李 峰 ，崔啟民 ，劉 馨 ，張 熊

（1.長江三峽勘測研究院有限公司（武漢），湖北 武漢 430074；2.湖北省電力公司檢修分公司，湖北 宜昌442000）

某水電站工程處于峽谷當(dāng)中，其谷底至谷肩的斜坡高度為500m左右，完整的邊坡坡形沒有斜坡失穩(wěn)特征的發(fā)生。右岸地下廠房進(jìn)水口區(qū)域的基巖多為石英綠簾石條帶，擠壓非常的緊密，且錯(cuò)動(dòng)面起伏較為光滑，可見擦痕。右岸塔基為弱風(fēng)化下段巖體，基巖中的玄武巖體層內(nèi)錯(cuò)動(dòng)帶、層間的發(fā)育對(duì)巖體的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了控制，對(duì)巖體的力學(xué)特性和質(zhì)量產(chǎn)生了一定的影響。工程通過對(duì)邊坡穩(wěn)定性的分析，借助邊坡穩(wěn)定性系數(shù)，對(duì)預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)措施進(jìn)行了實(shí)施。對(duì)于預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)措施的實(shí)施，首先需要分析邊坡的穩(wěn)定性。而極限平衡分析法、工程類比法是邊坡穩(wěn)定性分析常用的幾種方法。通過工程狀況的進(jìn)一步分析，針對(duì)巖體力學(xué)性質(zhì)，運(yùn)用單一面滑動(dòng)法對(duì)邊坡的穩(wěn)定性進(jìn)行了分析。單一平面滑動(dòng)法的理論基礎(chǔ)是極限平衡法理論，針對(duì)邊坡巖體沿單一軟弱結(jié)構(gòu)面對(duì)平面滑動(dòng)進(jìn)行分析。通過計(jì)算，穩(wěn)定性系數(shù)的結(jié)果K=1.137<1.3。由此可以得知，開挖后的邊坡狀態(tài)并不穩(wěn)定，必須對(duì)支護(hù)措施進(jìn)行實(shí)施。

1 錨索參數(shù)的設(shè)計(jì)

如果邊坡比較的高，且潛在破裂面的位置較深，對(duì)預(yù)應(yīng)力錨索進(jìn)行實(shí)施則是較為有效地深層加固方式。坡比的設(shè)計(jì)中，現(xiàn)場邊坡的整體處于穩(wěn)定狀態(tài)。但工程邊坡更多的部分位于風(fēng)化卸荷帶內(nèi)，由此形成了較為松弛的巖體結(jié)構(gòu)。在邊坡巖體的發(fā)育過程中，隨機(jī)裂隙、擠壓帶、層間和層內(nèi)錯(cuò)動(dòng)帶等結(jié)構(gòu)面都非常的明顯。開挖邊坡后，會(huì)有臨空面的形成，而相互之間的切割組合關(guān)系則促成了塊體的不穩(wěn)定狀態(tài)。

1.1 錨索根數(shù)

（1）確定巖體剩余下滑力可依據(jù)公式E=KF-R來進(jìn)行計(jì)算，其中，K、F、R分別代表安全系數(shù)、下滑力和抗滑力。

（2）計(jì)算錨索總錨固力可依據(jù)公式Q=KBE進(jìn)行確定，式中K、B、E分別表示安全系數(shù)、邊坡寬度和剩余下滑力。

（3） 單根錨索抗滑力的確定可通過P抗=Psinαtanφ+Pcosα進(jìn)行計(jì)算，P表示錨索設(shè)計(jì)錨固力。

（4）錨索的根數(shù)確定通過n=Q/P抗進(jìn)行計(jì)算。依據(jù)公式，分別對(duì) 600kN、1000kN、1500kN、2000kN級(jí)錨索的錨固根數(shù)進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果為2133根、1279根、853根、640根。其中，所需錨索根數(shù)最少的是2000kN級(jí)錨索，為此對(duì)2000級(jí)錨索的支護(hù)進(jìn)行了實(shí)施。270級(jí)高強(qiáng)度低松弛鋼絞線為預(yù)應(yīng)力鋼絞線，材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為1860N/mm2，單股鋼絞線的延伸率≥3.5%，其破斷荷載為260.7kN。

1.2 錨固段的長度確定

（1）依據(jù)鋼絞線強(qiáng)度的選用和錨固力Pt的設(shè)計(jì)，可對(duì)每孔錨索鋼絞線的根數(shù)進(jìn)行計(jì)算。公式為n=Fal·Pt/Pu，其中Fal、Pu分別為安全系數(shù)和錨固鋼材極限張拉荷載。

（2）拉力型錨索的錨固段長度確定：①依據(jù)錨索張拉鋼材與水泥砂漿粘結(jié)強(qiáng)度對(duì)錨固段長度進(jìn)行確定，公式為Fa2·Pt/(Π·dn·τu)；②依據(jù)孔壁與錨固體的抗剪強(qiáng)度對(duì)錨固段長度進(jìn)行確定，公式為 Fa4·Nt/(n·Π·d·τu)。 公式中，dn、d 分別為張拉鋼材外表直徑和單根張拉鋼材直徑；2000kN、1500kN、1000kN、600kN級(jí)錨索孔的直徑分別取 140mm、130mm、115mm、115mm；Nt表示單根錨索超張拉力，依據(jù)錨索張拉力的 110%進(jìn)行考慮，2000kN、1500kN、1000kN、600kN 級(jí)錨索的超張拉力分別為：2200kN、1650kN、1100kN、660kN；錨孔壁對(duì)砂漿的極限剪應(yīng)力為τ。通過計(jì)算，得知錨索的錨固長度無法滿足標(biāo)準(zhǔn)條件，為此取τu為1.2MPa，確定錨固最終長度為5.2m。

通常來講，對(duì)于壓力分散型錨索而言，錨固段的長度沒有限制，隨錨固段長度的增加，錨索承載力能夠有所提高。所以，在孔壁阻力較低的軟弱巖土中，可對(duì)該類錨索進(jìn)行應(yīng)用。強(qiáng)度計(jì)算促使對(duì)漿體抗壓要求的滿足，若漿體抗壓要求不能滿足，就要通過錨索孔數(shù)的增加、錨索間距的減小、孔徑的加大、漿體抗壓強(qiáng)度的提高以及載體個(gè)數(shù)的增加等措施對(duì)其進(jìn)行調(diào)整。

1.3 錨索布置

通過工程巖性特征和地質(zhì)條件的分析和掌握，結(jié)合施工條件，對(duì)間距、層距分別為4m和5m的錨索進(jìn)行選擇，避免群錨加固第二效應(yīng)的發(fā)生。3～4排錨索在臺(tái)階的坡頂下方進(jìn)行設(shè)置，對(duì)錨邊的變形進(jìn)行限制，梅花型布置錨索。錨固角是預(yù)應(yīng)力錨索與水平面的夾角，下傾通常為15°～30°。

2 預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)

（1）錨索對(duì)邊坡體外空間的占用較小，通過錨索對(duì)邊坡進(jìn)行治理，能夠充分促使工程土地的利用率。

（2）錨索的設(shè)置比較靈活，能夠依山就勢(shì)進(jìn)行設(shè)置。針對(duì)高陡邊坡，依據(jù)坡體自身的地形，在坡面進(jìn)行隨機(jī)的設(shè)置，促使錨固作用的有效發(fā)揮。對(duì)于單一的抗滑樁和擋土墻而言，其支擋結(jié)構(gòu)容易受到使用條件的限制，如果工程為高陡邊坡就無法達(dá)到一定的支護(hù)作用。

（3）拉力型錨索的結(jié)構(gòu)非常簡單，施工操作方便且造價(jià)較低，對(duì)其加固結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行運(yùn)用，不僅高效，而且經(jīng)濟(jì)實(shí)用。

（4）預(yù)應(yīng)力錨索為主動(dòng)支護(hù)體系，通過預(yù)應(yīng)力的施加，對(duì)巖土體的變形進(jìn)行控制，促使巖土體狀態(tài)的有效調(diào)整，對(duì)巖土體的穩(wěn)定非常有利。與此同時(shí)，巖土體產(chǎn)生變形前，預(yù)應(yīng)力錨索的作用就能夠得到發(fā)揮，與抗滑樁、擋土墻等支擋結(jié)構(gòu)相比，效用非常的高。

（5）對(duì)于預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)而言，其借助巖土體的自承能力和強(qiáng)度，能夠促使結(jié)構(gòu)自重的大幅度降低，對(duì)工程材料的節(jié)省非常有效，可促使成本造價(jià)的有效控制。

（6）風(fēng)化巖體的應(yīng)力釋放后，會(huì)出現(xiàn)大的變形，可借助鋼筋混凝土薄壁墻對(duì)其變形量進(jìn)行限制，且這種特性時(shí)刻體現(xiàn)在施工中及完工后，當(dāng)開挖實(shí)施時(shí)，邊坡頂出現(xiàn)的變形在施工后可停止。

3 邊坡支護(hù)過程的控制

（1）分層分段嚴(yán)格的對(duì)邊坡開挖及支護(hù)進(jìn)行逆作法實(shí)施，當(dāng)上一段支護(hù)工程完成之后，在錨索張拉完成的條件下對(duì)下一段邊坡進(jìn)行開挖。分段長度通常

（2）依據(jù)干成孔法進(jìn)行錨索成孔的實(shí)施，壓漿管伸至孔底進(jìn)行壓漿，一次性由下到上壓滿，漿液回落的過程中，在孔口進(jìn)行補(bǔ)漿，促使?jié){液的飽滿，同時(shí)對(duì)錨索防腐措施進(jìn)行嚴(yán)格的實(shí)施。

（3）張拉實(shí)施時(shí)，混凝土、水泥砂漿強(qiáng)度必須達(dá)到80%；依據(jù)二次四級(jí)進(jìn)行錨索張拉的實(shí)施，每二次張拉、每二級(jí)張拉的時(shí)間分別不小于3g和15min；對(duì)張拉設(shè)備標(biāo)定之后在進(jìn)行張拉的實(shí)施，同時(shí)對(duì)張拉過程進(jìn)行嚴(yán)格的監(jiān)控。

（4）施工過程中，依據(jù)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)、信息化施工的管理原則進(jìn)行實(shí)施，定期對(duì)邊坡的變形狀況進(jìn)行監(jiān)測，如果有變形異?，F(xiàn)象的發(fā)生，就要采取措施進(jìn)行處理。

4 錨固效應(yīng)及加固效果

4.1 錨固效應(yīng)

通過錨固巖土體的結(jié)構(gòu)效應(yīng)、力學(xué)效應(yīng)、物理效應(yīng)，可以對(duì)錨固效應(yīng)進(jìn)行反映，錨固的作用包括兩種，一種是提供反力給圍巖表面，對(duì)巖體向臨空方向的變形進(jìn)行約束；另一種是促使巖體整體穩(wěn)定性的提高。

（1）物理效應(yīng)：通過加錨巖土體一系列數(shù)的變化，對(duì)錨面的物理效應(yīng)進(jìn)行體現(xiàn)，其中彈模增加較大的是多裂隙巖體，而影響較小的是整體塊狀結(jié)構(gòu)的巖體，巖體的滲透系的規(guī)律也是如此。

（2）力學(xué)效應(yīng)：預(yù)應(yīng)力的施加之后，可以對(duì)巖土錨面的力學(xué)效應(yīng)進(jìn)行體現(xiàn)，從而促使圍巖應(yīng)力的二次分布，對(duì)巖體剛度的提高非常有利。通過多點(diǎn)位移的觀測，張拉鎖定錨索后，巖體的壓縮效應(yīng)就會(huì)有所增強(qiáng)，而開挖巖質(zhì)邊坡，巖體就會(huì)有應(yīng)力重分布的產(chǎn)生，巖坡表層就會(huì)松馳張裂，通過預(yù)應(yīng)力的施加，原有的應(yīng)力可以得以恢復(fù)，能夠有效促使巖體強(qiáng)度的提高和完善性的增加。

（3）群錨效應(yīng)：群錨效應(yīng)的研究分兩方面：①由于預(yù)應(yīng)力作用，錨固段底在剖面上會(huì)產(chǎn)生拉張裂隙，新的滑裂面就會(huì)產(chǎn)生。通過間隔布置、長短結(jié)合的方式，可促使其現(xiàn)象的有效避免；②預(yù)應(yīng)力群錨加固巖體表面后，壓縮區(qū)就會(huì)在巖體表層出現(xiàn)，3000kV級(jí)單根錨索對(duì)堅(jiān)硬完整巖體的壓縮影響范圍為1.5～2.5m，1000kV級(jí)單根錨索的壓縮影響范圍則為1.5m。如果對(duì)梅花型布置方式進(jìn)行選擇，錨索距應(yīng)為3～4m最佳，這樣一來，群錨第二效應(yīng)的出現(xiàn)就會(huì)得以避免。

4.2 加固效果

從兩方面對(duì)巖土體錨索加固效果進(jìn)行分析：①錨固的實(shí)施，對(duì)巖土體的差異變形進(jìn)行了調(diào)整，促使了同步變形的發(fā)生，其中系統(tǒng)錨固發(fā)生這一現(xiàn)象的概率最大。若預(yù)應(yīng)力沿?fù)p失較小，錨固體和巖體共同承擔(dān)錨固力；②承載能力則由來于錨索，依據(jù)錨索極值破壞試驗(yàn)，可以得知，錨索張拉荷載與錨索的承載力有著一定的聯(lián)系，不過各自的安全儲(chǔ)備是足夠的，從這一點(diǎn)可以說明，錨索加固的安全度非常的高。

5 結(jié)語

總而言之，對(duì)于巖質(zhì)高邊坡的加固，可以通過預(yù)應(yīng)力錨索的施工進(jìn)行實(shí)施，其對(duì)地質(zhì)和地形條件的適應(yīng)力非常的強(qiáng)，能夠主動(dòng)受力，且較好地滿足了工程的施工條件。實(shí)踐證明，在巖質(zhì)高邊坡支護(hù)中，預(yù)應(yīng)力錨索的作用非常的突出，作為有效的支護(hù)方式，值得應(yīng)用。

[1]張發(fā)明，劉寧，趙維炳.巖質(zhì)高邊坡預(yù)應(yīng)力錨固力學(xué)行為與群錨效應(yīng)[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2000，19（ 增刊）：1077-1080.

[2]謝全敏，陳立文，夏元友.基于案例挖掘的邊坡穩(wěn)定性智能評(píng)價(jià)系統(tǒng)研究[J].巖士力學(xué)，2008，29（ 1） ：145-148．

[3]鄧建輝，豐定祥，葛修潤，等.多介質(zhì)邊坡彈性模量位移反分析模型與優(yōu)化算法[J].巖土工程學(xué)報(bào)，1997，19（ 3）：22-27．