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锚杆与锚索梁组合在开挖边坡加固中的应用

文档作者：王迎法1 冯庆高2 周传波2 蔡鹏3 文档来源： 1．中国地质大学岩土钻掘与防护教育部工程研究中心 2．中国地质大学(武汉) 工程学院 3．深圳市湛联基础建筑工程有限公司		点击数：	更新时间： 2025年09月25日
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102
施工技术
CONSTRUCTION TECHNOLOGY
2010年7月
第39卷第7期
锚杆与锚索梁组合在开挖边坡加固中的应用
王迎法1，冯庆高2，周传波2，蔡鹏3
(1．中国地质大学岩土钻掘与防护教育部工程研究中心，湖北武汉430074；2．中国地质大学(武汉)
工程学院，湖北武汉430074；3．深圳市湛联基础建筑工程有限公司，广东深圳518052)
[摘要]通过对边坡地质条件及其稳定性的分析，提出了采用锚杆与预应力锚索腰梁组合进行边坡加固的措施。
根据锚杆与预应力锚索腰梁组合结构在边坡支护中的应用情况，以及支护设计、施工工艺及其支护后的边坡稳定
性验算，证明了它是一种安全有效的边坡支护方法。
[关键词】锚杆；预应力锚索；腰梁；边坡支护；稳定
【中图分类号】TU753．8 [文献标识码】A 【文章编号】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
对于地质条件差而安全等级要求较高的开挖边
坡，单纯使用锚杆喷锚进行支护可能无法满足工程要
求，这时，可以采用锚杆与预应力锚索梁组合进行支
护，提高边坡的整体稳定性。预应力锚索腰梁是近年
来发展起来的一种新型支挡结构，这项技术是把预应
力锚索的锚碇直接固定于腰梁结构上，使预应力锚索
和腰梁共同承担加固结构物的荷载。它是通过钢筋混
凝土腰梁将锚索连接，从而将锚索巨大的锚固力传递
给坡体，改变坡体应力状态，提高坡体自稳能力的一种
主动加固方法。腰梁不仅可以为预应办锚索提供反力
装置，而且也对边坡岩土有着框箍和压紧作用。由于
这种加固技术与其它土体加固技术相比，具有施工简
单、加固效果显著和适用面广等优点，因而对于地质条
件差的高开挖边坡可以推广应用。
1工程概况
1．1场地条件
深圳市龙岗区布吉李期社区某工业开发区工程，
因修建工业大楼的需要，拟将其旁一山体内侧的土体
挖掉。开挖后形成原状土土质高陡边坡，坡高4．0—
15．5m，边坡安全等级为一级。被开挖部分山体的水平
距离为150．0m，垂直高度为15．5nl，按I：0．4分两次放
坡，放坡高度分别为8m和7．5m。
由于山体开挖后的边坡稳定性将直接影响建筑物
的安全使用，故需根据山体地质情况正确分析其开挖
后所形成边坡的稳定性，制定合理的边坡支护方案。
1．2工程地质及水文条件．
根据岩土工程勘察报告显示，该山体内的地层自
上而下的顺序主要有：第四系坡洪积层(Q“邮1)、冲洪
积层(Q“一)、残积层(Q“)以及侏罗系中统基岩(E)，
其土层的物理参数如表1所示。
场区内地下水主要为赋存于基岩风化带中的风化
裂隙水，地下水的富水性一般，以大气降水的垂直渗入
作为其主要补给来源，地下水位埋藏较深。场区内地
下水pH值为5．80一6．20，对拟治理边坡的混凝土结
构及钢筋均不具腐蚀性，对钢结构具弱腐蚀性。
[收藕日期】2010-01·12
[作者简介】王迎法。中国地质大学岩土钻掘与荫护教育部工程
研究中心硕士研究生，武汉市洪山区鲁磨路388号430074，电
话：18971675021，E-mail：wangyingfal68@126．com
万方数据
2010 No．7 王迎法等：锚杆与锚索梁组合在开挖边坡加固中的应用103
表1土层的物理力学性质
Table 1 Physical and mechanical properties of soil
2边坡稳定性分析
由工程条件可知，边坡土层抗剪强度较大，但局部
破碎、软硬互层的构造特性又导致其稳定性较低，在地
表水及雨水作用下边坡容易滑塌。边坡开挖后，在坡
体内发现一个顺坡向的软弱结构面，倾角约300。长约
25m，倾角小于坡角，对边坡稳定性构成潜在的严重威
胁。在滑体后部产生张裂缝，该张裂缝对边坡稳定性
有很大影响，特别是在暴雨情况下，由于底部排水不
畅，张裂缝可能临时充水达一定高度，沿张裂缝及滑动
面产生静水压力，使滑动力突然增大，造成边坡滑移。
边坡的稳定性分析可按平面剪切破坏类型考虑。
由刚性极限平衡法分析，稳定系数计算：
，～F一=堇滑一查一c厶=——．———+——(—W‘—c—o—印———一—JL—M—一———鸺—-——i—邶———)—t——a{—n—妒■--—，—-上1I、I l
下滑力Wsi邮+VCO啦
”7
耻；÷7。z。(日一Z)cscfl (2)
秽=÷y．Z2， (3)
W=虿I y廿2{【t一(吾)2】c。够一oo,o} (4)
式中：F．为边坡稳定性系数；c为滑动面内黏聚力
(kPa)；妒为滑动面内摩擦角(o)；L为滑动面长度
(m)；a为边坡坡脚(。)；厣为滑动面倾角(o)；“为作用
在滑块地面上的水浮托力(kPa)；秽为张拉裂缝中的水
压力(kPa)；y，为水的重度(kN／m3)；y为岩体重度
(kN／m’)；Z为张裂隙深度(m)；z，为裂隙中水的深
度；W为滑体所受重力(kN)。
根据边坡工程地质条件：L=25m，c=30kPa，妒=
15。，口=680，卢=300，y=20kN／m3，Z=5m，日=15．5m，
Z，=4m。c，9的取值是根据山坡原状土试样进行试验
得出的。将上述数据代入公式计算得F．=0．97，小于
设计要求的安全系数1．25，不符合规范要求，说明现有
边坡稳定性较差，需采取加固措施。
3边坡支护设计
由于边坡空间位置较特殊，坡脚靠工业大楼基础
很近，工业楼下设有地下停车库，因此决定采用永久性
支护，并加大边坡支护力度。根据边坡的岩土体情况、
勘察报告以及支护性质，具体方案如下：采用锚杆与预
应力锚索并配置钢筋腰梁的复合支护方案，可有效控
制边坡土体变形，以确保边坡稳定，满足边坡安全的
要求。边坡支护剖面如图1所示，均按1：4放坡，边坡
坡底标高为91．0m，坡顶标高为106．5m，于98．5m标
高处设置一个1m宽平台，平台内砌有水沟(见图1)。
图1边坡剖面示曩
Fig．1 Slope proffie
3．1锚杆(索)设计
1)边坡共设lO排锚杆，纵横间距为1．5m，遇锚索
位置锚杆纵向间距为3m；锚索设有4排，纵横间距均
为3．0m，每排锚索都设有腰梁。
2)设计拉力
T=W(sil班F．一CO印tan妒)+
utan‘p+种(CO印F．+si印tan‘p)一cL ，¨
cos(卢+艿)F．+sin(卢+6)tan‘p
、。7
式中：艿为锚索(杆)与水平面夹角，其余符号与前相
同。根据《岩土工程勘察规范》GB50021-2001 F．取
1．25计算，得锚杆拉力T1=520kN／m，锚索拉力t=
430kN／m。
由公式Ti=mT／n (6)
式中：N。=t，m，n分别为锚杆索间距和排数。经计算
得出：单根锚杆抗拔力设计值N。=130kN，单根锚索抗
拔力设计值N．=320kN。
3)锚杆(索)结构为圆柱形，由卢=45。+妒／2一n，
根据最大抗滑力锚固角和最经济锚固角确定锚杆
(索)的最优化锚固角。锚杆钻孔与水平方向的夹角
为15。，锚索钻孔与水平方向的夹角为20。。
4)锚杆设计长度为8—12m，锚索设计长度为18—
23m；锚杆孔径为110ram，锚索孔径为130mm，孔深都
应超过设计长度0．5m。
5)锚杆采用1根‘b25的Ⅱ级螺纹钢筋；锚索采用
4根7击5，4,15．24ram的预应力钢绞线。其结构分别如
图2所示。
锚杆和锚索的抗拉验算：
A．=KN。纸h (7)
式中：j；：为安全系数；Ⅳ。为锚杆(索)设计轴向力；A．为
锚筋截面积；工h为锚筋(钢筋、钢绞线)抗拉强度设计
值，钢筋为455N／mm2，钢绞线为1 470N／ram2。
经计算，锚杆A．=457mm2，一条4,25的Ⅱ级螺纹
万方数据
104 施工技术第39卷
篇酶拉甓蒺糟墁自由慕段 蒸毒■圄段麴黼
图2锚杆和预应力锚索结构示意
Fig．2 Structure of bolt and
prestressed anchor cable
钢筋截面积为490mm2>A。，满足要求。锚索钢铰线A．
=392mm2，4根7,k5直径为15．24mm的预应力钢绞线
截面积4×137．37=549mm2>A．，满足要求。
3．2腰梁设计
腰梁为钢筋混凝土梁，设计腰梁截面积为350mm
×400mm，箍筋西8@100，采用C30混凝土浇筑。其结
构如图3所示。
掷@200
图3腰粱结构示慧
Fig．3 Structure of waist beam
4边坡支护施工
4．1施工总体安排
人工土质边坡开挖采用自上而下的形式。开挖结
束后的边坡采用锚杆(索)土钉墙喷锚与腰梁组合的
支护形式。先施工锚杆、锚索，再对锚索位置设置腰梁
进行施工。锚杆(索)施工应与同级坡开挖修坡同时
进行，待锚索、腰梁结构预应力张拉后再进行下一级土
石方开挖，以免边坡面长时间不防护，造成更大的施工
困难，影响施工进度。
4．2锚杆施工
1)进行锚杆孔的定位放线，每隔1．5m间距设一
锚孔。在孔口前用定位器定出钻具斜度，锚孔定位偏
差不宜大于20ram，锚孔偏斜度不应大于3％。
2)锚杆采用单根qb25HRB335级钢筋，放入钻孔前
应平直、除锈，长度误差不大于10cm，并保证注浆体或
混凝土包裹保护层不小于25mm。
3)采用压力泵将水灰比为0．5：1的(P·042．5普
通硅酸盐)水泥净浆注入锚孔，常压注浆，注浆完成后
半小时孔口补浆。
4．3预应力锚索施工
1)选用直径15．24mm，强度1 860MPa的高强低松
弛无黏结钢绞线，延伸率≥3．5％。
2)锚索采用两次注浆工艺，采用水灰比为0．5：1
的水泥净浆，第1次为常压注浆，注浆压力0．5MPa；第
2次为高压注浆，注浆压力不小于2．OMPa。
3)锚索采用ZB4-500S电动油泵和ESYDC250-200
(20t)单根张拉千斤顶进行张拉。
4．4挂网、喷锚
1)按网孔20em 喷射漶凝土。2嘤100
选x2用0锄4,8鬻髫，⋯藏⋯一200 用网格筋，钢础爿拦jfI捌
筋网的交点用隔点
图4钢筋网喷锚立面
式焊接或绑扎，锚头
Fig．4 Prof'de of reinfor∞d
水平方向设双道咖16 mesh spray anchor eievation
加强钢筋(见图4)。
2)喷射C20细石混凝土，厚100mm，配合比为：水
泥：中砂：碎石=l：2：2．5。
4．5钢筋混凝土腰梁施工
1)施工工艺测线定位一清理坡面一钢筋制作与
安装一挡板支模一浇筑混凝土一拆模_养护。
2)混凝土浇筑采用C30混凝土，浇筑过程中要
伴随振捣棒进行振捣，防止出现蜂窝现象。浇筑24h
后可以拆除模板，7d之内要及时对腰梁洒水养护。
4．6工程锚杆(索)的验收试验
验收试验中对锚杆及锚索各选取5％进行抗拔试
验。试验最大荷载值取1．5倍的抗拔力设计值，且≤
0．SAy,h，经试验得出锚杆抗拔力≥200kN，锚索抗拔力
，>370kN，均能满足设计要求。
5边坡稳定性验算及监测
边坡支护后采用瑞典圆弧条分法将边坡分4层进
行分析得出，K。=(尺+Ⅳ。)／T=1．438>1．25，故支护后
的边坡是稳定的。边坡监测采用人工巡视和位移监
测。该边坡支护工程施工结束后，经连续的位移和沉
降观测，基本没有位移和沉降变化，边坡稳定性较高。
6结语
通过工程实例，分析了锚杆与预应力锚索腰梁组
合的设计方法及其应用的可行性。该方法在考虑工程
安全稳定和经济合理的前提下，位移变形小，解决了单
纯锚喷支护存在的问题，具有更广阔的应用领域。
参考文献：
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(下转第120页)
万方数据
120 施工技术第39卷
^顶推完成时
捌耋婪釜霍■簟4竺^中2^型重I 墼—匿如
c张控箱果内外转抉锅柬d转换完成
圈5体外钢束的转换顺序
Fig．5 Transfer sequence of out-body steel咖
4．2顶推完成时预应力束的转换顺序和中间横隔板
构造
在体外束的转换过程中，中间横隔板的构造及端
横隔钢束锚固部分的转向管的设置至关重要，中间横
隔板采用分2次浇筑，如图6所示。在顶推完成约一
半的时候，架设时释放的体外束一部分转换至体内，剩
下的一半仍留在体外，顶推完成后所有配置在箱梁以
外的钢柬均转换到体内。为了满足钢束从直线配置到
弯起配置的要求，锚固端的预埋管需设计成椭圆形的
喇叭状，如图7所示。而在中间横隔板的转向器也设
计成两端为喇叭形的半圆结构，当体外束释放后，进行
剩下的二次施工时比较方便，且在移动钢束时不宜破
坏钢柬。根据以上方法，架设时的钢束可以100％转
换成永久钢束，至架设完成后增加的钢柬用量约5t，仅
占总钢束用量的约5％H1。
5 结语
岛崎川桥于2004年12月开始施工，至2006年2
月竣工，采用波形钢腹板钢梁作施工导粱，巧妙地运用
了波形钢腹板的特性及体外预应力钢束的灵活周转，
充分发挥了材料的各自性能，既丰富了波形钢腹
圈6横隔板施工顺序
Fig．6 Construction sequence of
cross patHflflon board
圈7锚固横隔处预埋管构造
Fig．7 Structure of pre-buried pipe at
cro鼹partition board
板桥梁的施工方法，又节约了用于周转的临时施工用
材。总之，本文介绍的利用波形钢腹板作导梁的几点
顶推施工关键技术，可以为我国在进行此类桥梁工程
施工时借鉴和参考。
参考文献：
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(上接第104页)
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广南高速公路崔家口大桥成功架设第一片T梁
由中国铁建二十二局集团五公司承建的四川省广
(元)南(充)高速公路崔家口左线大桥成功架设第一
片23-3号预应力T梁。
该公司担负施工广南高速GNl3合同段工程，路
线长度8．845km。该段共有挖方89．3万m3，填方
66．6万m3，大桥7座共2 581．83延m，隧道2座共
3 087延m，人行天桥兼渡槽l座47m，涵洞18座
692．48m，分离式立交1座50m。其中崔家口左线大桥
全长651m，桥面净宽11．25m，最大桥高52m，孔数及跨
径：2×25+4×40+17×25m，下部构造采用柱式墩48
根、桥台2个，其中圆柱墩42根，方柱墩6根
(107．1m)。
第一片预应力T梁的成功架设，标志着广南线架
梁施工的序幕已经拉开，为完成年度工作目标奠定了
坚实基础。

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