1、1某公路岩体滑动边坡稳定性分析和锚固治理摘要：介绍某公路 K48+200 岩体滑动边坡稳定性分析和预应力锚杆（索）锚固治理的设计过程，为类似工程提供参考和借鉴。 关键词：公路；边坡；稳定性分析；锚固；设计 中图分类号：X734 文献标识码：A 文章编号： 工程概况 某公路 K48+200 段边坡是修筑公路劈山开挖形成的岩质边坡，坡长120 余米，高 20 余米，坡向 100，坡度 3547。建成 1 年后坡体发生滑动变形，导致坡脚排水沟壁臌胀开裂，局部崩塌，边坡混凝土支护骨架部分断裂，进一步发展将演变为破坏性滑坡，对公路造成严重破坏。经勘测和稳定性分析，决定采用预应力锚杆（索）作永久性锚固治理
2、。 地质和水文地质条件 坡段所处地貌类型为基岩丘陵地貌，地形起伏较大。地层为白垩系下统碎屑岩组，岩性以泥质粉砂岩夹薄层泥岩为主，岩层中厚层状，产状 14012，坡面岩石中等微风化。岩层中发育两组陡倾斜裂隙，裂隙呈张裂状，分布均匀，有粘性土充填。坡段所处地势较高，地下水主要为季节性基岩裂隙水，受大气降水补给。降水部分入渗使基岩包气带裂隙充水形成季节性地下水体，并通过陡倾斜裂隙下渗，在坡脚以季节泉形式排泄。 2边坡滑动特征 发生滑动变形的岩体位于边坡中南端，滑体长 44m，宽 44m，主滑方向 140。滑动面破碎带影响宽度 78m，高及坡顶外 15m。滑体前缘位于坡面南端，滑体后缘张拉裂缝位于坡顶
3、北部，裂缝落距 1530cm，可测缝深 1.1m。勘测滑动体厚度 212m，滑体体积约 17000m3。 主滑岩体被裂隙切割呈菱块状，尚属较完整，但滑体周界岩石较破碎。现状勘测分析，该边坡已经形成滑坡雏形，前缘滑面位于坡脚路沟下约 1m 处，属泥岩夹层软弱结构面，岩体顺层滑动（图 1） 。 图 1 滑动边坡平剖面图 边坡滑动成因与稳定性分析 4.1 边坡滑动成因 根据滑体特征分析，边坡岩体发生滑动主要是岩性及产状、构造裂隙切割、降水渗入浸泡等三方面因素综合作用造成的。边坡地处桂南多雨区，泥质粉砂岩中的泥岩夹层一般厚度 510cm，质软强度低，受季节性地下水浸泡产生泥化，形成层间软弱结构面，且岩
4、层倾角小于坡角，极易发生斜坡岩体向临空面滑移。滑体后壁呈折线状的 17073、7575两组陡倾斜裂隙较发育，切割较深，延伸长，用赤平投影图分析，这两组结构面楔形体交线产状为 12672，裂隙组合结构面主控岩体滑动方向和后壁倾角。 4.2 稳定性分析 3取滑体主轴方向单宽岩体，按由两组结构面构成滑体的平面剪切破坏边坡进行稳定性计算分析，并过两结构面交点作垂直线 CD，将滑体分成、两部分，按两滑块平面滑动型计算分析。设块体对块体的推力为，块体的下滑力为，抗滑力为，地下水对块体、的浮托力分别为、 ，在滑动面充水且忽略动水压力条件下边坡稳定性系数为 KS，则：(4-1) (4-2) (4-3) (4-
5、4) 式中：1、2滑动块体、的自重（kN/m） 。 、块体、滑动面倾角（） ； 1、2，1、2块体、滑动面的内摩擦角（）和内聚力（kPa） ； 1、2块体、滑动面斜长（m） ； 、块体、滑动面充水高度（m） ； 水的重度（kN/m3） 。 根据上述各式分别对滑动体自重条件和降雨后滑动面部分充水条件下的岩体稳定性进行计算，结果见表 1： 表 1 边坡稳定性分析计算表 4相关数据 参数取值 取单宽滑体计算时，W=A,A 为块体截面面积，为岩石天然重度；1369.0m2，224.0m2，=23.72kN/m3；144.0m，2=12.8m；1272；=10.0kN/m3,；1212；1210.0（k
6、Pa） 。坡顶探孔测得大雨后地下水位埋深 6m。即取15.0m，6.0m； （、 、 、 、单位为 kN/m） 稳定性评价：在滑体自重条件下，边坡稳定性系数 KS=1.16,边坡处于稳定状态，但不能满足二级边坡稳定安全系数 K1.30 的要求；降雨使滑动面 L2 半充水，在岩体自重和地下水静水压力共同作用条件下，边坡稳定性系数 KS0.81，边坡处于不稳状态。根据验算，当边坡地下水位8.0m 时，KS=1，边坡处于临界平衡状态。综合评价该边坡属不稳定边坡，须采取工程治理措施。 治理工程设计 5.1 治理方案的选择与锚固力计算 根据该边坡具有：周界清晰，滑动岩体相对完整，岩石强度较高；以降雨入渗
7、为坡体滑动的主要诱因；不易开挖降坡，但便于坡面施工等特点，提出了采用预应力锚杆锚固滑体、排（降）水孔疏干地下水为主体，坡面设明沟截水和坡顶回填裂缝为辅助的综合治理方案。 锚杆设计前首先确定锚固力的大小。根据公式（4-3） ，考虑在边坡上施加一个锚固力时，则边坡稳定性系数计算公式变为： (5-1) 5式中：施加于边坡上锚固力， （kN） ；设计锚杆与滑动面夹角， （） ， ；锚固角，即设计锚杆与水平面的夹角。 由此求得边坡达到许用稳定安全系数K时所需施加的锚固力为： (5-2) 锚固角选取，按建筑地基基础设计规范 （GB5007-2002） ，边坡岩石锚杆与水平面夹角为 1525的要求，根据边坡
8、施工条件，取25。 边坡稳定安全系数按二级边坡要求 K1.30。 ，考虑大雨时可能出现短暂水位峰值，边坡安全系数提高 10取值，即取K1.301101.43； 设计边坡排（降）水孔使滑动面水位降至8.0m，=0，根据式（4-24-4、5-2）和表 1 的相关参数，求得单宽锚固力：=542.3(kN)。 5.2 锚杆的布设 实测边坡滑体的真宽为 44m，但对坡面影响范围达 78m，本着整体治理、一次根治的原则，在坡脚及半坡两个平台布置两排锚杆，布设面宽75m。选用锚杆类型为直筒型钢绞线预应力锚索，设计单根锚杆轴向拉力为=800(kN)，计算锚杆数量（N）为： (根)（5-3） 具体布置为：上排
9、26 根，间距 3.0m，下排 25 根，间距 3.1m，上下排距 11.0m。 5.3 确定单根锚杆钢绞线根数 根据锚杆轴向拉力设计值反算单根锚杆极限拉力值。依据：，得： 6（kN） （5-4） 式中：锚杆轴向拉力设计值， （kN） ；设计锚杆轴向拉力极限值， （kN） ；单根锚杆最小安全系数，取值 1.6。 设计选用强度级别为=1860MPa（1.86106kN/m2） ，15.2mm 的预应力钢绞线，有效截面面积 A=1.3910-4m2。确定单根锚杆钢绞线的根数时，以满足极限拉力强度要求为原则，即： 5.0(根) （5-5） 5.4 确定锚杆锚固段长度 预应力锚杆（索）强度除杆体（钢绞
10、线）本身应满足极限荷载强度要求外，锚固体与孔壁岩体之间和锚固体与钢绞线之间的握裹力也应满足锚杆轴向极限拉力下抗剪强度要求，须根据轴向拉力极限值分别计算锚固段长度，取其较大值来确定锚杆锚固段长度，且不应小于 3m。在锚固体采用强度等级为 M30 的水泥砂浆条件下： 1）计算锚固体与孔壁岩体之间粘结破坏时锚杆锚固段长度（）为：6.62（m） （5-6） 2）计算锚固体与钢绞线之间粘结破坏时锚杆锚固段长度（）为： 4.46（m） （5-7） 式中：锚杆轴向拉力极限值， （kN） ；锚杆钻孔直径， （设计孔径 110mm） ， （m） ；钢绞线直径， （m） ；锚杆用钢绞线的根数，（根） ；岩石与锚固
11、体粘结强度特征值， （按较硬岩和水泥砂浆 M30取 700） ， （kPa） ；钢绞线与锚固体粘结强度设计值， （按水泥砂浆7M30 取 2.0103） ， （kPa） ；锚固体与岩石粘结效率折减系数，取0.8；锚固体与钢绞线粘结效率折减系数，取 0.6。 依据（取较大值）的原则，结合实际确定设计锚杆锚固段长度为下排7.0（m） ，上排7.5（m） 。 5.5 确定锚杆自由段长度和锚杆长度 锚杆自由段长度以超过滑动面 1.0m，并应大于 5.0m 为原则。根据锚杆布置位置及锚固角，确定锚杆自由段长度分别为下排为 6.0m，上排为16.0m。因此设计锚杆（索）长度分别为下排 13.0m，上排为
12、23.5m。 5.6 外锚设计 外锚是锚杆的重要组成部分，除其强度、刚度和抗裂必须满足锚杆极限荷载作用要求外，其结构形式应有利于工作锚具的安装使用和防护。本方案设计外锚主体为梯台型垫墩，现浇 C30 钢筋混凝土，工作锚具选用 OVM 公司生产的 OVM15-5 型锚具。垫墩尺寸通过对坡面岩石承载力和混凝土强度验算后确定： （1）垫墩底面尺寸：设垫墩底面验算面积为 Ad，垫墩底面压力平均值为 pk，坡面岩石承载力特征值为 fa 则应：， ，即： （m2） （5-8） 根据坡面泥质粉砂岩具中等微风化特征，取经验值fa=2500kPa；。 （2）垫墩顶面受压面积(Am)：根据，得： （m2） （5-
13、9） 式中：Ny施加在垫墩混凝土上的轴向压力值，按锚杆轴向拉力8极限值取 1280kN；fc混凝土轴心抗压强度设计值，按 C30 强度等级取 14.3103kPa；Am垫墩顶面受压面积，即锚垫板面积， （m2） 。 5.7 辅助设施设计 在上下两平台上部 1.3m 处，设计排（降）水钻孔 18 个，下入 60mm热镀锌滤管，仰角 5。孔深 1524m。 在坡面中部平台设计光面截水沟，沟长 63m，横截面为倒梯形，沟深0.3m，水泥砂浆抹面。 对坡顶裂缝进行开挖沟槽夯实底部，后用粘土分层回填夯实，以减少降水下渗。 治理效果 通过实施设计方案，并按设计的单根锚杆轴向拉力值对施工锚杆进行预应力张拉锁
14、定，竣工一年后对 51 根锚杆进行位移对比观测，数据偏差一般在 20mm 内，最大偏差为 33mm。说明滑体已停止滑移，滑动岩体被成功锚固，整个边坡均未发现新裂缝，雨后上排降水孔未见出水，下排南端几个降水孔有出水现象，说明排（降）水孔起到了降低坡体破碎带雨后地下位的预期作用。边坡治理达到预期效果。 结束语 通过对治理边坡的稳定性分析和治理设计，并参与施工。综合以下几点体会： 1）在多雨区，公路建成 12 年内发生边坡失稳或滑坡的现象比较普遍，常用的治理方法较多，工程也较复杂，选择经济技术合理的治理方案至关重要，方案设计应着眼于对边坡的整体稳定和长远效果，避免9二次治理造成损失。 2）在对边坡稳定性计算评价和预应力锚杆设计验算中，安全系数取值一般按现行有关规范执行。在勘探程度不足，工程地质条件较复杂且不明因素多、预测工程破坏后果严重的情况下，可适当提高安全系数取值，但从经济考虑不宜过高。 3）为检验预应力锚索设计，在施工初期应进行预应力锚索锚固试验，并根据试验结果修改设计，以取得预期的治理效果。
