典型边坡支护方案的研究及工程应用

■王 浩 ■中南大学校本部，湖南 长沙 410006

1 工程概况

某边坡为切方边坡，坡底标高为40.10m，山体最大标高为69.40m，开挖段全长约90m，坡高约3.5～23.5m，山体自然坡度35～45°，该边坡为岩质边坡，上部粉质粘土及少量杂填土层厚0.5～3.2m，下部为强风化砂岩夹泥质粉砂岩。现场调查陡坡上薄层状砂岩风化强烈，岩石因受断裂引张破坏作用，裂隙比较发育，在人为、不良自然条件或或地震作用下，易引发危岩崩塌和滑坡;因此，该段边坡须采取妥善的支护措施。该边坡为永久性边坡，安全等级为一级，安全系数为1.3。

1.1 工程地质条件

1.1.1 地形和地貌

场地原始地貌属剥蚀低山丘陵地貌。勘察期间，拟建边坡部分钻孔孔口标高介于44.15～68.81m 之间，地表相对高差24.66m，山体自然坡度30～45°。

1.1.2 地层岩性

据钻孔揭露地层，分别为第四系杂填土层、残积层、泥盆系锡矿山组砂岩夹泥质粉砂岩、泥盆系沙河组泥灰岩。

1.2 水文地质条件

勘察期间，山坡上所有钻孔均未测到地下水水位，坡底部分钻孔见地下水，地下水类型主要为赋存于杂填土中的上层滞水。地下水补给来源主要为大气降水和生活污水补给。

2 支护方案选择

2.1 抗滑桩

2.1.1 抗滑桩简介

桩上部承受坡体推力通过桩身传给下部侧向土体或岩体，边坡的下推力是依靠桩下部的侧向阻力来承担，进而使得边坡稳定。整个滑坡体稳定性由于受到来自抗滑桩阻力的作用而大大提高，即大大提高滑坡体的安全稳定系数从而达到规定的安全系数相应规范的可靠指标，可以达到坡体不从桩间挤出和桩顶滑出的要求。此外桩体本身要满足强度、稳定性的要求，即桩体横断面要满足刚度、应力应变、变形等各项指标要求。

2.1.2 抗滑桩作用原理

滑坡体对桩体的滑坡主动推力可以分为两个部分，一部分推力从桩体传至滑坡体中的滑动面以下岩体中，使得桩前滑坡的推力大大减小，使得滑体稳定性的大大提高;一部分推力由桩体传至桩前滑破体，由桩前滑动面向上的抗滑力和这部分推力相互平衡。简单的说借助抗滑桩把将滑坡体中未达到平衡的滑坡推力传递到桩周的岩土上。

2.2 桩锚支护

2.2.1 桩锚支护简介

桩的上部或者中部加上锚索，这样锚索可以承受一部分的下滑力，这样就可以大大减少抗滑桩的传递作用，从而使得桩体所受荷载大大降低，也可以使得桩埋入滑床中的深度降低。原来的悬臂抗滑桩的受力模型变成一端近似铰接和另一端近似弹性固定端的一种梁式结构模型。其主要结构包括预应力锚索、抗滑桩、锚具等。

2.2.2 桩锚支护作用原理

通过锚具将施加预应力后的锚索与抗滑桩相连，使得一端穿过滑坡体将滑坡体锚固于滑床内，抗滑桩和预应力锚索形成一种联合受力的模式。从而锚索拉力和桩体所承受的抗滑力共同平衡滑坡推力，改善抗滑桩靠嵌固段地基抗力以平衡滑坡推力的受力模式，和抗滑桩大悬臂受力受限的受力机理。

2.3 格构式锚杆

2.3.1 格构式锚杆的简介

格构式锚杆主要是针对滑坡的一种滑坡综合防护措施，利用现浇钢筋砼、浆砌块石、预制预应力砼进行坡面处理，将锚杆或锚索锚固从而使得滑坡达到稳定的方法。

格构式锚杆大多时候利用混凝土框格护坡，且在框格之内种植各种花草，达到极其美观和公路环境美化的效果。这种措施广泛运用于山区高速公路中的高陡边坡加固中，可以达到护坡和美观又既安全的双重效果。

2.3.2 格构式锚杆作用机理

格构式锚杆中，网格梁的作用除了限制现有挡墙的位移外，还有传力作用。如果单独使用锚杆加固边坡，往往会由于锚杆的拉力过大从而导致应力过于集中，引起现有的挡墙变形、破坏，如果挡墙变形过大同时会引起锚杆应力丢失。若果将二者结合使用，这样网格梁相当于锚墩，起固定的作用，有效利用网格梁与挡墙有效接触面积大，使得挡墙在锚杆作用下其变形得到大大限制。

3 方案论证

3.1 技术对比

以上三种方案都是无较大技术难题的典型支护方案。在边坡支护工程实践中，三种方法都是较理想的施工方法，其应用都较为广泛。但每种方法均有优缺点(见上文三种方案简介)。从而仅需从工期、经济这两方面来进行三种方案的优选

3.2 经济比较

根据施工经验及相关规范，除技术方案可行之外，主要是经济方面的要求。锚杆网格梁支护造价是抗滑桩的约40.8%，是桩锚支护造价的约69.0%。因此采用锚杆网格梁支护较为经济。

3.3 工期对比

从工期上看，三种方案相差不大，一般同等工程情况下，桩锚支护所需时间比抗滑桩支护多15%左右，锚杆网格梁支护所需时间比抗滑桩支护少15%左右，基本三种方案均能满足一般工期需要。

3.4 结论

当采用格构式锚杆时，造价低、工期短、边坡安全性高。因此选用格构式锚杆作为本边坡工程的最终支护方案。

4 设计方案

4.1 锚杆设计

此边坡共设计十排锚杆。

边坡是二级边坡，每级十米高，中间有一条2 米宽平台。设计为10排锚杆，垂直和水平间距均为2 米，水平角度为150，孔径为130mm。

4.2 网格梁设计

第一级格构支护的基础梁、压顶梁、肋梁和肋柱设计方案4.3 锚杆支护结构稳定性验算

第二级边坡支护与第一级边坡支护采用同样的支护方式并得出相关数据。现对锚杆支护结构的整体稳定性进行验算如下

由此可得，该边坡支护稳定。

5 结论

在无特殊要求的常见边坡支护工程中，格构式锚杆有如下优点，造价低、工期短、边坡安全性高。因此普通的边坡支护工程中可选用格构式锚杆作为首选支护方案，其次可选桩锚支护和抗滑桩支护。

［1］《建筑边坡工程技术规范》(GB50330—2002)中国建筑工业出版社.

［2］隆威等著.《岩土工程预决算与招投标》［M］.长沙:中南大学出版社，2004.

［3］彭振斌著.《锚固工程设计计算与施工》［M］.武汉.中国地质大学出版社，1997.

［4］陈希哲.《土力学地基基础》［M］.北京:清华大学出版社，1998.