錨桿（索）框架梁與錨索抗滑樁聯(lián)合加固技術(shù)在路塹高邊坡中的應(yīng)用

張為

（青海省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司，西寧810001）

1 引言

隨著我國西部山區(qū)公路的修建，路塹高邊坡不斷增多，高邊坡所處的環(huán)境（地質(zhì)環(huán)境和周邊環(huán)境）也越來越復(fù)雜，對高邊坡支護(hù)要求也越來越高。錨桿（索）框架梁、錨索抗滑樁組合結(jié)構(gòu)在解決大型復(fù)雜路塹高邊坡的穩(wěn)定性中已逐漸得到應(yīng)用，但其設(shè)計(jì)方法尚不成熟。

考慮到受力協(xié)調(diào)，對于抗滑樁與錨桿（索）聯(lián)合加固結(jié)構(gòu)，筆者認(rèn)為應(yīng)遵循以下設(shè)計(jì)原則：一般情況下，要求普通抗滑樁與全黏接錨桿這種被動(dòng)受力錨固工程組合，錨索抗滑樁則與預(yù)應(yīng)力錨索這種主動(dòng)受力的錨固工程組合。從而達(dá)到抗滑樁與錨固工程協(xié)調(diào)受力，防止錨桿（索）與抗滑樁變形不協(xié)調(diào)而造成其中一種工程受力過大而存在安全隱患。

關(guān)于錨索樁的設(shè)計(jì)計(jì)算，討論焦點(diǎn)集中在錨索設(shè)計(jì)拉力的確定。目前，國內(nèi)關(guān)于錨索設(shè)計(jì)拉力及預(yù)應(yīng)力的確定方法較多，桂樹強(qiáng)【1】、王化卿等【2】、劉小麗【3】等提出了相應(yīng)的計(jì)算方法。

關(guān)于錨桿（索）框架梁、錨索抗滑樁組合結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)國內(nèi)研究較少，大多介紹相關(guān)實(shí)例，如張歆瑜【4】、蔡俊華【5】的研究。

2 工程實(shí)例

2.1 工程概況

本高邊坡為某城市過境公路隧道明挖段形成的高邊坡（見圖1），開挖最大邊坡高度42m。路線右下方有一所學(xué)校，路線左上方為一村莊，路線無法通過調(diào)整平面避免深挖，同時(shí)該段在路線前一段為隧道且路線后一段需下穿高架橋，故無法通過調(diào)整路線縱坡減小邊坡開挖高度。該隧道明挖段待隧道施工后需回填約15m， 故整個(gè)邊坡下部約15m 為臨時(shí)邊坡和上部27m 左右為永久邊坡。

圖1 原邊坡圖

隧道明挖段高邊坡主要分為2 段：ZK65+050～ZK65+100左側(cè)填土邊坡段與ZK65+100～ZK65+171 巖質(zhì)邊坡段。

ZK65+050～ZK65+100 左側(cè)填土邊坡段：

“打?！毕膰乙姴筷?duì)的行動(dòng)已經(jīng)日軍被發(fā)現(xiàn)了，立即向戰(zhàn)士們發(fā)出了戰(zhàn)斗的命令。隨著他的命令聲，“呯”的一聲槍響，跟在夏國忠身邊的神槍手瞄準(zhǔn)那盞探照燈開了槍，隨著槍聲響起，燈光一下滅了，眼前頓時(shí)漆黑一片。

ZK65+050～ZK65+100 左側(cè)斜坡區(qū)發(fā)育為填土不穩(wěn)定斜坡，表層巖性主要為雜填土，成分主要為建筑垃圾及生活垃圾堆積形成，填筑時(shí)間2011—2017年。填筑土所在原始地貌為溝谷型地貌特征，原始溝谷呈“V”字形形態(tài)特征，負(fù)地形溝谷走向與線路走向大角度相交，溝低縱坡14°～15°，原始溝谷兩側(cè)地形坡度在28°～31°，填筑土基底泥巖，土巖接觸面為全風(fēng)化泥巖及種植土，近坡肩最大堆積厚度近33m。不穩(wěn)定斜坡填土方量約18200m3。

ZK65+100～ZK65+171 巖質(zhì)邊坡段：

1）強(qiáng)風(fēng)化泥巖：厚層狀，強(qiáng)風(fēng)化層，巖體完整性差，巖芯破碎，呈粒狀、短柱狀，散體（碎裂）結(jié)構(gòu)，結(jié)合程度很差，為散體邊坡結(jié)構(gòu)（Ⅳ類：碎塊間結(jié)合很差）。

2）中風(fēng)化泥巖：粉砂泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，中厚層狀構(gòu)造，巖體較完整，巖質(zhì)較軟，巖心大部分呈柱狀、短柱狀，節(jié)長10～72cm，厚度較大。巖層產(chǎn)狀：210°∠6°，坡面產(chǎn)狀：90°∠19°～21°，為層狀斜向邊坡結(jié)構(gòu)（Ⅲ類：結(jié)構(gòu)面結(jié)合一般）。巖體裂隙發(fā)育，主要發(fā)育3 組節(jié)理，節(jié)理產(chǎn)狀：118°～124°∠60°～78°（間距0.1～0.9m）、320°～330°∠80°～90°、220°～240°∠70°～85°（間距0.1～0.8m），270°～280°∠80°～90°、90°～100°∠65°～75°（間距0.1～0.8m）。裂面平直，張開度1～3mm，無膠結(jié)，裂面風(fēng)化嚴(yán)重，為湟水背斜形成過程中派生的張裂隙。

2.2 巖土層的主要物理力學(xué)指標(biāo)

巖土層的主要物理力學(xué)指標(biāo)見表1。

2.3 邊坡加固方案的擬定

根據(jù)現(xiàn)場踏勘成果及地勘成果，針對該邊坡開挖施工特征影響坡體穩(wěn)定的敏感因素及所保護(hù)的對象綜合分析，本著技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理的原則，在滿足邊坡的穩(wěn)定性和工程安全性基礎(chǔ)上，提出加固方案的總體思路如下：

整個(gè)邊坡應(yīng)先清除ZK65+050～ZK65+100 左側(cè)不穩(wěn)定填土，之后，第一級直立臨時(shí)邊坡坡高15m，采用錨索抗滑樁收縮坡腳；第二、三級邊坡坡高8m，坡比1∶0.75 采用錨桿（索）框架梁；第四級邊坡最高坡高約11m，坡比1∶1 采用錨索框架梁控制位移、防止深層滑移影響坡頂住宅安全。

3 邊坡錨桿（索）- 框格梁和錨索- 抗滑樁聯(lián)合加固方案的設(shè)計(jì)計(jì)算

3.1 工況設(shè)置

3.1.1 上部永久性邊坡

對于邊坡整體穩(wěn)定性，按正常使用狀態(tài)、正常工況下的荷載作為設(shè)計(jì)荷載組合。

1）設(shè)計(jì)工況1：自重。按規(guī)范要求，設(shè)計(jì)安全系數(shù)：K=1.30。

2）設(shè)計(jì)工況2：自重+暴雨。按規(guī)范要求，設(shè)計(jì)安全系數(shù)：K=1.10。

3）設(shè)計(jì)工況3：自重+地震。按規(guī)范要求，設(shè)計(jì)安全系數(shù)：K=1.05。

表1 邊坡防治工程巖土物理力學(xué)參數(shù)指標(biāo)建議值

3.1.2 下部臨時(shí)邊坡（15m）

對于邊坡局部穩(wěn)定性，按正常使用狀態(tài)下的正常工況下的荷載作為設(shè)計(jì)荷載組合。

設(shè)計(jì)工況：按規(guī)范要求，設(shè)計(jì)安全系數(shù)：K=1.05。

3.2 設(shè)計(jì)參數(shù)

邊坡設(shè)計(jì)參數(shù)主要按極限平衡法對原邊坡的穩(wěn)定性系數(shù)進(jìn)行了反算后，并結(jié)合類似工程經(jīng)驗(yàn)參數(shù)對比，依據(jù)地勘報(bào)告（見表1）綜合選取邊坡的設(shè)計(jì)參數(shù)。

3.3 邊坡穩(wěn)定性分析

3.3.1 赤平投影分析法

據(jù)赤平投影分析（見圖2）可知：巖層面與邊坡傾向大角度相交，對邊坡的穩(wěn)定影響小，邊坡穩(wěn)定主要受巖體強(qiáng)度控制。

圖2 邊坡赤平投影圖

3.3.2 Bishop 分析法

由于該邊坡為規(guī)模較大的碎裂結(jié)構(gòu)巖質(zhì)邊坡，且邊坡主要為厚層強(qiáng)風(fēng)化泥巖，可采用簡化的Bishop 法進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性分析。

1）危險(xiǎn)潛在滑動(dòng)面的確定。根據(jù)地勘報(bào)告及類似工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的定性分析和理正巖土定量分析確定該邊坡按2個(gè)潛在滑動(dòng)面控制設(shè)計(jì)（見圖3），但潛在滑動(dòng)面1 相對潛在滑動(dòng)面2 為局部穩(wěn)定性，只需通過潛在滑動(dòng)面2 進(jìn)行控制設(shè)計(jì)，然后對局部潛在滑動(dòng)面1 進(jìn)行復(fù)核即可。

2）剩余下滑力的確定及分配。經(jīng)計(jì)算，給定剩余下滑力計(jì)算安全系數(shù)1.1（暴雨工況為最不利工況），剩余下滑力為1941.314kN/m。按剩余下滑力的30%（582.394kN/m）分配給錨桿（索）框架梁：根據(jù)剩余下滑力計(jì)算結(jié)果，考慮預(yù)應(yīng)力錨索沿滑面施加的抗滑力以及垂直滑面產(chǎn)生的法向阻滑力（只做安全儲備，不參與計(jì)算），可計(jì)算所需預(yù)應(yīng)力錨索單寬設(shè)計(jì)錨固力，根據(jù)單寬錨固力，可設(shè)計(jì)錨索的水平間隔及錨索排數(shù)及單根錨索的設(shè)計(jì)錨固力。

圖3 潛在滑動(dòng)面示意圖

按剩余下滑力的70%即1358.920kN/m 分配給錨索樁，需要說明的是：該剩余下滑力是在給定剩余下滑力計(jì)算安全系數(shù)1.1（暴雨工況）計(jì)算所得，與下部臨時(shí)邊坡設(shè)計(jì)安全系數(shù)：K=1.05 不一致，但考慮到下部支擋結(jié)構(gòu)參與整體邊坡穩(wěn)定性分析，應(yīng)采用永久邊坡安全系數(shù)為1.1 時(shí)計(jì)算出的剩余下滑力。

本次設(shè)計(jì)，取錨索承擔(dān)整個(gè)邊坡分配給錨索樁剩余下滑力的15%～25%進(jìn)行試算、抗滑樁承擔(dān)分配給錨索樁剩余下滑力的85%～75%進(jìn)行試算。

3）具體加固措施的確定（見圖4）。依據(jù)穩(wěn)定性計(jì)算和剩余下滑力計(jì)算結(jié)果具體措施如下：（1）對ZK65+050～ZK65+100左側(cè)頂部不穩(wěn)定填土全部清除，并進(jìn)行掛CF 網(wǎng)植草防護(hù)。（2）在第一級15m 直立邊坡設(shè)置錨索樁，樁長29.0m 布設(shè)間距6.0m，截面2.0m×3.0m，樁頂設(shè)2 孔6 束錨索。樁間通過掛網(wǎng)噴混防護(hù)。（3）在較陡的第二級邊坡設(shè)置錨桿框架梁?？蚣芫W(wǎng)格尺寸為2.5m×2.5m，錨桿現(xiàn)澆框架截面尺寸為40cm×40cm，錨桿長12m，為全長黏結(jié)式。（4）在第三、四級邊坡上設(shè)置預(yù)應(yīng)力錨索框架。豎肋、橫梁的橫斷面為（寬）50cm×（高）50cm，肋與梁節(jié)點(diǎn)處設(shè)置預(yù)應(yīng)力錨索。單根錨索設(shè)計(jì)錨固力為450～600kN，錨固長度10m。（5）一般坡面防護(hù)：對各級邊坡框架內(nèi)均采用掛CF 網(wǎng)植草綠化防護(hù)。

圖4 高邊坡處治平面圖

4）對局部潛在滑動(dòng)面1 進(jìn)行校核。對潛在滑動(dòng)面1 進(jìn)行校核：經(jīng)理正巖土計(jì)算，加固后，各工況下的安全系數(shù)滿足各種設(shè)計(jì)工況下的設(shè)計(jì)安全系數(shù)。

4 加固后邊坡建成情況

該邊坡采用錨索框架梁結(jié)合錨索抗滑樁加固施工已完成，根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查及監(jiān)測，邊坡穩(wěn)定、安全，邊坡加固確保了坡頂村莊建筑物的安全。

5 結(jié)語

1）考慮到受力協(xié)調(diào)，對于抗滑樁與錨桿（索）錨固工程聯(lián)合加固邊坡應(yīng)遵循以下設(shè)計(jì)原則：一般情況下，普通抗滑樁與錨桿這種全黏接的被動(dòng)受力錨固工程組合；錨索抗滑樁則應(yīng)與預(yù)應(yīng)力錨索這種主動(dòng)受力的錨固工程組合。

2）錨桿（索）框架梁和錨索抗滑樁的設(shè)計(jì)計(jì)算采用先整體后局部的步驟，先對邊坡進(jìn)行整體穩(wěn)定性分析，計(jì)算得出總的剩余下滑力，然后對錨桿（索）框架梁和錨索抗滑樁進(jìn)行分配，接著各結(jié)構(gòu)再根據(jù)分配的剩余下滑力進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，最后再校核加固后的局部穩(wěn)定性。

3）根據(jù)實(shí)際工程的加固效果來看，錨桿（索）框架梁和錨索抗滑樁聯(lián)合加固技術(shù)，有效控制邊坡變形，減少了公路占地，節(jié)約了工程空間，值得在類似復(fù)雜高邊坡加固中推廣運(yùn)用。