1西南有色昆明勘测设计（院）股份有限公司 云南昆明 6502002中国有色金属工业昆明勘察设计研究院有限公司 云南昆明 6500513西南有色昆明勘测设计（院）股份有限公司 云南昆明 650200
摘要：主要研究大高差高角度边坡支护设计，以某采石场开挖后人工边坡支护工作为例，对大高差高角度边坡支护设计工作进行了探讨。
关键词：大高差高角度边坡；支护
某采石场开挖后形成人工边坡，宽150m，坡顶与坡脚最大高差48m，边坡属二级阶梯式人工开挖边坡，中部平台宽4m，平台与坡脚最高高差20m。该边坡两侧坡面陡峭，平均坡度≥80°，属于大落差高角度，以该工程为例，对大高差高角度边坡支护设计方法进行研究。
一、概述
（一）工程概况
根据现场勘查结果，山体为粗粒砂岩主体结构，该采石场开采石材为建筑用材，边坡岩体硬度大，力学强度较好，边坡表面有明显的局部层理，表层砂岩严重风化，进行加固支护首先需清理表层风化砂岩，区域内无明显地下水出露。根据规划设计方案，加固边坡之后，边坡上部将承载假山以及其他风景物重量载荷，假山朔石表面积重量200kg/m3，为抵御外部载荷、山坡风化以及雨水冲刷，预防边坡坍塌危害，边坡坡体需要进行加固支护处理，考虑到边坡具体尺寸误差，设计保守取支护段宽150m，高度45m，支护面积为6750m2。
（二）支护方式
边坡支护方式有抗滑桩、挡土墙、预应力锚杆等多种，根据该边坡实际情况，现提出锚索+锚杆和全锚杆两种支护方式。其中锚索+锚杆支护方法充分利用了锚杆对边坡变形的适应性，对锚索施加必要的预应力，能够对边坡变形进行主动控制，而且预应力锚固和其他支护方式相比，经济性优势也比较明显。全锚杆支护方案则因为该边坡缺少相关地质资料以及地质认识，只能提出经验性方案，但是和锚索+锚杆支护方式相比，全锚杆支护造价更低，但是安全性稍差，不能有效处理边坡内可能存在的大地质弱问题。
（三）工作内容
1、浅表层支护
坡面布置系统锚杆，喷锚混凝土保护或者在锚杆端头设置框架混凝土，断层以及破碎带附近设置锚固钢筋网，并设置截水沟、泄水孔。
2、深层支护
边坡强卸荷岩体、断层带、薄层砂岩和板岩层理位置需要设置预应力锚索进行加强加固，锚索一般设置在坡脚、坡顶或者边缘部位。考虑到坡脚位置基岩负荷较大，对稳定性要求较高，本次研究中0-20.0m高度为锚索+锚杆支护体系。岩体中出露薄层砂岩、板岩、严重风化层以及严重卸荷变形位置坡面均需设置钢筋混凝土框格梁，提高坡面整体性。
3、排水设计
施工区域地下水位较低，无明显地下水出露，排水系统设置主要面向坡面排水、地表水，在坡面框架梁缝隙设置泄水孔，坡顶和坡脚设置周边截水沟、马道排水沟，坡面雨水进入泄水孔或者截水沟。
4、不稳定块体清理
为防止坡顶边缘坠落滚石威胁坡脚支护施工安全，坡面揭顶施工之前首清理坡顶边缘松动岩体和不稳定岩体，并在开口线、宽马道上设置被动拦石网，分级拦截落石。
二、支护方案设计
（一）锚索+锚杆支护
1、0-20m
根据垂直高度将边坡划分为两部分。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆0-20.0m高度范围内边坡采用锚杆框架+锚索框架联合支护形式支护，坡面内设置成排锚杆，边坡走向上水平间距每隔6.0m设置一排锚杆，锚杆长4.0m，钻孔孔深4.5m，倾斜20°，孔径φ90，φ32螺纹钢锚杆，锚杆端头部位设置有梁框架，梁截面0.3x0.3m，C25现浇混凝土结构，坡面设置2排锚索，水平间距0.6m，竖直间距9.0m，锚索长20m，锚固段10m，倾角20°，刚强度低松弛1860钢绞线材质锚索，8φ15.2mm，锚索端部设置有锚墩和框架，同为C25现浇混凝土结构。优化锚杆锚固角度，最大程度发挥锚杆抗滑力，锚杆布置方向和下滑力方法平行。要注意施工实际中，锚杆设置方向不可能和滑动方向完全平行，因此需要综合考虑构筑物位置、施工场地条件等有关因素，取最优值 ，此时n为最大值，该锚固角度下，最短的锚杆长度可以获得最大锚固力，此时单根锚杆提供锚固力可求：
（1）
式中：Po-锚杆设计拉力（N）；
Pt-单根锚杆提供阻滑力（N）；
β-锚杆与滑面夹角，β=45°+φ/2；
φ-画面摩擦角，φ=30°；
2、20-45m
破率1:0.17，坡面上布置多排锚杆，水平间距6.0m，竖直间距30m，锚杆长4.0m，钻孔深度4.5m，锚杆φ90mm，φ32螺纹钢材质，顶部设置有0.3x03m框架梁，C25现浇钢筋混凝土结构。坡面边缘设置双排锚索，6.0mx9.0m，锚索长20m，锚固段10m，倾角20°，钻孔φ130mm，同为8φs15.2mm高强度低松弛1860钢绞线，端头设置0.6x0.6x0.4锚墩和0.3x0.3m框架，C25现浇钢筋混凝土结构。
（二）全锚杆支护
同样根据边坡坡率、地质条件，分段加固。
1、0-20.0m
全锚杆框架结构，多排锚杆，施工方案同锚索+锚杆支护方式。
2、20.0-45.0m
锚杆框架结构，多排锚杆，6.0x3.0m密度布置，锚杆长4.0m，钻孔深4.5m，倾角20°，钻孔φ90mm，φ32螺纹钢锚杆，顶端设置0.3x0.3mC25钢筋混凝土现浇框架梁。
（三）排水设计
1、坡面泄水孔
锚喷坡面设置坡面泄水孔，6.0x3-6m，根据钻孔位置灵活调整垂直间距，设置泄水管，管径φ50mm，呈菱形布置，孔深度至少1.5m，坡度至少7°。
2、坡顶截水沟
距离坡顶水平距离1.5m设置截水沟，宽0.5mx深0.3m，毛石砌筑结构，m7.5水泥砂浆防渗勾缝处理。
3、坡脚排水沟
坡脚距离坡脚1.5m位置设置排水沟，尺寸规则和处理方法同坡顶截水沟。
（四）方案比选
大高差高角度边坡平台和坡脚之间高度落差大，坡面陡峭，倾角超过80°，支护施工技术难度高，依据设计规范和既往工程经验，对施工区域进行全面完善细致的地质勘查，综合考察边坡坡率以及地质条件，决定根据垂直高度不同选择不同的支护方案，给出锚杆+锚索和纯锚杆两种不同的支护形式。综合考虑经济性、安全性、技术可行性、综合效益等多方面因素，选择锚索+锚杆支护方案。0-20.0m为锚杆+锚索支护方案，20.0-45.0m为锚杆支护方案，并设置了科学的排水体系，减少地表水对边坡支护结构的侵袭。
结语：
大高差高角度边坡支护困难，需要根据支护高度的不同选择合适的锚固方案，锚杆+锚索方案兼顾了施工成本控制和支护体系的安全性与稳定性，综合效果比较理想。
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论文作者:张国栋1,宋秋云2,杨碧云3
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第19期
论文发表时间:2017/12/15
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