錨桿框架梁在挖方高邊坡防護中的應用

蘇 憶

(中鐵第一勘察設計院集團有限公司，陜西西安 710043)

隨著國家基礎建設的迅速發展，山區新建的高速公路不斷增加。由于山區地形起伏較大，高填深挖不可避免，出現挖方高邊坡在山區高速公路建設中十分普遍。工程實踐表明，由于未采取有效的防護措施或者采取的防護措施不當，挖方高邊坡時常會出現溜坍、滑塌、落石甚至滑坡等地質災害，是高速公路路基病害易發段落，這對高速公路工程的建設和正常運營造成了一定的不良影響。另外，高速公路是個帶狀工程，挖方高邊坡面積大，防護措施是否經濟合理對工程投資影響較大。因此，合理的挖方邊坡防護措施對高速公路建設項目的工程投資規模影響比較大。同時，隨著國民經濟的快速發展，高速公路建設對綠化及充分體現低碳環保理念的要求也越來越高。因此，挖方高邊坡防護的設計既要做到保證邊坡穩定、安全，又要做到經濟、美觀。本文結合成渝高速公路復線重慶段的實際工程實踐，詳細闡述了挖方高邊坡錨桿框架梁防護的特點及錨桿框架梁防護的設計及施工技術要求。

1 工程地質條件

成渝高速公路復線重慶段按雙向六車道標準進行建設，路基寬度34.5 m，設計速度120 km/h。項目所在區域地貌以低山丘陵地貌為主，地形起伏較大，沿線高填深挖路基分布比較多。

本項目高挖方邊坡巖體主要以侏羅系下統珍珠沖組泥巖、砂巖為主，節理裂隙發育，巖體破碎，其中砂巖屬較軟巖，泥巖屬極軟巖。砂巖及泥巖均具有易風化、易崩塌、對水敏感等工程特性。因此，路塹邊坡開挖時，易產生崩塌、垮落等現象。邊坡成型后，在長期風化、降雨作用及人工活動等的影響下，邊坡易產生局部塌落、掉塊等失穩現象，甚至會出現大范圍的淺層溜坍等病害。

2 錨桿框架梁防護的特點

錨桿框架梁防護是近年來發展起來的一種新型防護形式，具有如下幾個特點:

1)節省工程材料，工程造價低。由于該防護形式中錨桿的使用對加固土層起到加筋作用，同時通過錨桿使框架梁結構與地層連鎖在一起，形成一種共同作用體系，增強了地層的強度，改善了地層的力學性能，能有效地調用和提高巖土自身強度和自穩能力[1]，可大大減少坡面防護的圬工數量，具有節省工程材料，工程造價低的特點。

2)邊坡綠化效果好，充分體現了低碳環保的設計理念。由于該防護形式盡可能地減少了圬工防護的工程數量，而且可以采用掛三維噴播植草或掛雙網噴有機基材等形式對框架內挖方邊坡進行充分的綠化，具有邊坡整體綠化效果好的特點。能使挖方邊坡達到與周圍環境相協調，保持生態環境相對平衡，美化公路、改善行車條件的效果，充分體現了低碳環保的設計理念。

3)具有隨機補強、隨機優化的特點，利于對挖方高邊坡進行信息化動態設計[2]，使挖方高邊坡防護措施更為經濟合理。

由于挖方高邊坡是個帶狀工程，分布廣、范圍長，在勘察和設計階段對挖方高邊坡巖土體的認識是有限的。基于有限的信息提出的防護工程設計不可能十分精確合理，而隨著施工開挖的逐步進行，真實的工程地質條件逐步擺在面前。因此，在施工過程中根據邊坡開挖揭示的地質情況，及時進行優化設計，能使設計更為合理。錨桿框架梁防護可采用邊開挖邊防護的方式進行，并可以根據開挖揭示的地質情況及時調整錨桿長度或框架尺寸，具有隨機補強、隨機優化的特點，有利于對挖方高邊坡進行信息化動態設計，使高挖方邊坡防護措施更為經濟合理。

1) 缺乏竹林的可持續經營。低投入和無序采伐導致竹材產量下降、品質降低。目前，埃塞竹材供應零散，且無規范的采伐標準，更無資源可持續發展政策措施。土地為國家所有，農民沒有合法的土地使用權。竹材采伐取決于中間商的需要，隨采隨賣，缺乏存放場所。因此，竹林面積呈逐年下降趨勢，竹材質量也在不斷降低。

下文結合成渝高速公路復線重慶段的工程實踐，詳細闡述了挖方高邊坡錨桿框架梁防護的設計、施工技術要求及施工注意事項。

3 錨桿框架梁設計

挖方高邊坡錨桿框架梁防護設計按如下的設計原則進行:首先仔細研究每個深挖方段落的地勘資料，并根據巖土體的工程特性、風化程度、完整程度，主要結構面的特征及組合關系，工程地質和水文地質條件等因素確定合理的挖方邊坡坡率，然后采用赤平投影分析對每個挖方邊坡的整體穩定性做出定性的判斷。邊坡穩定性定性分析結果有如下五種情況:a最穩定的;b穩定的;c較穩定的;d較不穩定的;e不穩定的[3]。對于分析結果為a、b、c三種情況的挖方邊坡，錨桿框架梁防護設計時可只考慮淺層防護，以防止坡面出現塌落、掉塊及局部溜坍等病害的發生。對于分析結果為d或e的挖方邊坡，在進行錨桿框架梁防護設計時還應進行邊坡穩定性計算分析，并應根據穩定性分析計算確定錨桿長度。

3.1 錨桿設計

1)錨桿采用全長粘結性錨桿[4-5]，桿體材料采用HRB335鋼筋，錨桿按軸心受拉構件設計，其所需錨筋面積，按式(1)計算:

式中 As——普通鋼筋的截面面積(m2);

K——荷載安全系數，采用2.0;

Nt——錨桿軸向拉力設計值(kN);

fy——普通鋼筋的抗拉設計強度(kPa)。

2)錨桿長度確定

對于邊坡整體穩定，無不利結構面，只需考慮淺層穩定的挖方高邊坡，錨桿長度采用4.0 m，錨孔直徑采用50 mm，錨桿采用單根φ18鋼筋。

對于邊坡較不穩定或不穩定的挖方高邊坡，錨桿長度根據邊坡穩定性計算分析確定，計算時錨桿有效錨固端長度不宜小于2.0 m。設計時采用的不同長度錨桿的設計抗拔力，采取的錨孔直徑及錨桿材料詳見表1。

表1 錨桿設計一覽表

3)錨桿采用彎筋掛接格子梁主筋的方式與格子梁連接，錨桿長度＞4.0 m時，應設置定位器，定位器采用φ6.5鋼筋彎制，并點焊于錨桿主筋上，定位器設置間距1.5 m。

4)錨桿錨固體采用M30水泥砂漿灌注。

3.2 框架梁設計

1)框架梁單元形狀采用矩形，梁單元尺寸采用3.0 m×3.0 m，錨桿布置在框架梁節點位置。具體布置形式如圖1所示。

圖1 錨桿框架梁坡面布置(單位:cm)

2)框架梁截面形式采用矩形截面，框架梁內彎矩、剪力按連續梁計算。梁結構按現行國家標準《混凝土結構設計規范》(GBJ10)計算，荷載分項系數取1.3，附加安全系數取1.23。

3)通過計算確定框架梁截面尺寸采用0.2 m×0.2 m，0.3 m×0.4 m兩種形式。其中0.2 m×0.2 m截面框架梁用于邊坡整體穩定，只需進行淺層防護的挖方邊坡;0.3 m×0.4 m截面框架梁用于比較不穩定或不穩定挖方邊坡的防護。

4)梁內主筋通長布置，主筋采用HRB335鋼筋，其中0.2 m×0.2 m框架梁內配有5根φ16鋼筋;0.3 m×0.4 m框架梁內配有6根φ16鋼筋。鋼筋保護層厚度不小于50 mm。

5)框架梁采用C25混凝土澆筑，橫梁每10～15 m設一道伸縮縫，縫寬2 cm，縫內填塞瀝青麻絮。

6)截面尺寸為0.2 m×0.2 m框架梁底嵌入坡面巖體內深度不宜小于0.10 m，截面尺寸為0.3 m×0.4 m框架梁底嵌入坡面巖體內深度不宜小于0.15 m。

4 錨桿框架梁防護施工技術要求

4.1 錨桿施工

錨桿施工前應按土建技術規范清坡，然后按綠化技術要求進行人工修坡，修坡后坡面整體應平整、自然。每個大框架內坡面起伏不宜超過15 cm。錨桿的施工應遵守下列規定:

1)應根據設計要求，定出孔位，做出標記。錨桿孔距的允許偏差為5 cm，錨桿孔深允許偏差為5 cm，錨桿孔徑應符合設計要求。對于碎石土層、泥巖、頁巖錨桿孔，應采用干鉆，嚴禁孔內積水。

2)錨桿安裝前應作好下列檢查工作:錨桿原材料型號、規格、品種，以及錨桿各部件質量和技術性能應符合設計要求，錨桿使用前應平直、除銹、除油。錨桿孔位、孔徑、深度及布置形式應符合設計要求。

3)砂漿配合比應符合下列要求:宜采用中細砂，粒徑不應大于2.5 mm，使用前應過篩。砂漿強度應滿足設計要求。

4)砂漿應拌和均勻，隨拌隨用，一次拌合的砂漿應在初凝前用完，并嚴防石塊、雜物混入。

5)注漿作業應遵守下列規定:注漿開始或中途停止超過30 min時，應用水或稀水泥漿潤滑注漿罐及其管路。注漿時，注漿管應插至孔底，采用翻漿法注漿，確保注漿管埋入砂漿的長度不小于1.0 m。隨砂漿的注入緩慢勻速抽拔注漿管，直至孔口砂漿溢出后，方能全部拔出注漿管。若發現溶槽、溶穴或裂隙漏漿時，可采用間歇性注漿，確保錨桿孔中砂漿飽滿、密實。

6)錨桿試驗要求:各邊坡必須取各種類型錨桿總數的3%且不得少于3根進行現場試驗。

4.2 框架梁施工

框架梁施工應在錨桿施工后進行，框架梁施工應遵循如下規定:框架梁施工應在坡面上人工開槽，然后在槽中立模、安裝鋼筋，經監理驗收合格后現澆混凝土框架，并應保證整個框架梁頂面平順、自然，框架梁截面尺寸不得小于設計值。

4.3 施工注意事項

1)在挖方高邊坡錨桿框架梁施工前，應對各個邊坡地質情況進行現場核實，對巖體破碎、可能存在失穩邊坡而在設計中沒有進行特殊設計的邊坡，應及時進行現場優化設計。

2)邊坡應采用自上而下分階段邊開挖、邊防護的施工原則。

3)挖方高邊坡施工過程中應進行施工監測，獲取開挖揭示的工程地質信息、變形信息、施工技術信息等，并對獲取的信息進行及時整理分析，據此以進行現場優化設計。

5 結語

針對泥巖、砂巖易風化、易崩塌、對水敏感等工程特性及泥巖、砂巖挖方高邊坡易產生崩塌、垮落、淺層坍塌等病害的現象，設計采用了錨桿框架梁防護措施，以確保邊坡穩定及施工安全。成渝高速公路復線重慶段挖方高邊坡防護施工已完成，并經受了一個雨季的考驗，挖方邊坡整體穩定，取得了良好的防護加固效果。另外，通過施工過程中的信息化動態設計，對開挖后邊坡巖體較破碎，易發生大塊楔形體滑落區段的邊坡，增加錨桿長度，確保了施工安全及邊坡穩定。同時也通過優化設計，將邊坡巖體比較完整、邊坡整體穩定段落的長錨桿進行了變更設計，縮短了錨桿長度。通過優化設計，較施工圖設計減少錨桿約2萬多延米，充分體現了錨桿框架梁防護隨機補強、隨機優化的特點。

錨桿框架梁防護是一種切實可行的挖方高邊坡防護措施，具有節省工程材料、工程造價低、邊坡綠化效果好的特點，能充分體現低碳環保設計理念;具有隨機補強、隨機優化的特點，利于對挖方高邊坡進行信息化動態設計。可在今后類似的高速公路項目中推廣應用，以發揮出更大的經濟效益和社會效益。

[1]閆莫明.巖土錨固手冊[M].北京:人民交通出版社，2004.

[2]中華人民共和國交通部.JTG D30—2004 公路路基設計規范[S].北京:人民交通出版社，2004.

[3]中鐵第一勘察設計院.鐵路工程地質手冊[M].北京:中國鐵道出版社，1999.

[4]熊保林，王希良，路春嬌.高邊坡預應力錨索格子梁加固系統三維有限元分析[J].鐵道建筑，2010(2):67-70.

[5]中國工程建設標準化協會.CECS 22—2005 巖土錨桿(索)技術規程[S].北京:中國計劃出版社，2005.