基于臨界滑移場邊坡穩(wěn)定性分析及其錨固方案設(shè)計

王子彪

（大唐環(huán)境產(chǎn)業(yè)集團股份有限公司 北京市 100097）

邊坡穩(wěn)定性問題自古以來就廣泛存在人們的生產(chǎn)生活中，邊坡工程涉及多個學(xué)科，已經(jīng)研究了近百年[1-3]。而對于邊坡加固，預(yù)應(yīng)力錨索在邊坡加固工程中越來越發(fā)揮出十分重要的作用[4-6]。本文以貴州綏正高速公路邊坡為工程背景，以YK13-841 邊坡剖面為研究對象，對其進行了邊坡穩(wěn)定性分析，并進行了錨索加固設(shè)計。

1 工程概況

貴州綏正高速公路場區(qū)位于貴州中北部黔北山地高原地帶，地貌類型屬溶蝕-侵蝕型低山地貌，基巖部分出露。覆蓋層：殘坡積層粉質(zhì)粘土，質(zhì)地較軟，含少量基巖風(fēng)化碎石角礫鉆探揭露厚0～3m；基巖：風(fēng)化灰?guī)r，分為強、中風(fēng)化兩層。強風(fēng)化灰?guī)r：薄至中厚層狀，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體破碎，厚6.8～8.0m；中風(fēng)化灰?guī)r：薄至中層狀，節(jié)理發(fā)育，巖體較破碎。

選取YK13-841 剖面為研究對象，邊坡區(qū)上覆土層粉質(zhì)土，下伏基巖為中風(fēng)化灰?guī)r。節(jié)理裂隙發(fā)育巖體破碎，結(jié)構(gòu)面結(jié)合差，巖體類型為Ⅳ類；中風(fēng)化較破碎，結(jié)構(gòu)面結(jié)合一般，巖體類型為Ⅲ類。邊坡開挖后，坡體由基巖組成，少部分為覆蓋層，為巖質(zhì)邊坡。

2 邊坡穩(wěn)定性分析

應(yīng)用臨界滑移場方法搜尋最危險滑面，然后經(jīng)過slope 軟件計算，得到Oridinary、Bishop、Janbu 和Morgenstern-Price 四種方法下的邊坡穩(wěn)定系數(shù)。

邊坡臨界滑移場技術(shù)直接從整體出發(fā)，搜索出一組任意形狀的危險滑動面，對邊坡的整體穩(wěn)定性與局部破壞進行全面評價[7-9]。它將邊坡體分成了眾多條塊，通過給定的安全系數(shù)，邊坡體的強度按同一比例發(fā)揮，過條塊線上的任一點都存在有危險滑動方向和最不利推力P，它們使最終出口處剩余推力最大，圖1 為應(yīng)用臨界滑移場方法搜索出的邊坡最危險滑面。

圖1 臨界滑移場搜索最危險滑面

多種計算方法計算結(jié)果表明邊坡穩(wěn)定系數(shù)最大為1.06、最小值為0.95，基本沒有安全儲備系數(shù)，邊坡處于極限狀態(tài)，需要進行加固，以確保其安全。

3 錨固方案設(shè)計

依據(jù)《建筑邊坡設(shè)計規(guī)范》（GB 50330—2013），邊坡穩(wěn)定狀態(tài)時其安全系數(shù)取1.35，邊坡共劃分為28 個條塊，依據(jù)式（1）計算每個滑塊的剩余推力，然后進行累計疊加，最終邊坡剩余推力計算結(jié)果為862.545kN，說明該邊坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)，需要進行加固。

3.1 錨索軸向拉力計算

錨索所受的水平拉力標(biāo)準(zhǔn)值Htk通過計算可得，Htk=pi×cosαi=862.545kN×cos21.9°=800kN。錨固角度定為25°，所以經(jīng)過計算，可以得出單位寬度下，邊坡滑面錨索軸向拉力標(biāo)準(zhǔn)值Nak=800kN/cos25°=883kN；設(shè)計值Na=1.3×883kN=1148kN。

3.2 錨索鋼絞線最小截面面積確定

普通錨索采用的鋼絞線為1×7、直徑15.2mm、公稱抗拉強度fptk 為1860MPa，抗拉強度設(shè)計值fy 為1260MPa，每根鋼絞線極限張拉荷載為260kN，屈服張拉荷載為229kN，鉆孔直徑為160mm。計算鋼絞線最小截面面積：As=1.0×1148/（0.69×1260×103）=1320mm2。

3.3 錨索鋼絞線數(shù)量計算

n=1320×10-6/（π×0.01522/4）=7.3

此鋼絞線數(shù)量為單位寬度邊坡所需的鋼絞線根數(shù)，設(shè)計單位寬度布置8 根鋼絞線。

3.4 錨索布置

計算可得，單位寬度需布置8 根鋼絞線，根據(jù)現(xiàn)場邊坡實際工況，布置4 排錨索，每根錨索設(shè)計2 根鋼絞線，錨索豎向均勻分布。

3.5 錨固長度確定

錨桿鋼筋與錨固沙漿間的錨固長度la：

la=2.2×1148/（0.6×2×3.14×0.0152×3400）=13m

由《公路路基設(shè)計規(guī)范》規(guī)定，錨固長度不應(yīng)大于10m，因此，該處取錨固段長度10m，錨索布置各項參數(shù)如表1 所示，加固示意圖如圖2 所示。

表1 錨索布置參數(shù)

根據(jù)加固方案的錨索特性，在Slope 軟件中運用錨索單元進行模擬經(jīng)過計算，錨索加固之后邊坡安全系數(shù)達到1.36，相比加固之前的0.95有了很大提升，滿足了規(guī)范要求。

4 結(jié)論

圖2 普通錨索加固后危險滑面條塊

本文以貴州綏正高速公路邊坡為工程背景，以YK13-841 邊坡剖面為研究對象，運用臨界滑移場方法搜索最危險滑面，通過多種極限平衡方法進行了邊坡穩(wěn)定性分析，并運用錨索對其進行了加固設(shè)計，使得邊坡穩(wěn)定性大大提高，證明了臨界滑移場搜索危險滑面的可靠性，為實際工程提供了指導(dǎo)。