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錨桿與錨索梁組合在開挖邊坡加固中的應用

文檔作者：王迎法1 馮慶高2 周傳波2 蔡鵬3 文檔來源： 1．中國地質大學巖土鉆掘與防護教育部工程研究中心 2．中國地質大學(武漢) 工程學院 3．深圳市湛聯基礎建筑工程有限公司		點擊數：	更新時間： 2025年09月25日
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102
施工技術
CONSTRUCTION TECHNOLOGY
2010年7月
第39卷第7期
錨桿與錨索梁組合在開挖邊坡加固中的應用
王迎法1，馮慶高2，周傳波2，蔡鵬3
(1．中國地質大學巖土鉆掘與防護教育部工程研究中心，湖北武漢430074；2．中國地質大學(武漢)
工程學院，湖北武漢430074；3．深圳市湛聯基礎建筑工程有限公司，廣東深圳518052)
[摘要]通過對邊坡地質條件及其穩定性的分析，提出了采用錨桿與預應力錨索腰梁組合進行邊坡加固的措施。
根據錨桿與預應力錨索腰梁組合結構在邊坡支護中的應用情況，以及支護設計、施工工藝及其支護后的邊坡穩定
性驗算，證明了它是一種安全有效的邊坡支護方法。
[關鍵詞】錨桿；預應力錨索；腰梁；邊坡支護；穩定
【中圖分類號】TU753．8 [文獻標識碼】A 【文章編號】1002-8498(2010)07-0102-03
Application of Bolt and Cable-beam in Excavation Slope Reinforcement
Wang Yingfal，Feng 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
對于地質條件差而安全等級要求較高的開挖邊
坡，單純使用錨桿噴錨進行支護可能無法滿足工程要
求，這時，可以采用錨桿與預應力錨索梁組合進行支
護，提高邊坡的整體穩定性。預應力錨索腰梁是近年
來發展起來的一種新型支擋結構，這項技術是把預應
力錨索的錨碇直接固定于腰梁結構上，使預應力錨索
和腰梁共同承擔加固結構物的荷載。它是通過鋼筋混
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，改變坡體應力狀態，提高坡體自穩能力的一種
主動加固方法。腰梁不僅可以為預應辦錨索提供反力
裝置，而且也對邊坡巖土有著框箍和壓緊作用。由于
這種加固技術與其它土體加固技術相比，具有施工簡
單、加固效果顯著和適用面廣等優點，因而對于地質條
件差的高開挖邊坡可以推廣應用。
1工程概況
1．1場地條件
深圳市龍崗區布吉李期社區某工業開發區工程，
因修建工業大樓的需要，擬將其旁一山體內側的土體
挖掉。開挖后形成原狀土土質高陡邊坡，坡高4．0—
15．5m，邊坡安全等級為一級。被開挖部分山體的水平
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。
由于山體開挖后的邊坡穩定性將直接影響建筑物
的安全使用，故需根據山體地質情況正確分析其開挖
后所形成邊坡的穩定性，制定合理的邊坡支護方案。
1．2工程地質及水文條件．
根據巖土工程勘察報告顯示，該山體內的地層自
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“)以及侏羅系中統基巖(E)，
其土層的物理參數如表1所示。
場區內地下水主要為賦存于基巖風化帶中的風化
裂隙水，地下水的富水性一般，以大氣降水的垂直滲入
作為其主要補給來源，地下水位埋藏較深。場區內地
下水pH值為5．80一6．20，對擬治理邊坡的混凝土結
構及鋼筋均不具腐蝕性，對鋼結構具弱腐蝕性。
[收藕日期】2010-01·12
[作者簡介】王迎法。中國地質大學巖土鉆掘與蔭護教育部工程
研究中心碩士研究生，武漢市洪山區魯磨路388號430074，電
話：18971675021，E-mail：wangyingfal68@126．com
萬方數據
2010 No．7 王迎法等：錨桿與錨索梁組合在開挖邊坡加固中的應用103
表1土層的物理力學性質
Table 1 Physical and mechanical properties of soil
2邊坡穩定性分析
由工程條件可知，邊坡土層抗剪強度較大，但局部
破碎、軟硬互層的構造特性又導致其穩定性較低，在地
表水及雨水作用下邊坡容易滑塌。邊坡開挖后，在坡
體內發現一個順坡向的軟弱結構面，傾角約300。長約
25m，傾角小于坡角，對邊坡穩定性構成潛在的嚴重威
脅。在滑體后部產生張裂縫，該張裂縫對邊坡穩定性
有很大影響，特別是在暴雨情況下，由于底部排水不
暢，張裂縫可能臨時充水達一定高度，沿張裂縫及滑動
面產生靜水壓力，使滑動力突然增大，造成邊坡滑移。
邊坡的穩定性分析可按平面剪切破壞類型考慮。
由剛性極限平衡法分析，穩定系數計算：
，～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．為邊坡穩定性系數；c為滑動面內黏聚力
(kPa)；妒為滑動面內摩擦角(o)；L為滑動面長度
(m)；a為邊坡坡腳(。)；厴為滑動面傾角(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)。
根據邊坡工程地質條件：L=25m，c=30kPa，妒=
15。，口=680，盧=300，y=20kN／m3，Z=5m，日=15．5m，
Z，=4m。c，9的取值是根據山坡原狀土試樣進行試驗
得出的。將上述數據代入公式計算得F．=0．97，小于
設計要求的安全系數1．25，不符合規范要求，說明現有
邊坡穩定性較差，需采取加固措施。
3邊坡支護設計
由于邊坡空間位置較特殊，坡腳靠工業大樓基礎
很近，工業樓下設有地下停車庫，因此決定采用永久性
支護，并加大邊坡支護力度。根據邊坡的巖土體情況、
勘察報告以及支護性質，具體方案如下：采用錨桿與預
應力錨索并配置鋼筋腰梁的復合支護方案，可有效控
制邊坡土體變形，以確保邊坡穩定，滿足邊坡安全的
要求。邊坡支護剖面如圖1所示，均按1：4放坡，邊坡
坡底標高為91．0m，坡頂標高為106．5m，于98．5m標
高處設置一個1m寬平臺，平臺內砌有水溝(見圖1)。
圖1邊坡剖面示曩
Fig．1 Slope proffie
3．1錨桿(索)設計
1)邊坡共設lO排錨桿，縱橫間距為1．5m，遇錨索
位置錨桿縱向間距為3m；錨索設有4排，縱橫間距均
為3．0m，每排錨索都設有腰梁。
2)設計拉力
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，其余符號與前相
同。根據《巖土工程勘察規范》GB50021-2001 F．取
1．25計算，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。經計算
得出：單根錨桿抗拔力設計值N。=130kN，單根錨索抗
拔力設計值N．=320kN。
3)錨桿(索)結構為圓柱形，由盧=45。+妒／2一n，
根據最大抗滑力錨固角和最經濟錨固角確定錨桿
(索)的最優化錨固角。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)錨桿設計長度為8—12m，錨索設計長度為18—
23m；錨桿孔徑為110ram，錨索孔徑為130mm，孔深都
應超過設計長度0．5m。
5)錨桿采用1根‘b25的Ⅱ級螺紋鋼筋；錨索采用
4根7擊5，4,15．24ram的預應力鋼絞線。其結構分別如
圖2所示。
錨桿和錨索的抗拉驗算：
A．=KN。紙h (7)
式中：j；：為安全系數；Ⅳ。為錨桿(索)設計軸向力；A．為
錨筋截面積；工h為錨筋(鋼筋、鋼絞線)抗拉強度設計
值，鋼筋為455N／mm2，鋼絞線為1 470N／ram2。
經計算，錨桿A．=457mm2，一條4,25的Ⅱ級螺紋
萬方數據
104 施工技術第39卷
篇酶拉甓蒺糟墁自由慕段 蒸毒■圄段麴黼
圖2錨桿和預應力錨索結構示意
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的預應力鋼絞線
截面積4×137．37=549mm2>A．，滿足要求。
3．2腰梁設計
腰梁為鋼筋混凝土梁，設計腰梁截面積為350mm
×400mm，箍筋西8@100，采用C30混凝土澆筑。其結
構如圖3所示。
擲@200
圖3腰粱結構示慧
Fig．3 Structure of waist beam
4邊坡支護施工
4．1施工總體安排
人工土質邊坡開挖采用自上而下的形式。開挖結
束后的邊坡采用錨桿(索)土釘墻噴錨與腰梁組合的
支護形式。先施工錨桿、錨索，再對錨索位置設置腰梁
進行施工。錨桿(索)施工應與同級坡開挖修坡同時
進行，待錨索、腰梁結構預應力張拉后再進行下一級土
石方開挖，以免邊坡面長時間不防護，造成更大的施工
困難，影響施工進度。
4．2錨桿施工
1)進行錨桿孔的定位放線，每隔1．5m間距設一
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，錨孔偏斜度不應大于3％。
2)錨桿采用單根qb25HRB335級鋼筋，放入鉆孔前
應平直、除銹，長度誤差不大于10cm，并保證注漿體或
混凝土包裹保護層不小于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
半小時孔口補漿。
4．3預應力錨索施工
1)選用直徑15．24mm，強度1 860MPa的高強低松
弛無黏結鋼絞線，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電動油泵和ESYDC250-200
(20t)單根張拉千斤頂進行張拉。
4．4掛網、噴錨
1)按網孔20em 噴射漶凝土。2嚶100
選x2用0鋤4,8鬻髫，?藏?一200 用網格筋，鋼礎爿攔jfI捌
筋網的交點用隔點
圖4鋼筋網噴錨立面
式焊接或綁扎，錨頭
Fig．4 Prof'de of reinfor∞d
水平方向設雙道咖16 mesh spray anchor eievation
加強鋼筋(見圖4)。
2)噴射C20細石混凝土，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_養護。
2)混凝土澆筑采用C30混凝土，澆筑過程中要
伴隨振搗棒進行振搗，防止出現蜂窩現象。澆筑24h
后可以拆除模板，7d之內要及時對腰梁灑水養護。
4．6工程錨桿(索)的驗收試驗
驗收試驗中對錨桿及錨索各選取5％進行抗拔試
驗。試驗最大荷載值取1．5倍的抗拔力設計值，且≤
0．SAy,h，經試驗得出錨桿抗拔力≥200kN，錨索抗拔力
，>370kN，均能滿足設計要求。
5邊坡穩定性驗算及監測
邊坡支護后采用瑞典圓弧條分法將邊坡分4層進
行分析得出，K。=(尺+Ⅳ。)／T=1．438>1．25，故支護后
的邊坡是穩定的。邊坡監測采用人工巡視和位移監
測。該邊坡支護工程施工結束后，經連續的位移和沉
降觀測，基本沒有位移和沉降變化，邊坡穩定性較高。
6結語
通過工程實例，分析了錨桿與預應力錨索腰梁組
合的設計方法及其應用的可行性。該方法在考慮工程
安全穩定和經濟合理的前提下，位移變形小，解決了單
純錨噴支護存在的問題，具有更廣闊的應用領域。
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(下轉第120頁)
萬方數據
120 施工技術第39卷
^頂推完成時
捌耋婪釜霍■簟4竺^中2^型重I 墼—匿如
c張控箱果內外轉抉鍋柬d轉換完成
圈5體外鋼束的轉換順序
Fig．5 Transfer sequence of out-body steel咖
4．2頂推完成時預應力束的轉換順序和中間橫隔板
構造
在體外束的轉換過程中，中間橫隔板的構造及端
橫隔鋼束錨固部分的轉向管的設置至關重要，中間橫
隔板采用分2次澆筑，如圖6所示。在頂推完成約一
半的時候，架設時釋放的體外束一部分轉換至體內，剩
下的一半仍留在體外，頂推完成后所有配置在箱梁以
外的鋼柬均轉換到體內。為了滿足鋼束從直線配置到
彎起配置的要求，錨固端的預埋管需設計成橢圓形的
喇叭狀，如圖7所示。而在中間橫隔板的轉向器也設
計成兩端為喇叭形的半圓結構，當體外束釋放后，進行
剩下的二次施工時比較方便，且在移動鋼束時不宜破
壞鋼柬。根據以上方法，架設時的鋼束可以100％轉
換成永久鋼束，至架設完成后增加的鋼柬用量約5t，僅
占總鋼束用量的約5％H1。
5 結語
島崎川橋于2004年12月開始施工，至2006年2
月竣工，采用波形鋼腹板鋼梁作施工導粱，巧妙地運用
了波形鋼腹板的特性及體外預應力鋼束的靈活周轉，
充分發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錨固橫隔處預埋管構造
Fig．7 Structure of pre-buried pipe at
cro鼴partition board
板橋梁的施工方法，又節約了用于周轉的臨時施工用
材?？傊疚慕榻B的利用波形鋼腹板作導梁的幾點
頂推施工關鍵技術，可以為我國在進行此類橋梁工程
施工時借鑒和參考。
參考文獻：
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廣南高速公路崔家口大橋成功架設第一片T梁
由中國鐵建二十二局集團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第一
片23-3號預應力T梁。
該公司擔負施工廣南高速GNl3合同段工程，路
線長度8．845km。該段共有挖方89．3萬m3，填方
66．6萬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651m，橋面凈寬11．25m，最大橋高52m，孔數及跨
徑：2×25+4×40+17×25m，下部構造采用柱式墩48
根、橋臺2個，其中圓柱墩42根，方柱墩6根
(107．1m)。
第一片預應力T梁的成功架設，標志著廣南線架
梁施工的序幕已經拉開，為完成年度工作目標奠定了
堅實基礎。

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