边坡加固治理的设计及施工措施

卢爱花

(杭州铁路设计院有限责任公司，浙江 杭州 310006)

概述：

杭州龙井餐馆位于龙井村，在龙井山脚下，为2层仿古式建筑，檐口高6.3m，其北侧距山体边坡最近处1.65m.。由于人为挖凿该边坡局部曾发生多次岩块崩落，岩体存在局部危岩崩塌的可能性，且有进一步加剧的趋势。直接危及边坡下方建筑物的安全。在餐馆建筑施工前必须先做山体边坡加固处理。

1.病害情况及原因分析

1.1 病害情况

该山体边坡主要存在的地质灾害为危岩崩塌，现将其特征及成因分析如下：

通过现场调查该边坡坡度较陡，顶部为含粘性土碎石（残坡积层），大部分地段中风化基岩裸露于地表，岩石呈大块状砌体结构，层面与边坡斜交，基本稳定，但边坡坡度较陡，节理较发育，坡面不平整，局部呈倒坡状、存在临空面，易发生危岩崩塌。(见照片)

照片1边坡实情

该处边坡在雨水冲刷下，易发生崩塌，崩塌易发生在强风化基岩与中风化基岩的交界部位。

1.2 原因分析

经分析，边坡地质结构本属于稳定结构，但由于坡高较大，岩体自重应力高，边坡又很陡，岩体产生明显的侧向位移，后缘出现拉裂缝，坡脚是应力集中部位，岩体出现压裂破碎迹象。说明岩体出现了垂直方向位移，有的已明显出现几乎近于贯通的张拉性滑面,岩体在向侧向，垂直向复合的斜下方蠕变，蠕变的进程中，向下崩滑的岩体沿原来已有的节理拉开，甚至出现垂直方向新的拉裂面和缓倾角滑面。

该边坡产生病害的原因有以下几个方面：

（1）周围人类活动的不利影响。龙井村属旅游风景区，游人活动比较多，近几年龙井村开发建造建筑物也不在少数。建筑施工期间，运输车辆的震动，特别是基础开挖的振动，山脚下基础挖掘均对边坡产生不利影响。此外人活动产生的生活废水也增加了坡体的地下水量，从而对边坡产生附加的静水压力。

（2）自然因素的影响。由于在人工开挖过程中未及时平整坡面，导致坡面存在临空面，加上节理裂隙、风化裂隙发育，使岩体呈碎裂结构，在雨水的作用下易失稳，发生边坡危岩崩塌，进而引起上部土质边坡滑坡，加之该处山上生长多棵直径较大的树，在其根劈作用下，岩块与边坡之间形成裂缝，日积月累岩块很容易发生崩塌，对建筑物及其人员构成威胁。

2.边坡加固设计

由于场区地质条件复杂,因此,必须根据稳定性条件、地层条件、地下水条件等因素综合考虑,进行综合整治。为消除存在的危岩崩塌地质灾害。根据土体岩性特征、厚度以及岩土体结构类型和风化程度，结合《建筑边坡工程技术规范》(GB50330-2002)和当地经验，采取以下治理措施，坚硬的岩石本身具有较大的抗剪强度和抗风化能力，形成高峻的斜坡，但由于开挖路堑，其稳定性遭到破坏，同时由于软硬互层，风化差异，斜坡外形凸凹不平，产生崩塌。根据实际情况采取如下治理措施：修整坡形（削坡）、锚杆加固、素喷混凝土。

2.1 削坡设计

在次稳定区,通过坡顶的削坡减载即可满足边坡整体稳定性的要求。削坡完毕,应对坡面、坡顶内的直径或边长大于2厘米的碎块清除干净。

2.2 底部挡墙设计

加强人工边坡支护工作。对边坡下部原有挡土墙进行拆除新建。挡土墙在墙后填土土压力下，必须具有足够的整体稳定性和结构强度。设计时应验算挡土墙在荷载作用下，沿基底的滑动稳定性；绕墙趾转动的倾覆稳定性和地基的承载力。挡墙基础采用C20混凝土浇捣，基底进入下部坚硬岩体不少于1米，碰到基岩埋藏较深处，开挖后采用C20毛石混凝土浇捣。挡土墙墙身厚度400mm～1000mm，采用M10水泥砂浆砌MU30块石。墙顶采用C20混凝土压顶，厚200mm。挡墙定位以边坡线为准，按墙面坡度放样施工，挡墙高度为2.5m，具体根据坡面实际情况作适当调整。

2.3.边坡岩体的锚固设计

2.3.1 锚杆长度设计。锚杆轴向拉力标准值：Nak=Rmax/cosα；锚杆轴向拉力设计值：Na=γQNak；锚杆钢筋的截面面积：As≥γ0Na/ξ2fy；锚杆锚固体的锚固长度：La≥Nak/ξ1πDfrb；其中：锚杆倾角α=150，rQ,ro为重要性系数，ξ1，ξ2为工作条件系数；fy,frb为相应强度值，均可通过规范规定取值。本工程设计考虑到锚杆钢筋的防锈问题锚杆采用28Ⅱ级钢筋,按地基规范岩石锚杆孔直径宜取3倍锚杆直径，故取锚杆孔直径为90mm。锚杆有效长度根据锚杆承载力公式计算：

在岩层

ha≥kNa/∏Dqi

ha—锚杆有效锚固端长度；

D—锚孔直径；

qi—锚固段砂浆与岩层间的抗剪强度设计值；

K—安全系数，一般取2.5；

经计算ha=5.6m。

锚杆的固定长度受锚杆直径、锚杆设计锚固力、锚杆间距、水泥砂浆与锚杆粘结强度的设计值等因素影响，确定锚固长度时应综合考虑上述因素。

2.3.2 锚杆布设。考虑到结构面与临空面组合特征以及风化程度，锚杆长度为6.0m～9.0m，由上至下递减，锚固段长度不小于5.6m，入射角15o。地面标高4.5m以下锚杆为Ф28@1800 L=6.0m；地面标高4.5m以上锚杆为Ф28@1800 L=9.0m；具体布设见图3。

2.3.3 锚杆防锈设计。防锈的有效时间要长于锚杆的有效使用期。防锈应有足够的韧性，锚杆本身不应受到损害。对本设计锚杆锚固段以灌浆予以保护。锚杆头封闭在混凝土中。

2.4 临时支撑设计

临时支撑是为了保证在整个施工过程中避免边坡发生失稳破坏，在安全的前提下与施工脚手架相结合，尽量降低工程费用。采用竹、木、钢混合支撑体系。三角形支撑点设置于混凝土地面。反力点由打入地下的L50X5角钢（深1.5m，间距1m，）和平放的50钢管组成。支撑系统的主力架采用50钢管，主力架之间采用毛竹捆绑联结。清理现有边坡危岩及临空面，平整坡面，对不能清理的危岩用锚杆进行支护，对较破碎的岩体可采用浆砌挡墙支护。

图一：边坡剖面图

图二：锚杆锚头详图

图三：护坡面层正面图

2.5 网喷混凝土设计

整个边坡治理区域采用锚喷网加固措施。钢筋网片采用○8@200mm单层双向。配筋挂网应在锚杆可受力后进行，网必须张拉紧。节点与锚杆焊接。搭接处用20号铁丝绑扎。护坡面层采用C20混凝土厚100mm，分两次喷射。

2.6 排水设计

排水设计主要是地表水排水设计，地表水渗入滑坡体内,既增加了滑动力,又降低了土层的内摩擦力,对滑坡体的稳定不利,因此做好坡面地表水排水设计是治理滑坡的重要内容。坡角沿墙身外侧设置排水沟，汇入场内原有排水系统，排水沟采用砖砌，采用M5.0砂浆抹面；边坡覆盖层与岩体分体分界处设一排○30PVC泄水管，水平间距2m，排距3m，现场可根据岩体裂隙分布情况做适当调整，泄水管与水平面夹角10度以下，外包二层U-30无纺土工布，泄水管上部设置过滤层。

3.施工技术措施

3.1 片石混凝土挡土墙的施工。片石混凝土挡土墙混凝土设计强度为15Mpa，片石含量不大于20%，片石厚度不得小于15cm且强度必须大于30MPa。挡土墙表面采用15Mpa素混凝土预制块镶面，混凝土预制块严格按坡比分层砌筑，增加了挡土墙的整体美观。挡土墙混凝土分层浇筑，浇筑前应先清洗底层的混凝土表面，片石应均匀放置于刚浇筑的混凝土上，其净距不得小于10cm。在挡土墙高0.5m和1.5m的地方设两排泄水孔，间距为2.5m。

3.2 锚杆的施工

锚杆施工流程：确定孔位→钻孔就位→调整角度→钻孔→清孔→安装锚索→一次注浆→二次补浆→锚头锁定→对锚头进行保护。

（1）确定孔位。钻孔位置直接影响锚杆的安装质量和力学效果，为使锚孔位置在空间上分布合理，对锚孔位置应用皮尺定点，定点测量时应作好测量记录，测点应满足误差小于1厘米精度要求，并将锚孔孔口位置点上标记。（2）调整钻杆角度。钻孔就位后，及时调整钻杆钻进角度，并经现场技术 人员用量角仪检查合格后，才可正式开钻。另外，要特别注意检查钻杆左右倾斜度。钻孔过大的左右倾斜度会导致相邻两根锚杆锚固体的间距变小，出现应力集中，影响锚固效果，入射角允许偏差±2°。（3）钻孔。采用等同锚杆直径的套管跟进，压水钻进的方法钻孔，钻进时压力水从钻管流向孔底，在一定水头压力下，水流携带钻削下来的石屑排出孔外，钻进时要不断供水冲洗，包括接长钻管和暂时停机，而且要始终保持孔口水位，若发现不能压水进去，说明已堵管，应拔出钻管，清理钻管以后，再继续钻进。待钻进至规定深度（钻孔深度大于锚杆长度0.5m），钻机继续旋转，并压水冲洗残留在孔中的石屑，直到流出的水不浑浊为止。此时立即注浆。开孔孔径￠80毫米深5厘米以下，锚孔孔径为￠60毫米；对于穿过较宽张裂隙的锚孔，须对裂隙进行封堵；锚孔水平方向孔距误差不应大于50毫米，钻孔底部的偏斜尺寸不应大于80厘米；锚孔的封孔要求锚盘底部的水泥砂浆需平整,在拧紧压紧螺栓前用小锤敲打，以使锚盘与砂浆紧密接触，不留气泡。对封孔水泥砂浆采用先封多半后封上部小半的二次封堵法。（4）注浆。本工程采用边注浆采用425R普通硅酸盐水泥配制水泥浆，水灰比控制在0.4～0.45，注浆压力控制在 0.4～0.6Mpa，直到孔口溢出浆。此时就把钻管全部拨出，注浆管不拔。接着用水泥袋湿粘土加钢板封口，并严密堵实，以0.4～0.6Mpa稳压注浆5分钟，才拔出注浆管。

结束语。边坡经上述技术处理后加固效果明显，体现在：通过锚杆的作用及混凝土的包裹，锁住了边坡不稳定岩体，解决了围岩掉块，坍塌的隐患，喷射的混凝土层及截水沟解决了地表水沿裂隙下渗的问题。经过后期对边坡的变形观测，未发现围岩有明显异常变形。需要指出的是在喷锚加固中对锚杆的时效、防水性及锚杆的应力应加以观察研究，确保边坡的稳定。该山体边坡治理后保证了山脚下的新建餐馆的安全性。本工程通过了竣工验收，及地质危害治理专项验收。

[1]GB50010-2002.混凝土结构设计规范.北京：中国建筑工业出版社，2002.

[2]GB50330-2002.建筑边坡工程技术规范.北京：中国建筑工业出版社，2002.

[3]赵志刚，曾智.预应力锚杆网格梁联合加固既有挡墙的设计与施工.施工技术，2007，（8）.