鞍山垃圾與渣土受納場邊坡錨索支護治理設(shè)計與施工

馬 !，霍俊華，孫 旭，李 斌

(1.遼寧冶金基礎(chǔ)工程研究院，遼寧 鞍山114005;2.遼寧省冶金地質(zhì)勘查局四〇一隊，遼寧 鞍山114001)

1 工程概況

本項目擬在千山區(qū)建設(shè)余泥專用受納場，以解決千山區(qū)目前迫在眉睫的余泥渣土的處理問題。受納場位于千山區(qū)某社區(qū)積谷田，現(xiàn)狀為塘坑和低洼地，原有2個擋土壩，高51 m，1號壩頂長288.27 m，2號壩頂長383.91 m，坡度均為1∶1，重度18 kN/m3，粘聚力15 kPa，內(nèi)摩擦角28°。

2 自然條件

2.1 地形、地貌

受納場位于千山區(qū)某社區(qū)積谷田，已有簡易沙土路可和千山路直接相連。交通十分便利。

受納場所在地地貌為低山丘陵，地勢變化較大，絕對高程為73.20～161.66 m，高差為88.46 m;大部分低洼地段現(xiàn)已填埋，現(xiàn)填埋土方為111萬m3。使用場地地形猶如2個半碗狀，是比較理想的地形。

該場址已進行過初步勘探，根據(jù)鉆探揭露，場地內(nèi)沒有明顯影響場地穩(wěn)定性的斷裂構(gòu)造、塌陷、土洞及巖溶現(xiàn)象;植被茂盛。未出現(xiàn)大規(guī)模的滑坡、泥石流、崩塌等不良地質(zhì)現(xiàn)象，邊坡較穩(wěn)定。擬建場地低洼地段大部分已回填，其余地段為原始地貌，工程性質(zhì)較好，地基穩(wěn)定性好，適宜作為建筑垃圾與渣土受納場的場地。

場地地下水類型為第四系孔隙潛水、基巖裂隙承壓水。因第四系地層沉積厚度有限，富水性較差;裂隙承壓水主要儲存在中風(fēng)化巖石中，其富水性、透水性相對稍好。地下水補給主要為大氣降水垂直補給;地下水排泄主要為地下徑流側(cè)向排泄，并在規(guī)劃場地東北部及西北部有小溪由南向北流出場地。勘察期間測得地下水位標(biāo)高在71.90～89.07 m之間。場地內(nèi)地下水、地表水水質(zhì)對混凝土結(jié)構(gòu)、對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋及對鋼結(jié)構(gòu)腐蝕性均為弱腐蝕性。

2.2 氣候特征

本地區(qū)屬亞熱帶海洋季風(fēng)氣候，全年氣溫高，濕度大，雨量充分，但年際變化較大;多年平均氣溫為22.4℃，極端最高氣溫為36.6℃，極端最低氣溫為1.4℃，多年平均降雨量為1900 mm，最高日降雨量為338.5 mm，平均相對濕度為79%。

2.3 地震烈度

本區(qū)基本地震烈度為七度，基本地震加速度值為0.10g。

3 穩(wěn)定性分析

本工程壩體本體為均勻土質(zhì)，采用瑞典條分法做的穩(wěn)定性評價。

式中:c——第i條塊的粘聚力;Li——第i條塊的滑動面弧長;γ——第i條塊的重度;bi——第i條塊的土條寬度;hi——第i條塊的平均高度;αi——土條地面中心的法線(過圓心)與圓心的鉛直線間夾角;φ——第i條塊的內(nèi)摩擦角。

通過公式確定其穩(wěn)定性系數(shù)為0.8，正處于失穩(wěn)狀態(tài)，因此在起初決定用削坡的方法使其達到穩(wěn)定。

決定將其坡度改為1∶2.5，并分4級放坡。因鞍山時有強降雨天氣，則考慮其在強降雨時的穩(wěn)定性，經(jīng)過計算穩(wěn)定性系數(shù)為0.9，仍有可能失穩(wěn)。因此必須治理。

4 治理方案的選擇

治理的方法多種多樣，國內(nèi)多為錨索、抗滑樁、土釘?shù)鹊?。但本工程有治理面積大、壩體土層單一等特點，抗滑樁便以其昂貴的預(yù)算被放棄了;相關(guān)規(guī)范規(guī)定土釘最長不得超過20 m，而坡面與最危險滑動面之間的距離大部分都超出了20 m，因此在本次設(shè)計也不是適用的。

考慮本工程獨有的特點，因此選用了錨索來作為治理的最優(yōu)方案。

5 錨索的設(shè)計與計算

5.1 確定錨索鋼絞線的規(guī)格

采用直徑15.2 mm鋼絞線，根據(jù)表1，公稱抗拉強度1860 MPa，截面積139 mm2，每根鋼絞線極限張拉荷載Pu為259 kN，屈服張拉荷載Py為220 kN。

表1 國標(biāo)7絲標(biāo)準(zhǔn)型鋼絞線參數(shù)

5.2 錨索設(shè)計傾角的確定

按以下經(jīng)驗公式計算最優(yōu)錨固角β:

規(guī)范規(guī)定錨索設(shè)計下傾角為15°～30°。

本設(shè)計中取β=20°。

5.3 確定錨索間距及剩余下滑力

在計算穩(wěn)定性時，求得總共剩余下滑力為2374 kN/m。設(shè)計錨索水平間距為3 m，每級放坡各放置2排，總共8排。則每孔錨索承受的下滑力為:

F=3×2374/8=890.25 kN/m

5.4 錨索軸向拉力標(biāo)準(zhǔn)值和設(shè)計值計算根據(jù)規(guī)范有:

式中:Nak——錨索軸向拉力標(biāo)準(zhǔn)值，kN;Na——錨索軸向拉力設(shè)計值，kN;Htk——錨索所受水平拉力標(biāo)準(zhǔn)值，kN;β——錨索傾角，(°);rQ——荷載分項系數(shù)，可取1.3。

則8條錨索的軸向拉力標(biāo)準(zhǔn)值和軸向拉力設(shè)計值分別為:

第一條錨索:

同理計算剩余錨索的軸向拉力標(biāo)準(zhǔn)值和軸向拉力設(shè)計值。計算結(jié)果見表2。

表2 各個錨索的軸向拉力標(biāo)準(zhǔn)值和設(shè)計值

5.5 確定單孔錨索的鋼絞線數(shù)

根據(jù)規(guī)范:

式中:As——錨桿預(yù)應(yīng)力鋼絞線截面面積，m2;r0——邊坡工程重要性系數(shù)，取1.0;ζ2——錨筋抗拉工作條件系數(shù)，取0.69;fy——預(yù)應(yīng)力鋼絞線抗拉強度設(shè)計值，根據(jù)表1，取值1860×103kPa。

為安全以及統(tǒng)一，取8條錨索中Na最大值即1231.41 kN為計算數(shù)據(jù)進行計算。

根據(jù)表1知單根鋼絞線的公稱截面積，則需要鋼絞線數(shù)量為:

5.6 確定錨固長度

規(guī)范有:

式中:la——錨固段長度，m;d——錨固體直徑，m;frb——地層與錨固體粘結(jié)強度特征值，根據(jù)表3，取值110 kPa;n——鋼絞筋根數(shù);r0——邊坡工程重要性系數(shù)，取1.0;fb——鋼筋與錨固砂漿間的粘結(jié)強度設(shè)計值，根據(jù)表4，取值2.95×103kPa;ζs——錨固體與地層粘結(jié)工作條件系數(shù)，取1.0;ζ3——鋼筋與砂漿粘結(jié)強度工作條件系數(shù)，取0.60。

表3 土體與錨固體粘結(jié)強度特征值frb

表4 鋼筋、鋼絞線與砂漿之間的粘結(jié)強度設(shè)計值fb /MPa

兩公式計算錨固長度，根據(jù)規(guī)范要求，錨固長度取兩個公式計算出來的數(shù)值中的較大值。

則第一條錨索的錨固長度為:

因此，錨固長度為6.4 m，同理計算其他錨索的錨固長度，計算結(jié)果見表5。

表5 各個錨索的錨固長度計算結(jié)果

則所有錨索錨固長度分別為6.4、6.9、7.5、7.9、8.2、8.4、8.6、8.6 m。

6 預(yù)應(yīng)力錨索的施工工藝

6.1 施工工藝順序

(1)測量放線、場地平整:錨桿施工需有5.0 m寬左右腳手架的作業(yè)平臺面，施工前先將土方按設(shè)計坡比挖至設(shè)計標(biāo)高，并平整好場地，通過測設(shè)標(biāo)高各找預(yù)留標(biāo)記定好錨桿位置。

(2)鉆機就位，調(diào)整機傾角:待平整好場地，吊入鉆機就位，測量鉆桿角度，控制誤差在±1°以內(nèi)。鉆機安裝要求牢固，施工中不得產(chǎn)生移位現(xiàn)象。

(3)鉆孔、清孔:鉆孔采用回轉(zhuǎn)鉆進方式，孔徑150 mm，錨孔采用干作業(yè)成孔，以防卡鉆、塌孔。鉆孔達到設(shè)計深度后，提鉆換用擴孔鉆頭進行錨桿底部擴孔(孔徑400 mm)。擴孔長度達到設(shè)計擴孔深度(0.5 m)后終孔。鉆孔完畢后，用強風(fēng)清孔，以清除孔內(nèi)巖屑、泥渣等殘留物。

(4)錨索制作:鉆孔完畢，在清孔的過程中，應(yīng)組織工人制作錨索。按設(shè)計要求制作錨索。鋼絞線錨固段架線環(huán)與緊箍環(huán)每隔1 m間隔設(shè)置，緊箍環(huán)系16號鉛絲繞制，不少于2圈，自由段每隔2 m設(shè)置一道架線環(huán)，以保證鋼絞線順直。

(5)安放錨索:安放錨索時，應(yīng)防止桿體扭曲壓彎，注漿管隨錨索一同放入孔內(nèi)，管端距孔底為50～100 mm桿體放入角度與鉆孔傾角保持一致，安放好后桿體始終處于鉆孔中心。下錨時在注漿管與錨頭齊平處作一標(biāo)記，下錨時抓住錨桿和注漿管一齊下，以防止注漿管脫落，下錨完畢，再次檢查注漿管與錨頭是否齊平，如發(fā)現(xiàn)注漿管拉出，應(yīng)撥出，重新下錨。

(6)清孔:下錨完畢后，用強風(fēng)清孔，置換出孔內(nèi)多余泥渣及巖屑。

(7)注漿:清孔完畢后，連接好灌漿泵和預(yù)埋的灌漿管，同時按設(shè)計要求制備好水泥漿，進行灌漿。水泥漿應(yīng)過篩，整個灌漿過程必須連續(xù)。一邊灌漿一邊拔出灌漿管，拔管過程中必須保證灌漿管始終埋在水泥漿內(nèi)，一直到孔口流出水泥漿為止，方可終止注漿。二次注漿采用高壓注漿，注漿壓力2～3 MPa。注漿完畢，應(yīng)立即清洗注漿設(shè)備。

(8)錨索張拉:錨固體強度＞20 MPa并達到設(shè)計強度的80%后方可進行張拉鎖定，保持15 min，然后卸荷至零，再重新張拉至鎖定荷載鎖定作業(yè)。

施工完成后的效果如圖1所示。

6.2 施工注意事項

(1)鉆孔要保證位置正確，要隨時注意調(diào)整好錨孔位置(上下左右及角度)，防止高低參差不齊和相互交錯。

(2)鉆后要反復(fù)提插孔內(nèi)鉆桿，遇有粗砂、砂卵石土層，在鉆桿鉆至最后一節(jié)時，應(yīng)比要求深度多10～20 cm，以防粗砂、碎卵石堵塞管子。

(3)鋼絞線使用前要檢查各項性能，檢查有無油污、銹蝕、缺股斷絲等情況，如有不合格的應(yīng)進行更換或處理。斷好的鋼絞線長度要基本一致，端量應(yīng)從擋土、結(jié)構(gòu)物連線算起，外留1.5～2.0 m。鋼絞線與導(dǎo)向架要綁扎牢固，導(dǎo)向架間距要均勻;注漿管使用前要檢查油污、破裂、堵塞，接口處要處理牢固，防止壓力加大時開裂、跑漿。

(4)注漿前用水引路，檢查輸漿管路，注漿后及時用水清洗攪漿、壓漿設(shè)備及注漿管等。

圖1 施工完成效果圖

7 邊坡工程監(jiān)測

7.1 監(jiān)測目的

邊坡支護工程是一種風(fēng)險性大的系統(tǒng)工程，施工應(yīng)遵照動態(tài)設(shè)計、信息化施工規(guī)定，確保邊坡本身及周邊環(huán)境的安全。

(1)將監(jiān)測數(shù)據(jù)與預(yù)測值相比較，以判斷前一步施工工藝和施工參數(shù)是否符合預(yù)期要求，以確定和優(yōu)化下一步的施工參數(shù)，做到信息化施工。

(2)將現(xiàn)場測量結(jié)果用于信息化反饋優(yōu)化設(shè)計，使設(shè)計達到優(yōu)質(zhì)安全、經(jīng)濟合理、施工快捷的目的。

7.2 監(jiān)測項目的預(yù)警值及應(yīng)急措施

本工程監(jiān)測中，每一測試項目都應(yīng)根據(jù)保護對象的實際情況，事先確定相應(yīng)的警戒值，以判定是否超出允許的范圍，判斷工程施工是否安全可靠，是否需調(diào)整施工步序和優(yōu)化原設(shè)計方案。一般情況下，每個警戒值均由2部分控制，即總允許變化量和單位時間內(nèi)允許的變化量。

7.2.1 預(yù)警值確定的原則

(1)滿足設(shè)計計算要求，不可超出設(shè)計值;

(2)滿足測試對象的安全要求，達到保護目的;

(3)滿足各保護對象的主管部門提出的要求;

(4)滿足現(xiàn)行的相關(guān)規(guī)范、規(guī)程要求;

(5)在保證安全的前提下，綜合考慮工程質(zhì)量和經(jīng)濟等因素，減少不必要的資金投入。

7.2.2 預(yù)警值的確定

根據(jù)以上原則，并結(jié)合工程實踐經(jīng)驗，對該工程監(jiān)測項目提出了以下監(jiān)測值:支護水平位移預(yù)警值為1.75%h、允許值為1.00%h(h為邊坡高度)。

7.2.3 應(yīng)急措施

當(dāng)監(jiān)測項目超過其預(yù)警值時，必須迅速停止開挖，查明原因，對支護方案進行修改，待加固處理后方能進行下一步開挖，一般應(yīng)急措施有:

(1)迅速原位回填，保證預(yù)警值不再增大;

(2)修改方案，進行加固。

(3)監(jiān)測點埋設(shè)好后要注意保護，以保證監(jiān)測數(shù)量的連續(xù)性和全面性，這是一項很重要但又容易被忽視的問題，否則將嚴(yán)重影響信息化施工。

7.2.4 觀測時間與周期

各監(jiān)測項目在邊坡支護施工前應(yīng)測得穩(wěn)定的初始值，且不應(yīng)少于2次。

各項監(jiān)測工作的時間間隔根據(jù)施工進程確定，在開挖卸載急劇階段，間隔時間不應(yīng)超過3天。其余情況下可延至5天。當(dāng)結(jié)構(gòu)變形超過有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)或場地條件變化較大時，應(yīng)加密觀測。當(dāng)有危險事故征兆時，則需進行連續(xù)監(jiān)測。每次的監(jiān)測結(jié)果及施工單位的處理意見，必須及時向業(yè)主、設(shè)計、監(jiān)理單位如實報告。

8 結(jié)語

本工程運用錨索支護技術(shù)成功克服了滑動面與坡面距離遠的難題，是較實用、經(jīng)濟的治理方法，雖然錨索方法如今已經(jīng)發(fā)展到各個領(lǐng)域，但是其適用性還需針對工程性質(zhì)及工程特點而定。

［1］GB 50330－2002，建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范［S］.

［2］袁波，等.邊坡工程中壓力分散型錨索施工技術(shù)［J］.探礦工程(巖土鉆掘工程)，2011，38(10).

［3］沈蒲生.鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理［M］.北京:高等教育出版社，2007.

［4］馬!.鞍山國際明珠大廈深基坑支護設(shè)計與施工［J］.探礦工程(巖土鉆掘工程)，2010，37(7).

［5］羅雪貴，等.預(yù)應(yīng)力錨索+系統(tǒng)掛網(wǎng)錨桿在人工高邊坡支護中的應(yīng)用［J］.探礦工程(巖土鉆掘工程)，2011，38(8).