[摘要]本文结合广州国际羽毛球培训中心工程的超前支护实践，介绍超前微型管桩—喷锚支护技术在高边坡支护中的设计和施工方法。微型管桩—喷锚支护技术作为一种经济、可靠、快速、简便的基坑支护技术，必将在边坡支护及基坑支护工程中得到越来越广泛的应用。
[关键词]超前支护；高边坡；喷锚；微型钢管桩；监测
一、工程概括
广州国际羽毛球培训中心工程场地位于山麓附近，地势较高，大部分位置被山体覆盖，局部地段经人工挖填，地貌单元属山前剥蚀地貌。项目由运动员公寓和体育馆组成，其中运动员公寓B区段平面呈长方形，楼高五层；C区段平面呈“S”形，楼高三层。B区段的坡底绝对高程为35.00m，C区段的坡底绝对高程为44.30m，两区段高差9.30m（二层），C区段基础高度1.60m,实际高差达10.90m，且两区段平面仅设置10㎝宽的变形缝，高边坡支护的稳定性对C区段建筑物的结构安全至关重要。
二、工程地质
本工程场地内残积土由燕山期花岗岩风化而成，土性为砂质粘性土，粘性较差，残积土具遇水软化、崩解的特性；风化岩为燕山期花岗岩，按其风化程度不同可分为全风化、强风化和微风化三个岩带，全风化及强风化岩的岩芯呈半岩半土状，手捏易散且岩质遇水软化、崩解的特性。广州地区花岗岩中“球状风化”现象发育，场地内见较多“孤石”露头。孤石的存在对基础施工及桩基础的稳定性均影响较大。
地质状况表
三、边坡支护方案选择
边坡支护的方案有放坡、护坡桩、锚杆、喷锚等，各种方案有其优点和局限性，因此，合理选择支护方案是保证边坡支护工程质量和施工安全的关键。本工程在深入掌握和研究已有工程地质、水文地质资料和周边环境条件的基础上，进行多种方案的分析，论证与优化。
1、多方案比较
依据工程地质状况和现场实际情况，本边坡支护可采用三种不同的支护方式进行选择，即①放坡—喷锚；②冲孔桩—锚杆；③超前微型管桩—喷锚。三种支护方式经济、技术对比如下表：
多方案经济、技术比较表
支护方式 放坡—喷锚 冲孔桩—锚杆 超前微型管桩—喷锚
技术比较 C区段部分处于悬空状，对于主体结构要求高。 场地内见较多“孤石”，施工周期长。 采用MGJ-50型锚固钻机，穿透能力强。
经济对比 41万元 125万元 62万元
综合评价 对于后续主体工程的施工影响大。 费用昂贵，施工周期长。 造价合理，施工速度快。
由于C区距离边坡较近且边坡陡而且高，如采用冲孔桩—锚杆进行支护，因场地内见较多“孤石”，使冲孔桩施工周期长。同时施工场地狭小，边坡陡而且高现场无放坡可能。因此综合考虑各种不利因素后选择超前微型管桩—喷锚进行高边坡的支护。超前微型管桩—喷支护技术除符合现场条件且具有安全稳定性好、节省投资的优点外，由锚杆、钢管微桩、喷射混凝土面层及预应力共同形成的一种新的支护体系还具有以下优势：①增加钢管桩能增强边坡的整体稳定性，有效控制边坡的沉降变形；②能够控制C区基础及主体期间的边坡稳定，防止局部边坡土体坍塌；③能够有效分散个别锚杆失效而产生的集中应力，形成整体支护效应。
2、超前微型管桩—喷锚的支护技术
超前微型管桩—喷锚的支护技术是在高边坡支护工程中，通过首先预置小直径桩即微型桩，以达到限制喷锚开挖过程中的土体变形目的，然后通过对微型桩及喷锚墙面层施加预应力作用，提高护坡面的表面刚度，使整个边坡形成一个整体，它对控制坡面位移、地面沉降、防止土方开挖过程中局部出现坍塌以及控制每层开挖到支护前这段时期内的位移、抗倾覆方面都有重要的作用，达到限制喷锚支护体系总体变形较大的目的。在场区条件对支护体系变形要求较严格而又不具备做桩锚支护的实际工程环境中被广泛使用。
四、超前支护结构的设计
1、计算依据
超前支护结构的抗弯必须满足下式：
超前支护结构的抗剪强度必须满足下式：式中：
Mc:当施工开挖至第i层土钉位置时，该处土的水平土压力Pmi作用于超前支护结构上引起的弯矩；
：当施工开挖至第i层土钉位置时，该处土的水平土压力Pmi作用于超前支护结构上引起的水平剪应力；
Sc：超前支护结构的水平间距；
hxi：第i层土钉的悬空高度。
2、计算实例
以本工程边坡支护的3-3剖面超前支护计算为例，为简化计算，以锚杆受力反向考虑土压力。其中受力最大的是第二层的预应力锚杆P＝170kN，锚杆间距d＝1.5m，超前微型桩的间距Sc＝0.75m，悬空高度为hx2＝1.2m。
则每延米水平土压力为：Pmi＝Pcos15。/d＝170×cos15。/1.5＝110kN/m则：
超前微型桩采用Φ114×3的钢管，超前支护抗弯由钢管和混凝土共同承受，需要考虑钢管内部的混凝土，因外壁钢管对内部混凝土的束缚作用，可以将其看成是圆形钢筋砼结构受弯，其受弯承载力根据《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002)7.2.6计算：
（1）
（2）
其中：
A：圆形截面面积；
As：全部纵向钢筋的截面面积；
r：圆形截面半径；
rs：纵向钢筋重心所在的圆周半径；
1:系数，取1=1.0
：对应受压区混凝土截面面积与全部纵筋的圆心角与2π的比值，取1/3，即受压区为迎土侧的半圆；
t：纵向受拉钢筋截面面积与全部纵向钢筋截面积的比值，取1/3；
综合（1）(2)可求得：[Mc]＝7.8kN.m>Mc
超前支护受剪是钢管承受，抗剪不用考虑钢管内部的混凝土：
[]=fvA＝125×3.14×（1142-1112）/4＝66.3kN>
综上，钢管受力满足要求。
五、超前微型管桩—喷锚支护的施工
1、超前微型管桩
超前微型管桩通过机械成孔，经清孔后，安装冲孔钢管，再在孔中插入注浆管道，按设计所要求的水泥浆液进行压力注浆所形成的桩。
微型桩的施工一般按以下工序进行：定位和校正垂直度→成孔→清孔→安放钢管→注浆成桩。结合本工程实际，简述超前微型管桩的施工。
①超前微型桩用钻机成Φ150的孔，成孔间距为750，成孔垂直偏差不大于1%，用水清孔，直到孔口返出清水后，在孔内灌注42.5R纯水泥浆，水灰比为0.5～0.55。
②灌浆后在孔中内置Φ114×3的钢管。一次注浆初凝前（约4～8小时）进行二次补浆，将水泥浆收缩部分填满。
③超前微型桩与锚杆或加强筋焊接，以形成牢靠的整体。若因施工偏差难以焊接的和已施工的微型桩，则必须与加强筋焊接。
④帽梁主要使整个边坡及微型钢管桩形成一个整体。
2、喷锚
①锚杆采用焊接，单面焊接12d，双面焊接6d。网筋采用搭接，则搭接长度为40d；
②锚杆采用HRB335钢筋，成孔直径为130mm,采用干钻成孔；
③注浆体强度不低于20MPa，注浆压力为0.5～0.8MPa，水泥标号为42.5R普通硅酸盐水泥；水灰比为0.45～0.55；
④钢筋网采用双层A8@200×200，加强筋采用B16，钢筋网A8钢筋采用绑扎连接，加强筋及加强筋与锚杆的连接采用焊接；
⑤挂网喷射砼层厚为200mm，砼强度为C20；
⑥锚杆锚固体强度达到设计强度的70%后，方可进行下一层的开挖；
⑦锚头处理：本工程为永久边坡支护，所有锚头钢筋不得外露，必须包裹钢筋（丝）网，并采用C25细石混凝土覆盖，覆盖厚度≥50mm。
六、边坡变形监测
监测是边坡支护设计中的重要组成部分。通过监测可随时掌握周边环境的变化以及支护土体的稳定状态、安全程度和支护效果，为设计和施工提供信息。通过信息反馈体系，可及时修改支护参数，改善施工工艺，预防事故发生。同时，监测资料还可作为检验和评价支护结构稳定性的依据。因此在边坡支护工作中对边坡稳定状态的监测就显得特别重要。
本工程在边坡土方开挖阶段进行持续的边坡变形监测，采用视准线法测定支护结构水平位移量。在支护结构边沿纵向上埋设位移观测点，利用原先埋设的三个测量控制点，控制点之间的距离及观测点与相邻的控制点间的距离大于30m，点位的标志要牢固、明显。每次观测前，先对所使用的控制点进行复核检查，以防止其自身变化。观测选在成像清晰、稳定时进行，以保证测量的精度和准确性。及时整理分析观测数据，绘制位移曲线图，以便直观地反映边坡变形情况。
七、监测结果与分析
1、监测结果
超前微型管桩—喷锚支护垂直支护方案在工程实际的施工生产中完全达到了预期的效果。边坡安全在经过雨季得到很好的检验，最大水平位移控制在1‰～2‰左右，小于预期的3‰～4‰。
2、监测分析
①边坡位移随边坡开挖深度增加逐步加大，属于土体内应力释放过程。至2009年4月25日边坡土方开挖完成，支护结构顶面水平位移总体趋于稳定。
②各观测点最终位移量规律性比较明显，呈现出中间大，两端小态势，趋向于正态分布。
八、结论及展望
1、结论
本工程由于场地开挖深度较大，场地西北部形成较高的边坡，该边坡开挖后，坡顶至坡脚出露坡积粉质粘土、残积砂质粘土、全风化岩和强风化岩等，且残积土及风化岩体具遇水易软化、崩解的特性，边坡开挖后，将导致坡脚应力集中，在南方天气的降雨（特别是突发性大暴雨）的作用下，孔隙水压力增大，边坡自重增加，将产生由于坡脚应力集中和岩土强度不足的坍滑变形或圆孤形滑动变形，对边坡稳定是不利的。采用超前微型管桩—喷锚支护技术方案对高边坡进行护坡施工达到了预期的效果。
2、超前微型管桩—喷锚支护技术前景的展望
超前微型管桩—喷锚支护技术作为一种经济可靠且快速简便的支护技术，在本工程中得到了成功的运用。它具有施工工艺简单，不需大型机械设备、污染少、施工进度快等诸多优点。当在一些边坡支护现场情况无法满足采用普通放坡—喷锚支护技术的要求时，工程技术人员可考虑采用超前微型管桩—喷锚支护技术，且该支护技术比采用灌注桩方案节约成本。相信，随着工程技术人员对该技术的了解和其在工程中的成功应用，超前微型管桩—喷锚支护技术必将在边坡支护乃至基坑支护工程中得到越来越广泛的应用。
