一處運營高危邊坡的治理工程實踐

熊 晉 王建松 聶 彪 丁惠祥

(1.中鐵西北科學(xué)研究院有限公司，甘肅 蘭州 730000； 2.中國鐵道科學(xué)研究院，北京 100081)

一處運營高危邊坡的治理工程實踐

熊 晉1王建松1聶 彪1丁惠祥2

(1.中鐵西北科學(xué)研究院有限公司，甘肅 蘭州 730000； 2.中國鐵道科學(xué)研究院，北京 100081)

以京港澳高速公路粵境某邊坡治理工程為例,通過變形監(jiān)測、表面變形跡象巡查及穩(wěn)定性計算等方式研究了邊坡穩(wěn)定性狀態(tài)，綜合考慮邊坡變形原因、加固效果及其對高速公路運營安全的影響，確定了邊坡優(yōu)選加固方案，并介紹了端頭錨固新型預(yù)應(yīng)力錨索技術(shù)、抗滑樁豎向預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)等在邊坡加固治理中取得的良好效果，以供類似工程參考借鑒。

巖土工程，邊坡，變形機理，工程治理，新技術(shù)

1 工程及地質(zhì)概況

京港澳高速公路粵境某邊坡于2001年7月竣工，距今已運營超過13年，該邊坡位于車流量大，坡多路陡且交通事故頻發(fā)的地段。該邊坡坡長410 m，最大坡高90 m。邊坡共分9級，一級坡為抗滑樁板墻；二級坡采用漿砌片石拱形骨架防護，坡率為1∶1.5；三級坡采用錨固樁板墻防護；四級坡預(yù)應(yīng)力錨索地梁加固，坡率為1∶1；五、六級坡均采用六棱磚植草防護加平臺抗滑樁，坡率為1∶1.25；七級～九級坡均采用支撐滲溝拱形骨架植草防護，坡率為1∶1.75。地層巖性自上往下主要分布有第四系人工堆積層、坡殘積層及石炭系下統(tǒng)孟公坳組灰?guī)r，局部穿插方解石巖脈。坡體地下水以孔隙潛水及基巖裂隙水為主，受大氣降水補給影響。

2 穩(wěn)定性分析

2.1 邊坡存在的變形失穩(wěn)隱患

2.1.1 變形監(jiān)測情況

該邊坡的變形監(jiān)測系統(tǒng)于2012年3月底全面建立，深部位移監(jiān)測和抗滑樁樁頂位移監(jiān)測結(jié)果均表明，邊坡南側(cè)150 m左右范圍內(nèi)變形明顯，并有不斷發(fā)展的趨勢。深部位移監(jiān)測:監(jiān)測斷面Ⅰ—Ⅰ中的ZK1-1及ZK1-2監(jiān)測孔孔口累積位移分別達5.05 cm及14.99 cm，Ⅱ—Ⅱ斷面中各監(jiān)測孔也有所變形。樁頂變形：一級坡南側(cè)各抗滑樁樁頂均有明顯位移，樁頂位移最大達6.1 cm，其余樁頂位移1 cm～6 cm不等；三級坡南側(cè)各抗滑樁樁頂位移劇烈，最大位移達31 cm。

2.1.2 坡體表面變形跡象

一級坡：樁板墻與樁身開裂加劇，樁前碎落臺隆起變形達10 cm～20 cm，個別抗滑樁路基位置附近樁身混凝土出現(xiàn)深部豎向開裂現(xiàn)象。

三級坡：坡面急流槽及踏步、漿砌片石護面墻、平臺以及平臺排水溝等開裂變形加劇，尤其是吊溝與平臺交接處下錯位移較大，位移量約30 cm。樁后土體下錯開裂，導(dǎo)致三級平臺整體塌陷約30 cm，樁體與樁背土體拉開約14 cm裂縫；樁板墻開裂加劇。

2.2 穩(wěn)定性計算

2.2.1 計算參數(shù)的確定

采用GEO-SLOPE軟件，首先根據(jù)巖土體試驗參數(shù)以及經(jīng)驗參數(shù)設(shè)定滑坡牽引段及阻滑段的滑帶抗剪參數(shù)，然后反算主滑段的抗剪參數(shù)，最后在邊坡現(xiàn)場調(diào)查評價的基礎(chǔ)上判斷邊坡的穩(wěn)定性。邊坡穩(wěn)定性反算得到的強度參數(shù)見表1。

2.2.2 計算結(jié)果

表1 滑坡體巖土的抗剪強度的指標參數(shù)表

計算結(jié)果顯示：淺層滑體穩(wěn)定性系數(shù)K=1.048(見圖1)，深層滑體穩(wěn)定性系數(shù)K=1.036(見圖2)，該邊坡體現(xiàn)狀穩(wěn)定性較差。

2.3 穩(wěn)定性評價

綜合邊坡變形情況及穩(wěn)定性計算可知，受雨季多次強降雨影響，土體含水量急劇增加，土體強度降低，引起下滑力增大，這直接導(dǎo)致作用在邊坡第一、第三級的抗滑樁上推力增大。而第一、第三級抗滑樁的錨固段基本處于土層中，樁前土抗力不足，致使樁前土體產(chǎn)生塑性變形，具體表現(xiàn)為樁前土體鼓脹開裂等變形跡象，邊坡處于極限平衡高危狀態(tài)。

3 錨索加固方案選擇及穩(wěn)定性分析

3.1 加固設(shè)計思路

邊坡的總體加固方案以減少一級抗滑樁的土壓力、孔隙水壓力和提高抗滑樁抗力為出發(fā)點。鑒于邊坡目前穩(wěn)定性較差，需及時加固，因此，加固措施在滿足安全要求的基礎(chǔ)上盡可能簡單易行，縮短工期。采用三級抗滑樁樁頂以上邊坡刷方減載能夠第一時間減少土壓力，同時采用抗滑樁樁體補強及預(yù)應(yīng)力錨索加固措施，使其在錨索張拉后充分發(fā)揮主動加固邊坡的作用。

3.2 錨索加固方案對比

錨索加固方案一主要考慮對一級坡抗滑樁進行樁體補強，并在一、三級坡抗滑樁樁體上布置2排預(yù)應(yīng)力錨索進行加固。此方案中，一級坡抗滑樁改懸臂樁為預(yù)應(yīng)力錨索樁，充分利用既有抗滑樁，并改善樁體的受力狀態(tài)，同時在坡腳形成強力支擋結(jié)構(gòu)，支擋效果明顯，可靠性高，為最佳錨固方案。方案一典型斷面圖見圖3。

錨索加固方案二取消在一級坡抗滑樁樁體上布置2排預(yù)應(yīng)力錨索進行加固，改為在二級坡面采用預(yù)應(yīng)力錨索承臺及十字梁加固，其余工程措施相同。方案二典型斷面圖見圖4。

3.3 方案選取及原因

基于特殊路段的運營安全考慮選取方案二。方案一占道施工，易引發(fā)交通事故。方案二主要施工場地移至一級平臺以上，不需要在路肩搭設(shè)腳手架，避免占道施工。

3.4 邊坡加固后穩(wěn)定性計算

該邊坡加固治理后，邊坡穩(wěn)定性有較大程度的提高，具體邊坡各階段穩(wěn)定性計算結(jié)果如表2所示。

表2 邊坡各階段穩(wěn)定性計算結(jié)果

4 新技術(shù)的應(yīng)用介紹

4.1 端頭錨固新型預(yù)應(yīng)力錨索結(jié)構(gòu)

4.1.1 結(jié)構(gòu)介紹

端頭錨固新型預(yù)應(yīng)力錨索[1]的實質(zhì)是在常規(guī)錨索結(jié)構(gòu)的張拉段上設(shè)置自鎖器，通過自鎖器與錨索之間的鎖定作用，將自鎖器與孔周巖土層間的粘結(jié)強度傳遞至錨索上，從而提供自鎖荷載。其核心結(jié)構(gòu)為自鎖器[2]，自鎖器結(jié)構(gòu)示意圖見圖5。在張拉段錯開設(shè)置反鎖鋼制承載體，在反鎖承載體上預(yù)先安裝夾片，并采用鋼制限位片防止張拉過程中夾片脫落，達到分級張拉、張拉段內(nèi)部鎖定和取消反力結(jié)構(gòu)的目的。另外，為了防止錨固段和自鎖段注漿體形成剛性柱，在錨固段和自鎖段之間設(shè)置彈性隔離體，實現(xiàn)錨固段和自鎖段的作用荷載有效傳遞至孔周地層。端頭錨固新型預(yù)應(yīng)力錨索見圖6。

4.1.2 結(jié)構(gòu)特點

端頭錨固新型預(yù)應(yīng)力錨索能夠?qū)㈠^頭集中的力分散到離坡面深度不同的地層中，以解決坡面的應(yīng)力集中和坡面防護結(jié)構(gòu)工程量大、進度慢的問題，尤其適用于搶險工程。

自鎖器對張拉段地層施加主動粘結(jié)應(yīng)力，且作用方向為沿錨索軸向朝向坡體內(nèi)部，有利于保持該部分巖土體的穩(wěn)定。

錨固荷載由自鎖荷載和反力結(jié)構(gòu)上的剩余荷載共同平衡，即錨固段抵抗能量場=張拉段自鎖能量場+附加能量場，能充分提高結(jié)構(gòu)各部分的利用率。

4.1.3 現(xiàn)場應(yīng)用效果

三級坡抗滑樁樁體錨索加固前，樁頂水平位移達30 cm，在端頭錨固新型預(yù)應(yīng)力錨索施工后，樁頂新增水平位移只有4 cm，現(xiàn)場測試表明自鎖器明顯承擔(dān)了部分荷載，有利于樁體及邊坡的穩(wěn)定。

4.2 抗滑樁豎向預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)

4.2.1 結(jié)構(gòu)介紹

抗滑樁豎向預(yù)應(yīng)力加固錨索采用有粘結(jié)鋼絞線，為拉力集中型錨索。錨固段與張拉段設(shè)置止?jié){袋，錨索編織時應(yīng)預(yù)設(shè)四根注漿管，一根對錨固段注漿，一根對錨固段劈裂，一根為錨固段出氣孔，一根對張拉段注漿；錨固段注漿，出氣孔有新鮮漿液流出；初凝后進行二次高壓劈裂注漿；待錨固段M30水泥漿齡期到達后，對錨索進行鎖定張拉；利用最后一根注漿管對張拉段注漿?？够瑯敦Q向預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)如圖7所示。

4.2.2 結(jié)構(gòu)作用

通過在抗滑樁樁體受拉側(cè)豎向鉆孔并植入預(yù)應(yīng)力錨索，以增加樁體的抗拉強度及抗彎強度，同時消除部分彎矩，提高坡體整體穩(wěn)定性。

由于豎向預(yù)應(yīng)力錨索施工便捷快速，使得處于極限狀態(tài)的一級坡抗滑樁樁體的強度迅速得到加強，從而提高了邊坡整體穩(wěn)定性，為其他工程措施的實施提供了寶貴時間。

5 結(jié)語

1)對于建成通車多年的高速公路，個別較高陡邊坡應(yīng)引起足夠重視，通過邊坡變形監(jiān)測、表面變形跡象巡查及穩(wěn)定性計算等方式對邊坡穩(wěn)定性進行了較全面、準確的評價。

2)基于邊坡變形的原因分析可知，加固思路為減少一級抗滑樁的土壓力、孔隙水壓力和提高抗滑樁抗力。

3)對邊坡加固方案進行方案比選時，應(yīng)綜合考慮加固效果及其對高速公路運營安全的影響，加固方案應(yīng)盡量避免占道施工，降低高速公路運營安全風(fēng)險。

4)端頭錨固新型預(yù)應(yīng)力錨索技術(shù)、抗滑樁豎向預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)在邊坡加固治理過程中應(yīng)用效果良好，可以達到同時節(jié)省工期及造價的目的，尤其適用于搶險工程，在今后同類工程中值得推廣。

[1] 廖小平，朱本珍，王建松.路塹邊坡工程理論與實踐[M].北京:中國鐵道出版社,2011.

[2] 劉慶元，朱本珍.自鎖型預(yù)應(yīng)力錨索的試驗研究[J].鐵道建筑，2011(7)：91-93.

High hazardous slope processing engineering practice

Xiong Jin1Wang Jiansong1Nie Biao1Ding Huixiang2

(1.ChinaRailwayNorthwestScienceAcademyCo.,Ltd,Lanzhou730000,China; 2.ChinaAcademyofRailwayScience,Beijing100081,China)

Taking slope processing engineering in Guangdong border of Bejing-Hong Kong-Macao highway as an example, the paper studies slope stability of deformation monitoring, surface deformation examination and stability computation, comprehensively considers slope deformation causes, reinforcement effect and its impact upon highway operation safety, determines optimal slope reinforcement scheme, and introduces slope reinforcement effects of new end anchorage prestressed cable technology, anti-sliding vertical prestress reinforcement technology and so on, with a view to provide some guidance for similar engineering.

geotechnical engineering, slope, deformation mechanism, engineering treatment, new technology

2015-01-07

熊 晉(1986- )，男，助理工程師； 王建松(1973- )，男，教授級高級工程師； 聶 彪(1983- )，男，工程師 丁惠祥(1989- )，男，在讀碩士

1009-6825(2015)08-0077-03

U416.1

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