應(yīng)用錨桿擋土墻處理路塹邊坡的設(shè)計思路

齊小壟

1 概述

錨桿擋土墻位于東冶—溫塘間(DK130+000～DK243+000)，線路順滹沱河而下，鐵路大部分在陡峻狹窄的河谷中穿行，深路塹、塹坡防護工程隨處可見。在DK204+760～DK204+913.39處，由于山坡自然坡度為1∶0.75～1∶1，路塹中心挖深約14 m，如按常規(guī)塹坡防護，右側(cè)塹坡高達(dá)40 m。該段地層為太古界阜平群(Afpr2)混合片麻巖，巨厚，片麻理發(fā)育，產(chǎn)狀 347°∠24°，風(fēng)化嚴(yán)重～頗重，山坡表層1 m～2 m內(nèi)有松動基巖。為降低路塹邊坡，從運營安全、養(yǎng)護維修著想，設(shè)計時考慮右側(cè)邊坡采用錨桿擋墻降坡。

2 設(shè)計方案的選擇

2.1 分級設(shè)護墻防護方案

該方案最大路塹邊坡高將近40 m，設(shè)四級護墻，對自然環(huán)境破壞極大，且挖方量大，圬工量大，上部邊坡砌護工程施工時建筑材料需多次倒運，施工難度大，工程造價也較高。

2.2 重力式路塹擋土墻與護墻組合的方案

于路塹下部設(shè)15 m高重力式路塹擋土墻，墻頂以上以護墻防護，單級護墻最大高度12 m，每級護墻間設(shè)2.0 m寬邊坡平臺。

該方案最大路塹邊坡高30 m左右，與分級設(shè)護墻方案相比有效的降低了塹坡高度，但塹坡仍較高，且下部擋土墻基底壓應(yīng)力大，圬工工程量較大。采用此方案，路塹開挖形成凌空面后，由于巖體節(jié)理發(fā)育，且混合巖一經(jīng)開挖失去地表植被保護，極易風(fēng)化剝落，如果砌護工程不能及時進行，邊坡坍塌的情況極易發(fā)生。

2.3 錨桿擋土墻方案

于路塹下部設(shè)1級～2級C20鋼筋混凝土柱板式錨桿擋土墻支擋，單級擋墻最大高度不超過8 m，兩級擋墻之間設(shè)2.0 m寬平臺，墻頂塹坡以護墻防護。該方案最大路塹邊坡高24 m左右，有效的降低了挖方工程量及圬工工程量，減少了對自然山體的破壞。雖然由于鋼筋用量較大，工程造價比重力式路塹擋土墻與護墻組合的方案稍高，但肋柱與擋板均為現(xiàn)場預(yù)制，圬工工程量小，大大的提高了施工效率，隨開挖、隨鉆孔、隨安裝，體現(xiàn)了塹坡需及時支護的原則。下一級擋墻的施工是在上一級擋墻已施工完成、穩(wěn)定的條件下進行，提高了生產(chǎn)的安全性以及整體的穩(wěn)定性。經(jīng)過經(jīng)濟技術(shù)比較，本段塹坡支護設(shè)計中采用了以鋼筋混凝土錨桿擋土墻支擋的方案，具體橫斷面設(shè)計如圖1所示。

3 錨桿擋土墻的設(shè)計

3.1 肋柱的計算

如圖1所示，肋柱置于M5水泥砂漿砌片石基礎(chǔ)之上，肋柱底端可視為自由端。每根肋柱承受相鄰兩半跨的土壓力，根據(jù)肋柱高度及庫侖土壓力理論計算所得土壓力，每級肋柱布置3根錨桿，因此肋柱視為兩端帶懸臂的連續(xù)梁進行設(shè)計。由于在施工過程中肋柱受力狀態(tài)往往與回填土或砂夾卵石墊層以后有所不同，可能出現(xiàn)僅有兩個支點先受力，即為簡支梁作用，內(nèi)應(yīng)力增大很多，還可能出現(xiàn)相反的彎矩，設(shè)計時已充分考慮。

肋柱截面設(shè)計及配筋采用極限狀態(tài)法。

3.2 錨桿的布置及計算

1)錨桿的布置。設(shè)計時采用“等彎矩”法來布置錨桿，決定其間距，以盡量使連續(xù)梁各跨最大彎矩絕對值或各錨桿拉力相近，從而使設(shè)計結(jié)構(gòu)經(jīng)濟、合理。

2)錨桿的計算。a.錨桿軸向拉應(yīng)力。錨桿軸向拉應(yīng)力即為計算所得支座反力與錨桿傾斜角度(與水平線的夾角)的余弦之比。b.錨桿長度計算。錨桿長度是設(shè)計錨桿擋土墻的關(guān)鍵所在，一般錨桿與砂漿之間的粘結(jié)力很大，所以錨桿抗拔力往往由孔壁接觸面的抗剪強度決定。本工點錨桿開孔孔徑φ=130 mm，長度分別為:下部8 m高錨桿擋墻:L上=7.60 m，L中=10.45 m，L下=7.65 m;上部8 m 高錨桿擋墻:L上=10.05 m，L中=12.91 m，L下=10.11 m。施工時要求進行現(xiàn)場拉拔試驗，得出孔壁接觸面的抗剪強度，以驗證設(shè)計是否合理。c.錨桿截面計算。錨桿采用20MnSi螺紋鋼筋，截面積為錨桿所受拉應(yīng)力與鋼筋容許拉應(yīng)力之比。錨桿截面分別為:A下=2φ 28，A中=2φ 28，A上=1φ 28。

3.3 擋土板的計算

擋土板是以肋柱為支座的簡支梁，荷載即為該擋土板所在高度范圍的土壓力。為方便施工，設(shè)計時同級擋墻設(shè)計的擋土板厚度相同，擋土板截面采用槽形，較其他形式經(jīng)濟。

4 錨桿擋土墻建成后的效果

該工點從路塹開挖到施工建成僅用不到4個月的時間，與漿砌圬工相比大大的縮短了施工周期，提高了生產(chǎn)效率。施工中分段開挖，及時安裝錨桿、肋柱、擋板，因此未出現(xiàn)巖體開裂、塌落。而相鄰的小覺車站的某路塹地段，設(shè)計為重力式路塹擋土墻與護墻相結(jié)合的方案，在邊坡開挖后因圬工量大，砌護周期長，邊坡巖層長期暴露，出現(xiàn)了局部的坍塌。由此可見，塹坡的穩(wěn)定與施工工藝、施工方法、防護措施密切相關(guān)。該段建成后整體穩(wěn)定，未出現(xiàn)變形情況，投入運營將近兩年效果良好。

5 設(shè)計的幾點體會

1)對陡峻邊坡路塹，應(yīng)盡可能少的開挖巖體，以免對山體穩(wěn)定和自然環(huán)境造成大的破壞。以漿砌圬工支擋防護，雖能降低邊坡高度，但若圬工量大，塹坡巖體節(jié)理發(fā)育、易風(fēng)化，則往往會由于砌護周期長，邊坡巖體長期暴露，出現(xiàn)塹坡失穩(wěn)的現(xiàn)象。而一旦出現(xiàn)塹坡坍塌、滑動，則整治起來不但費時、費力，還會大幅度的增加投資，設(shè)計時應(yīng)全面綜合考慮。

2)采用錨桿擋土墻支擋的方法，從上至下分級開挖、分級支護，防護及時，分級穩(wěn)定，施工效率高，既避免了因防護不及時造成的塹坡塌滑等問題，又保證了施工安全和進度，設(shè)計理論及施工工藝都較為成熟，是值得在陡邊坡路塹設(shè)計中推廣應(yīng)用的方法。

[1] 袁林新，陽文輝.錨桿擋土墻設(shè)計[J].山西建筑，2009，35(8):132-134.