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錨桿與錨索梁組合在開(kāi)挖邊坡加固中的應(yīng)用

文檔作者：王迎法1 馮慶高2 周傳波2 蔡鵬3 文檔來(lái)源： 1．中國(guó)地質(zhì)大學(xué)巖土鉆掘與防護(hù)教育部工程研究中心 2．中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢) 工程學(xué)院 3．深圳市湛聯(lián)基礎(chǔ)建筑工程有限公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2025年09月25日
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102
施工技術(shù)
CONSTRUCTION TECHNOLOGY
2010年7月
第39卷第7期
錨桿與錨索梁組合在開(kāi)挖邊坡加固中的應(yīng)用
王迎法1，馮慶高2，周傳波2，蔡鵬3
(1．中國(guó)地質(zhì)大學(xué)巖土鉆掘與防護(hù)教育部工程研究中心，湖北武漢430074；2．中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)
工程學(xué)院，湖北武漢430074；3．深圳市湛聯(lián)基礎(chǔ)建筑工程有限公司，廣東深圳518052)
[摘要]通過(guò)對(duì)邊坡地質(zhì)條件及其穩(wěn)定性的分析，提出了采用錨桿與預(yù)應(yīng)力錨索腰梁組合進(jìn)行邊坡加固的措施。
根據(jù)錨桿與預(yù)應(yīng)力錨索腰梁組合結(jié)構(gòu)在邊坡支護(hù)中的應(yīng)用情況，以及支護(hù)設(shè)計(jì)、施工工藝及其支護(hù)后的邊坡穩(wěn)定
性驗(yàn)算，證明了它是一種安全有效的邊坡支護(hù)方法。
[關(guān)鍵詞】錨桿；預(yù)應(yīng)力錨索；腰梁；邊坡支護(hù)；穩(wěn)定
【中圖分類(lèi)號(hào)】TU753．8 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1002-8498(2010)07-0102-03
Application of Bolt and Cable-beam in Excavation Slope Reinforcement
Wang Yingfal，F(xiàn)eng Qingga02，Zhou Chuanb02，Cai Pen93
(1．Engineering Research Center of Rock-Soil&amp;amp;Excavation and Protection Ministry of Education，China UnweHSy of Geosciences，
Wuhan，Hubei 430074，China；2．Faculty of Engineering，China University of Geosciences，Wuhan，Hubei 430074，China；
3．Shenzhen Zhanlian Base Architecture Engineering co．，Ltd．，Shenzhen，Guangdong 5 1 8052，China)
Abstract：Through analyzing geological conditions and stability of slope，a combination slope
reinforcement measure of anchor and prestressed anchor cable is put forward．Basing on practice
application of this measure in slope support，support design，construction technology and stability
calculation of slope after supported，the authors find that this measure is a safety and effective slope
support method．
Key words：anchor；prestressed anchor cable；waist beam；slope support；stability
對(duì)于地質(zhì)條件差而安全等級(jí)要求較高的開(kāi)挖邊
坡，單純使用錨桿噴錨進(jìn)行支護(hù)可能無(wú)法滿足工程要
求，這時(shí)，可以采用錨桿與預(yù)應(yīng)力錨索梁組合進(jìn)行支
護(hù)，提高邊坡的整體穩(wěn)定性。預(yù)應(yīng)力錨索腰梁是近年
來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種新型支擋結(jié)構(gòu)，這項(xiàng)技術(shù)是把預(yù)應(yīng)
力錨索的錨碇直接固定于腰梁結(jié)構(gòu)上，使預(yù)應(yīng)力錨索
和腰梁共同承擔(dān)加固結(jié)構(gòu)物的荷載。它是通過(guò)鋼筋混
凝土腰梁將錨索連接，從而將錨索巨大的錨固力傳遞
給坡體，改變坡體應(yīng)力狀態(tài)，提高坡體自穩(wěn)能力的一種
主動(dòng)加固方法。腰梁不僅可以為預(yù)應(yīng)辦錨索提供反力
裝置，而且也對(duì)邊坡巖土有著框箍和壓緊作用。由于
這種加固技術(shù)與其它土體加固技術(shù)相比，具有施工簡(jiǎn)
單、加固效果顯著和適用面廣等優(yōu)點(diǎn)，因而對(duì)于地質(zhì)條
件差的高開(kāi)挖邊坡可以推廣應(yīng)用。
1工程概況
1．1場(chǎng)地條件
深圳市龍崗區(qū)布吉李期社區(qū)某工業(yè)開(kāi)發(fā)區(qū)工程，
因修建工業(yè)大樓的需要，擬將其旁一山體內(nèi)側(cè)的土體
挖掉。開(kāi)挖后形成原狀土土質(zhì)高陡邊坡，坡高4．0—
15．5m，邊坡安全等級(jí)為一級(jí)。被開(kāi)挖部分山體的水平
距離為150．0m，垂直高度為15．5nl，按I：0．4分兩次放
坡，放坡高度分別為8m和7．5m。
由于山體開(kāi)挖后的邊坡穩(wěn)定性將直接影響建筑物
的安全使用，故需根據(jù)山體地質(zhì)情況正確分析其開(kāi)挖
后所形成邊坡的穩(wěn)定性，制定合理的邊坡支護(hù)方案。
1．2工程地質(zhì)及水文條件．
根據(jù)巖土工程勘察報(bào)告顯示，該山體內(nèi)的地層自
上而下的順序主要有：第四系坡洪積層(Q“郵1)、沖洪
積層(Q“一)、殘積層(Q“)以及侏羅系中統(tǒng)基巖(E)，
其土層的物理參數(shù)如表1所示。
場(chǎng)區(qū)內(nèi)地下水主要為賦存于基巖風(fēng)化帶中的風(fēng)化
裂隙水，地下水的富水性一般，以大氣降水的垂直滲入
作為其主要補(bǔ)給來(lái)源，地下水位埋藏較深。場(chǎng)區(qū)內(nèi)地
下水pH值為5．80一6．20，對(duì)擬治理邊坡的混凝土結(jié)
構(gòu)及鋼筋均不具腐蝕性，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)具弱腐蝕性。
[收藕日期】2010-01·12
[作者簡(jiǎn)介】王迎法。中國(guó)地質(zhì)大學(xué)巖土鉆掘與蔭護(hù)教育部工程
研究中心碩士研究生，武漢市洪山區(qū)魯磨路388號(hào)430074，電
話：18971675021，E-mail：wangyingfal68@126．com
萬(wàn)方數(shù)據(jù)
2010 No．7 王迎法等：錨桿與錨索梁組合在開(kāi)挖邊坡加固中的應(yīng)用103
表1土層的物理力學(xué)性質(zhì)
Table 1 Physical and mechanical properties of soil
2邊坡穩(wěn)定性分析
由工程條件可知，邊坡土層抗剪強(qiáng)度較大，但局部
破碎、軟硬互層的構(gòu)造特性又導(dǎo)致其穩(wěn)定性較低，在地
表水及雨水作用下邊坡容易滑塌。邊坡開(kāi)挖后，在坡
體內(nèi)發(fā)現(xiàn)一個(gè)順坡向的軟弱結(jié)構(gòu)面，傾角約300。長(zhǎng)約
25m，傾角小于坡角，對(duì)邊坡穩(wěn)定性構(gòu)成潛在的嚴(yán)重威
脅。在滑體后部產(chǎn)生張裂縫，該張裂縫對(duì)邊坡穩(wěn)定性
有很大影響，特別是在暴雨情況下，由于底部排水不
暢，張裂縫可能臨時(shí)充水達(dá)一定高度，沿張裂縫及滑動(dòng)
面產(chǎn)生靜水壓力，使滑動(dòng)力突然增大，造成邊坡滑移。
邊坡的穩(wěn)定性分析可按平面剪切破壞類(lèi)型考慮。
由剛性極限平衡法分析，穩(wěn)定系數(shù)計(jì)算：
，～F一=堇滑一查一c厶=——．———+——(—W‘—c—o—印———一—JL—M—一———鵂—-——i—邶———)—t——a{—n—妒■--—，—-上1I、I l
下滑力Wsi郵+VCO啦
”7
恥；÷7。z。(日一Z)cscfl (2)
穢=÷y．Z2， (3)
W=蠆I y廿2{【t一(吾)2】c。夠一oo,o} (4)
式中：F．為邊坡穩(wěn)定性系數(shù)；c為滑動(dòng)面內(nèi)黏聚力
(kPa)；妒為滑動(dòng)面內(nèi)摩擦角(o)；L為滑動(dòng)面長(zhǎng)度
(m)；a為邊坡坡腳(。)；厴為滑動(dòng)面傾角(o)；“為作用
在滑塊地面上的水浮托力(kPa)；穢為張拉裂縫中的水
壓力(kPa)；y，為水的重度(kN／m3)；y為巖體重度
(kN／m’)；Z為張裂隙深度(m)；z，為裂隙中水的深
度；W為滑體所受重力(kN)。
根據(jù)邊坡工程地質(zhì)條件：L=25m，c=30kPa，妒=
15。，口=680，盧=300，y=20kN／m3，Z=5m，日=15．5m，
Z，=4m。c，9的取值是根據(jù)山坡原狀土試樣進(jìn)行試驗(yàn)
得出的。將上述數(shù)據(jù)代入公式計(jì)算得F．=0．97，小于
設(shè)計(jì)要求的安全系數(shù)1．25，不符合規(guī)范要求，說(shuō)明現(xiàn)有
邊坡穩(wěn)定性較差，需采取加固措施。
3邊坡支護(hù)設(shè)計(jì)
由于邊坡空間位置較特殊，坡腳靠工業(yè)大樓基礎(chǔ)
很近，工業(yè)樓下設(shè)有地下停車(chē)庫(kù)，因此決定采用永久性
支護(hù)，并加大邊坡支護(hù)力度。根據(jù)邊坡的巖土體情況、
勘察報(bào)告以及支護(hù)性質(zhì)，具體方案如下：采用錨桿與預(yù)
應(yīng)力錨索并配置鋼筋腰梁的復(fù)合支護(hù)方案，可有效控
制邊坡土體變形，以確保邊坡穩(wěn)定，滿足邊坡安全的
要求。邊坡支護(hù)剖面如圖1所示，均按1：4放坡，邊坡
坡底標(biāo)高為91．0m，坡頂標(biāo)高為106．5m，于98．5m標(biāo)
高處設(shè)置一個(gè)1m寬平臺(tái)，平臺(tái)內(nèi)砌有水溝(見(jiàn)圖1)。
圖1邊坡剖面示曩
Fig．1 Slope proffie
3．1錨桿(索)設(shè)計(jì)
1)邊坡共設(shè)lO排錨桿，縱橫間距為1．5m，遇錨索
位置錨桿縱向間距為3m；錨索設(shè)有4排，縱橫間距均
為3．0m，每排錨索都設(shè)有腰梁。
2)設(shè)計(jì)拉力
T=W(sil班F．一CO印tan妒)+
utan‘p+種(CO印F．+si印tan‘p)一cL ，¨
cos(盧+艿)F．+sin(盧+6)tan‘p
、。7
式中：艿為錨索(桿)與水平面夾角，其余符號(hào)與前相
同。根據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范》GB50021-2001 F．取
1．25計(jì)算，得錨桿拉力T1=520kN／m，錨索拉力t=
430kN／m。
由公式Ti=mT／n (6)
式中：N。=t，m，n分別為錨桿索間距和排數(shù)。經(jīng)計(jì)算
得出：?jiǎn)胃^桿抗拔力設(shè)計(jì)值N。=130kN，單根錨索抗
拔力設(shè)計(jì)值N．=320kN。
3)錨桿(索)結(jié)構(gòu)為圓柱形，由盧=45。+妒／2一n，
根據(jù)最大抗滑力錨固角和最經(jīng)濟(jì)錨固角確定錨桿
(索)的最優(yōu)化錨固角。錨桿鉆孔與水平方向的夾角
為15。，錨索鉆孔與水平方向的夾角為20。。
4)錨桿設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為8—12m，錨索設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為18—
23m；錨桿孔徑為110ram，錨索孔徑為130mm，孔深都
應(yīng)超過(guò)設(shè)計(jì)長(zhǎng)度0．5m。
5)錨桿采用1根‘b25的Ⅱ級(jí)螺紋鋼筋；錨索采用
4根7擊5，4,15．24ram的預(yù)應(yīng)力鋼絞線。其結(jié)構(gòu)分別如
圖2所示。
錨桿和錨索的抗拉驗(yàn)算：
A．=KN。紙h (7)
式中：j；：為安全系數(shù)；Ⅳ。為錨桿(索)設(shè)計(jì)軸向力；A．為
錨筋截面積；工h為錨筋(鋼筋、鋼絞線)抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)
值，鋼筋為455N／mm2，鋼絞線為1 470N／ram2。
經(jīng)計(jì)算，錨桿A．=457mm2，一條4,25的Ⅱ級(jí)螺紋
萬(wàn)方數(shù)據(jù)
104 施工技術(shù)第39卷
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圖2錨桿和預(yù)應(yīng)力錨索結(jié)構(gòu)示意
Fig．2 Structure of bolt and
prestressed anchor cable
鋼筋截面積為490mm2>A。，滿足要求。錨索鋼鉸線A．
=392mm2，4根7,k5直徑為15．24mm的預(yù)應(yīng)力鋼絞線
截面積4×137．37=549mm2>A．，滿足要求。
3．2腰梁設(shè)計(jì)
腰梁為鋼筋混凝土梁，設(shè)計(jì)腰梁截面積為350mm
×400mm，箍筋西8@100，采用C30混凝土澆筑。其結(jié)
構(gòu)如圖3所示。
擲@200
圖3腰粱結(jié)構(gòu)示慧
Fig．3 Structure of waist beam
4邊坡支護(hù)施工
4．1施工總體安排
人工土質(zhì)邊坡開(kāi)挖采用自上而下的形式。開(kāi)挖結(jié)
束后的邊坡采用錨桿(索)土釘墻噴錨與腰梁組合的
支護(hù)形式。先施工錨桿、錨索，再對(duì)錨索位置設(shè)置腰梁
進(jìn)行施工。錨桿(索)施工應(yīng)與同級(jí)坡開(kāi)挖修坡同時(shí)
進(jìn)行，待錨索、腰梁結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力張拉后再進(jìn)行下一級(jí)土
石方開(kāi)挖，以免邊坡面長(zhǎng)時(shí)間不防護(hù)，造成更大的施工
困難，影響施工進(jìn)度。
4．2錨桿施工
1)進(jìn)行錨桿孔的定位放線，每隔1．5m間距設(shè)一
錨孔。在孔口前用定位器定出鉆具斜度，錨孔定位偏
差不宜大于20ram，錨孔偏斜度不應(yīng)大于3％。
2)錨桿采用單根qb25HRB335級(jí)鋼筋，放入鉆孔前
應(yīng)平直、除銹，長(zhǎng)度誤差不大于10cm，并保證注漿體或
混凝土包裹保護(hù)層不小于25mm。
3)采用壓力泵將水灰比為0．5：1的(P·042．5普
通硅酸鹽)水泥凈漿注入錨孔，常壓注漿，注漿完成后
半小時(shí)孔口補(bǔ)漿。
4．3預(yù)應(yīng)力錨索施工
1)選用直徑15．24mm，強(qiáng)度1 860MPa的高強(qiáng)低松
弛無(wú)黏結(jié)鋼絞線，延伸率≥3．5％。
2)錨索采用兩次注漿工藝，采用水灰比為0．5：1
的水泥凈漿，第1次為常壓注漿，注漿壓力0．5MPa；第
2次為高壓注漿，注漿壓力不小于2．OMPa。
3)錨索采用ZB4-500S電動(dòng)油泵和ESYDC250-200
(20t)單根張拉千斤頂進(jìn)行張拉。
4．4掛網(wǎng)、噴錨
1)按網(wǎng)孔20em 噴射漶凝土。2嚶100
選x2用0鋤4,8鬻髫，?藏?一200 用網(wǎng)格筋，鋼礎(chǔ)爿攔jfI捌
筋網(wǎng)的交點(diǎn)用隔點(diǎn)
圖4鋼筋網(wǎng)噴錨立面
式焊接或綁扎，錨頭
Fig．4 Prof'de of reinfor∞d
水平方向設(shè)雙道咖16 mesh spray anchor eievation
加強(qiáng)鋼筋(見(jiàn)圖4)。
2)噴射C20細(xì)石混凝土，厚100mm，配合比為：水
泥：中砂：碎石=l：2：2．5。
4．5鋼筋混凝土腰梁施工
1)施工工藝測(cè)線定位一清理坡面一鋼筋制作與
安裝一擋板支模一澆筑混凝土一拆模_養(yǎng)護(hù)。
2)混凝土澆筑采用C30混凝土，澆筑過(guò)程中要
伴隨振搗棒進(jìn)行振搗，防止出現(xiàn)蜂窩現(xiàn)象。澆筑24h
后可以拆除模板，7d之內(nèi)要及時(shí)對(duì)腰梁灑水養(yǎng)護(hù)。
4．6工程錨桿(索)的驗(yàn)收試驗(yàn)
驗(yàn)收試驗(yàn)中對(duì)錨桿及錨索各選取5％進(jìn)行抗拔試
驗(yàn)。試驗(yàn)最大荷載值取1．5倍的抗拔力設(shè)計(jì)值，且≤
0．SAy,h，經(jīng)試驗(yàn)得出錨桿抗拔力≥200kN，錨索抗拔力
，>370kN，均能滿足設(shè)計(jì)要求。
5邊坡穩(wěn)定性驗(yàn)算及監(jiān)測(cè)
邊坡支護(hù)后采用瑞典圓弧條分法將邊坡分4層進(jìn)
行分析得出，K。=(尺+Ⅳ。)／T=1．438>1．25，故支護(hù)后
的邊坡是穩(wěn)定的。邊坡監(jiān)測(cè)采用人工巡視和位移監(jiān)
測(cè)。該邊坡支護(hù)工程施工結(jié)束后，經(jīng)連續(xù)的位移和沉
降觀測(cè)，基本沒(méi)有位移和沉降變化，邊坡穩(wěn)定性較高。
6結(jié)語(yǔ)
通過(guò)工程實(shí)例，分析了錨桿與預(yù)應(yīng)力錨索腰梁組
合的設(shè)計(jì)方法及其應(yīng)用的可行性。該方法在考慮工程
安全穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)合理的前提下，位移變形小，解決了單
純錨噴支護(hù)存在的問(wèn)題，具有更廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域。
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(下轉(zhuǎn)第120頁(yè))
萬(wàn)方數(shù)據(jù)
120 施工技術(shù)第39卷
^頂推完成時(shí)
捌耋婪釜霍■簟4竺^中2^型重I 墼—匿如
c張控箱果內(nèi)外轉(zhuǎn)抉鍋柬d轉(zhuǎn)換完成
圈5體外鋼束的轉(zhuǎn)換順序
Fig．5 Transfer sequence of out-body steel咖
4．2頂推完成時(shí)預(yù)應(yīng)力束的轉(zhuǎn)換順序和中間橫隔板
構(gòu)造
在體外束的轉(zhuǎn)換過(guò)程中，中間橫隔板的構(gòu)造及端
橫隔鋼束錨固部分的轉(zhuǎn)向管的設(shè)置至關(guān)重要，中間橫
隔板采用分2次澆筑，如圖6所示。在頂推完成約一
半的時(shí)候，架設(shè)時(shí)釋放的體外束一部分轉(zhuǎn)換至體內(nèi)，剩
下的一半仍留在體外，頂推完成后所有配置在箱梁以
外的鋼柬均轉(zhuǎn)換到體內(nèi)。為了滿足鋼束從直線配置到
彎起配置的要求，錨固端的預(yù)埋管需設(shè)計(jì)成橢圓形的
喇叭狀，如圖7所示。而在中間橫隔板的轉(zhuǎn)向器也設(shè)
計(jì)成兩端為喇叭形的半圓結(jié)構(gòu)，當(dāng)體外束釋放后，進(jìn)行
剩下的二次施工時(shí)比較方便，且在移動(dòng)鋼束時(shí)不宜破
壞鋼柬。根據(jù)以上方法，架設(shè)時(shí)的鋼束可以100％轉(zhuǎn)
換成永久鋼束，至架設(shè)完成后增加的鋼柬用量約5t，僅
占總鋼束用量的約5％H1。
5 結(jié)語(yǔ)
島崎川橋于2004年12月開(kāi)始施工，至2006年2
月竣工，采用波形鋼腹板鋼梁作施工導(dǎo)粱，巧妙地運(yùn)用
了波形鋼腹板的特性及體外預(yù)應(yīng)力鋼束的靈活周轉(zhuǎn)，
充分發(fā)揮了材料的各自性能，既豐富了波形鋼腹
圈6橫隔板施工順序
Fig．6 Construction sequence of
cross patHflflon board
圈7錨固橫隔處預(yù)埋管構(gòu)造
Fig．7 Structure of pre-buried pipe at
cro鼴partition board
板橋梁的施工方法，又節(jié)約了用于周轉(zhuǎn)的臨時(shí)施工用
材?？傊?，本文介紹的利用波形鋼腹板作導(dǎo)梁的幾點(diǎn)
頂推施工關(guān)鍵技術(shù)，可以為我國(guó)在進(jìn)行此類(lèi)橋梁工程
施工時(shí)借鑒和參考。
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廣南高速公路崔家口大橋成功架設(shè)第一片T梁
由中國(guó)鐵建二十二局集團(tuán)五公司承建的四川省廣
(元)南(充)高速公路崔家口左線大橋成功架設(shè)第一
片23-3號(hào)預(yù)應(yīng)力T梁。
該公司擔(dān)負(fù)施工廣南高速GNl3合同段工程，路
線長(zhǎng)度8．845km。該段共有挖方89．3萬(wàn)m3，填方
66．6萬(wàn)m3，大橋7座共2 581．83延m，隧道2座共
3 087延m，人行天橋兼渡槽l座47m，涵洞18座
692．48m，分離式立交1座50m。其中崔家口左線大橋
全長(zhǎng)651m，橋面凈寬11．25m，最大橋高52m，孔數(shù)及跨
徑：2×25+4×40+17×25m，下部構(gòu)造采用柱式墩48
根、橋臺(tái)2個(gè)，其中圓柱墩42根，方柱墩6根
(107．1m)。
第一片預(yù)應(yīng)力T梁的成功架設(shè)，標(biāo)志著廣南線架
梁施工的序幕已經(jīng)拉開(kāi)，為完成年度工作目標(biāo)奠定了
堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

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