索竖向布置3排，竖向间距为2.1m，分别离地0.6m，2.7m，4.8m，锚孔钻孔直径为130mm，锚索水平间距为2.4m，锚索长21m，其中锚固长度15m，自由长度为6m，采用5根直径为15.2mm的高强度预应力钢绞线，锚索的端头必须牢固连接于钢筋混凝土墙或格构上。

中段：采用长8m的锚杆+格构+种植草灌护坡，主要功能是防止雨水渗入软化坡体，抑制边坡岩土体内的裂缝形成与发展。若该级坡高(采用锚杆格构梁形式)大于9m时，自下而上第二、第三排锚杆改为锚索。防止滑移面出现。

上段：属于自然边坡，坡率约1∶2左右，可以自稳，注意保护天然植被，以满足护坡的需要。

同时，应根据土质情况与边坡高度适当调整设计，如锚索的长度等。

采用理正基坑计算软件，粗略估算。计算简图见图1。

图1 锚索+锚杆计算简图

⑴ 主要的控制参数：①采用圆弧稳定分析方法：瑞典条分法－刚体极限平衡理论。 ②不考虑水渗透力作用。③稳定计算目标：按安全系数计算并自动搜索最危险滑裂面。

圆弧稳定分析法计算假设及结果如下：

条分法的土条宽度：4.000(m)；搜索时的圆心步长：4.000(m)；搜索时的半径步长：1.000(m)。

最不利滑动面：滑动圆心=(-8.206,34.520)(m)；滑动半径=34.702(m)；滑动安全系数=1.291。

表1 计算结果统计

⑵ 锚索信息： 锚索受力见表2。

表2 锚索受力

⑶ 锚索整体受力汇总

土体部分下滑力=1861.93(kN)，土体部分抗滑力=2087.88(kN)，锚索在滑弧切向产生的抗滑力=315.2(kN)。总的下滑力=1861.93(kN)，总的抗滑力=2403.08(kN)。

抗滑力均大于下滑力。边坡安全稳定系数计算结果大于1.25。能够满足设计要求。

2.2 第二种形式：抗滑桩+锚杆格构梁联合加固

设计思路：下段5m采用抗滑桩+钢筋混凝土板稳定坡脚，中段采用长6m～8m的锚杆+格构+种植草灌护坡，上段为自然斜坡(未削到该处)，天然植被护坡。优点：施工质量相对更易保证，安全度较高；缺点：施工速度很慢，在雨季到来前基本无法完成护坡，边坡事故风险很大。与第一种形式不同的是，下段的做法改为抗滑桩形式。

下段：采用断面1.2m×1.5m的抗滑桩，桩悬臂长5m，入土6m(考虑到桩前水沟的不良影响，入土深度适当加长了1m)，桩水平间距4m。或考虑增加端部1道锚索。

中段：采用长8m的锚杆+格构+种植草灌护坡，主要功能是防止雨水渗入软化坡体，抑制边坡岩土体内的裂缝形成与发展。

上段：属于自然边坡，坡率约1∶2左右，可以自稳，注意保护天然植被，以满足护坡的需要。

应根据土质情况与边坡高度适当调整设计，如抗滑桩的长度，或在桩顶增设一根锚杆或锚索等。

⑴ 计算简图，见图2。

⑵ 主要控制参数：同第一种形式要求。

⑶ 圆弧稳定分析法计算假定及结果如下：

条分法的土条宽度：4.000(m)；搜索时的圆心步长：4.000(m)；搜索时的半径步长：1.000(m)。

图2 抗滑桩+锚杆计算简图

最不利滑动面：滑动圆心=(-10.446,35.320)(m)；滑动半径=36.832(m)；滑动安全系数=1.291。

⑷ 抗滑桩整体受力汇总：

①总的下滑力=1987.5(kN)；总的抗滑力=2565.91(kN)。

②抗滑力均大于下滑力。边坡安全稳定系数计算结果大于1.25。能够满足设计要求。

2.3 方案选择

经过对以上两种技术方案的细致选择，抗滑桩的施工质量相对更易保证，安全度更高，但由于雨季来临，采用人工挖孔桩开挖抗滑桩对施工人员的安全十分不利，且时间不等人，从采用合适的施工方法方面考虑，在设计上还是采用了第一种形式：下部锚索，上部锚杆格构梁的做法。

3 施工图细化

下部挡墙紧挨着围墙，中间只是隔了一道排水沟，对锚索边坡的稳定提出了很高的要求，一定要做好坡脚及坡顶的稳定措施。图3为边坡支护横断面图。从图中可以看到边坡距离围墙极近。

表3 计算结果统计

图3 边坡支护横断面图

3.1 对锚索、锚杆的计算选择

⑴ 预应力锚索：采用5ø15.2高强低松弛钢绞线(极限抗拉1860Mpa)，锚具OVM-5型号，成套配置。锚索孔径130mm，锚固段长度为15m，自由段长度不小于6m。锚索孔倾角 12、15、18度，注浆强度不小于30Mpa，单孔锚索设计值Nt＝400kN(5束)。

⑵ 锚杆：本工程锚杆为全粘结型，锚杆与水平面的夹角20°，孔径130mm，锚杆长8m，1根Φ28螺纹钢筋，间距2.4m×2.4m；均为正方形布置、通长注浆，注浆强度等级M30，注浆体材料28天无侧限抗压强度不低于30Mpa。单孔锚杆的设计承载力不低于锚杆长度×15kN/m。

⑶ 格构梁网格护面：断面尺寸40cm×40cm，间距2.4m，成正方形布置，采用C25砼现浇。

⑷ 肋柱：断面尺寸40cm×40cm，间距2.4m，成正方形布置，采用C25砼现浇。

3.2 锚索、锚杆的防锈处理

⑴ 锚索工程的防锈处理。

①自由段应除锈、刷沥青船底漆、沥青玻纤布缠裹二层以上，装入套管中，套管两端200mm长度范围内用黄油充填，外绕工程胶布固定；每隔3m设置一道架线环以保证钢绞线顺直，架线环采用塑料制成。张拉后封堵应采用C30混凝土。外锚头混凝土保护层的厚度不小于50mm。

②锚固段：架线环与紧箍环每隔1米间隔设置，紧箍环采用16号无锌铅丝绑扎，不少于两圈，应绑紧。注浆材料采用水灰比为0.40～0.45的水泥净桨，浆体强度不小于30MPa。

⑵ 锚杆的防锈处理。

自由段应除锈、刷沥青船底漆、沥青玻纤布缠裹二层以上。锚杆采用HRB335等级，直径28mm钢筋。注浆材料用水灰比为0.40～0.45的水泥净浆，浆体强度不小于30Mpa。注浆完毕，锚固体达设计强度75%后，立模浇筑钢筋砼格构，放置钢垫板，上紧螺母，再立模浇筑后浇带。锚杆全长范围内每间隔2m设一道船型支架，制造见详图。锚杆孔径采用130mm，倾角20°，锚杆孔底端留0.5m超长段。

3.3 锚索、锚杆施工的注意事项

边坡开挖，应采取自上而下、分级、分段跳槽、及时支护的逆作法或部分逆作法施工，严禁无序大开挖作业，具体分级高度、分段长度由施工单位根据岩土条件、天气情况及施工单位的人员设备确定，必须保证开挖的坡面不坍塌。

预应力锚索、锚杆均应采用半逆作法施工，即是从上至下竖向分台阶钻孔插入锚索(杆)，待锚索(杆)砂浆强度达到设计强度75%之后，再开挖竖梁及横梁沟槽、立模板、绑扎钢筋并设置锚索张拉用的套管，整体浇注C25梁、板、柱混凝土，待其达到设计强度的80%以上时，对锚索及时张拉完成后封填外锚头，上一级锚索格构梁未张拉锁定完成之前不得开挖下一级锚索格构梁。锚索应进行二次高压注浆，以保证注浆体与周边岩土体的抗拔力。注浆压力不小于1.0MPa，锚索(杆)应自上而下逐排施作，开挖一排实施一排。施工下部锚索挡墙(肋柱)、及上部格构梁均采用人工刻槽的方法：即靠土侧不支模板，利用土体刻槽做底模板；为防止锚索张拉时发生变形，在有锚索节点处，若肋柱、格构梁无法靠背土体，则需要采用低标号混凝土填充至土体。

下部锚索挡墙顶处应采取有效措施防止雨水渗入挡墙内。地面排水：边坡地面排水采用砌石排水沟，格构梁坡顶上部设置截水沟排水。坡顶截水沟：位于坡顶以外5m或开阔地，基本上沿等高线布置，0.6m×0.6m，沟壁厚30cm，M7.5浆砌片石砌筑。排往下部排水沟引至站外。下部锚索挡墙顶处应采取有效措施防止雨水渗入挡墙内。

边坡绿化：矩形格网内喷播植草护坡应由专业生态环境建设队伍实施。

[1]GB50330-2002，建筑边坡工程技术规范[S].

[2]刘兴远，雷用，康景文.边坡工程—设计、监测、鉴定与加固[M].

[3]凌天清，曾德荣.公路支挡结构[M].

[4]华南理工大学，等.地基与基础[M].