樁錨結構在邊坡支護上的應用分析

潘祖高

（貴州大學資源與環(huán)境工程學院 貴州貴陽 550025）

1 前言

由于我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，施工過程中形成大量人工邊坡，因此邊坡治理工程尤為重要。常見的邊坡支護形式有支擋結構、錨固工程及兩者的結合應用。其中支擋結構包括擋土墻、擋土樁、抗滑樁和地下連續(xù)墻；錨固工程包括系統(tǒng)錨桿、全長粘結型錨桿、摩擦型錨桿、預應力錨桿等；而兩者共同作用的支護形式包括錨拉樁錨定板式擋土墻、預應力格構錨索等，[1]樁錨支護結構是其中常見的一類。樁錨結構是將樁和錨索聯(lián)合用于邊坡抗滑的支擋結構，樁基埋入穩(wěn)定巖層中，抗滑能力優(yōu),支擋面積大，錨索抗拉作用好，它的應用大大減少了抗滑樁的截面和埋置深度[2]。本文以貴州某地區(qū)失穩(wěn)搶險工程為例，在現(xiàn)場勘察和試驗基礎上，分析該失穩(wěn)邊坡的結構特征，分析樁錨結構在邊坡工程上應用。

2 失穩(wěn)邊坡概況

研究的失穩(wěn)邊坡位于貴州省某縣西城區(qū)湘江路和婁山路交匯處，由于擬建的農(nóng)貿(mào)市場工程開挖后，在建筑物西側形成高陡順向巖土混合邊坡，于2013年2月27日凌晨4時發(fā)生塌方事故，損毀邊坡西側道路及擋土墻，但距離塌方區(qū)邊界6.8m處一居民房屋暫無變形跡象。根據(jù)詳細調(diào)查，邊坡長125m，高15.0m，開挖產(chǎn)狀9°∠83°，由強風化和中風化泥質(zhì)灰?guī)r，上覆1m～2m素填土和紅粘土，無放坡條件。該邊坡可分為兩段：已塌方區(qū)（A-B段）和強烈變形區(qū)（B-C段）。A-B段外側有約1600m3的塌方堆積物，坡頂南面2.8m處有2層樓住房，南東面10m處有6層樓民住宅。B-C段邊坡長85m，其強中風化接觸面見明顯剪出口，開挖線18m處為一層樓材料加工廠。

3 失穩(wěn)邊坡的地質(zhì)條件

據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料及地表調(diào)查，邊坡位于揚子準地臺（一級單元）四川臺坳，為單斜構造，巖層產(chǎn)狀較穩(wěn)定連續(xù)，調(diào)查區(qū)無大的構造斷裂。地勢大致呈南高北低，坡度17°~35°，地形簡單，地貌類型單一。場地巖土由素填土、紅粘土及三疊系下統(tǒng)茅草鋪組（T1m）薄至中厚層泥質(zhì)灰?guī)r組成。地表水主要表現(xiàn)為雨后地表水和居民生活污水，自南向北匯集流出場地。地下水類型主要為松散巖類孔隙水、巖溶裂隙水。

4 失穩(wěn)邊坡的結構特征分析

4.1 邊坡失穩(wěn)原因

邊坡穩(wěn)定性的影響因素包括內(nèi)在因素和外在因素，內(nèi)在因素包括地層、地質(zhì)構造、巖土體結構、水的作用等；外在因素包括邊坡形態(tài)的改造、氣象變化、振動作用、工程載荷以及人為原因等[3]。該邊坡失穩(wěn)的主要原因是內(nèi)在因素，邊坡開挖后形成以巖層產(chǎn)狀為主、產(chǎn)狀為10°∠19°的結構面，且邊坡發(fā)育產(chǎn)狀分別為270°∠81°、160°∠78°的節(jié)理，為張節(jié)理，節(jié)理面較粗糙，結合差，這是邊坡失穩(wěn)的前提條件；其次在長期的生活污水和強暴雨作用下，結構面受到軟化，強度降低，加上人工因素（堆載、車載荷等），最終導致邊坡了失穩(wěn)塌方。

4.2 邊坡穩(wěn)定性評價

采用赤極投影對邊坡進行定性分析。邊坡發(fā)育兩組節(jié)理，Ⅰ組為的產(chǎn)狀為270°∠81°；Ⅱ組節(jié)理產(chǎn)狀160°∠78°，巖層產(chǎn)狀10°∠19°，坡面產(chǎn)狀9°∠83°。結果表明，兩組節(jié)理位于邊坡開挖方向對側，邊坡沿節(jié)理裂隙切割、形成楔崩塌卸荷現(xiàn)象可能性較小。該邊坡為順向坡，現(xiàn)場清晰可見強～中風化接觸面表面平直光滑，有水流滲出，上覆于中風化泥質(zhì)灰?guī)r的雜填土、紅粘土，及破碎的強風化泥質(zhì)灰?guī)r沿該接觸面發(fā)生塌方。邊坡沿強～中風化接觸面繼續(xù)塌方可能性大。

該邊坡的滑動形式為沿外傾結構面直線滑動。故定量分析時采用直線滑動法計算其穩(wěn)定性。計算結果表明，A-B段上覆雜填土層、紅粘土層、強～中風化接觸面及中風化泥質(zhì)灰?guī)r層面穩(wěn)定性系數(shù)分別為0.08、0.13、0.87、1.24。B-C段邊坡上覆雜填土層、紅粘土層、強～中風化接觸面，中風化泥質(zhì)灰?guī)r層面穩(wěn)定性系數(shù)分別為0.11、0.15、0.96、1.28。故兩段邊坡的上覆雜填土層、紅粘土層、強～中風化接觸面、中風化泥質(zhì)灰?guī)r巖層面均為不穩(wěn)定狀態(tài)。

4.3 受力分析

作用在支擋結構上的力主要為土壓力或者滑坡推力。土壓力即土體或挖土坑壁原狀土對支擋結構產(chǎn)生的側向壓力。當用支擋結構治理滑坡時，坡體存在軟弱夾層或結構面時，此時作用在支擋結構上的載荷即為滑坡推力。因此需要分別計算土壓力和滑坡推力，取兩者的最大值。計算時，取最不利邊坡進行計算。對于支護結構變形控制嚴格或a＜0.5H時，計算側向土壓力按靜止土壓力進行計算。對于對沿外傾結構面（巖層面）的邊坡，其主動巖石壓力合力標準值。

經(jīng)計算發(fā)現(xiàn)A-B段中側向土壓力比滑坡推力大,為Eo’=722.03kKN/m。在B-C段中，側向土壓力比滑坡推力大,為Eo’=818.58kN/m。綜上所述，該塌方邊坡的最大下滑力為818.58kN/m。

5 樁錨支護的應用

5.1 支護措施的選用

本工程中，原則上可采用的支護形式主要有為坡率法、擋土樁、抗滑樁、錨桿（索）、樁錨支護、樁和墻等形式。坡率法指通過控制邊坡的高度和坡度而無須對邊坡進行整體加固就能使邊坡達到自身穩(wěn)定的邊坡設計方法，需有放坡條件。擋土墻是整治中小型滑坡中應用最為廣泛而且較為有效的措施之一，常見型式有重力式擋土墻、錨桿式擋土墻、加筋土擋土墻、板樁式擋土墻等。抗滑樁是承受側向荷載的支撐建筑物,是在滑坡中設置穿過滑面進入下部穩(wěn)定滑床的樁,利用錨固段阻止坡體的滑動[4]。其中埋入滑動面以下穩(wěn)定巖層中的稱為錨固段，其上稱為受力段,受力段承受滑坡推力,傳遞給錨固段,在滑床的樁周地層產(chǎn)生反力嵌住樁身[5]。適用于滑坡推力較大的情況。錨桿(索)是另一種安置在巖土層深處的受拉桿件,它的一端與工程構筑物連接,一端與穩(wěn)定巖層連接,以承受土壓力等產(chǎn)生的載荷[6]。樁錨支護是指錨索和抗滑樁的聯(lián)合支護形式。抗滑樁錨將滑坡推力傳遞到基巖中，錨索插入穩(wěn)定的巖層，這樣大量減少了抗滑樁的截面面積和配筋，在中小型邊坡中得到大量應用。

由于場地限制，無放坡條件，故無法采用削坡的方式進行支護。由于坡高15m，且部分地段已經(jīng)塌陷，為搶險工程、又無場地要求，故無法使用擋土墻進行支護；同時經(jīng)過計算發(fā)現(xiàn)，滑坡推力較小，且泥質(zhì)灰?guī)r為較穩(wěn)定巖體，應合理利用，故完全采用抗滑樁進行造價高，不經(jīng)濟。因邊坡上側存在公路、民房等重要建筑物，而單純的錨索支護，亦不能滿足搶險要求。而樁錨支護的聯(lián)合使用，施工時間短，費用比單純的抗滑樁要少，而比錨索支護要安全。綜上所述，本工程采用樁錨支護形式，經(jīng)濟合理安全。

5.2 樁錨支護參數(shù)的確定

5.2.1 錨索支護參數(shù)確定

通過計算下滑力取下滑力中的大值F=818.58KN/m，支護最大坡高H=15.0m。錨索按縱橫間距為Sx=3.0m、Sy=3.0m、入射角a=15°布置。通過計算，側向巖土壓力水平分力標準值為60.64(KN/m2)。錨索所受水平拉力標準值為545.76KN/根，軸向拉力設計值為734.51KN/根。取φ15.24鋼絞線，鋼絞線面積S=139mm2。對于邊坡工程重要性系數(shù)，取1.0，永久性支護錨桿抗拉工作條件系數(shù)取0.69，經(jīng)計算錨桿數(shù)n=7.54，取n=8，計算出錨固長度取6.0m滿足要求。

5.2.2 抗滑樁立柱參數(shù)確定

根據(jù)《混凝土結構及砌體結構》規(guī)定對于等截面等跨連續(xù)梁進行內(nèi)力計算：排樁上預應力錨索施加較大預應力，錨索支承點位移很小，立柱可按支承于剛性錨索上的連續(xù)梁計算內(nèi)力[7]。通過計算，發(fā)現(xiàn)樁的最大彎矩Mmax=613.98kN·m、最大剪力為Vmax=982.37kN，均在滑動面附近。故截面彎矩設計值M＝767.48kN·m，截面剪力設計值V＝1227.96kN。

設樁混凝土強度等級位C30，縱向受力鋼筋為φ25二級鋼筋20根，間距258mm均勻布置，箍筋為φ10，樁直徑1.2m×1.5m，縱向鋼筋保護層厚30mm，該參數(shù)滿足彎矩及剪力驗算截面滿足要求，不需要采用雙筋截面。采用24Ф25鋼筋，滿足受拉鋼筋截面面積計算，按構造配置箍筋，則取S=300mm。滿足基礎承載力驗算、施工后整體穩(wěn)定性計算要求。

5.2.3 樁錨支護的確定

根據(jù)周邊環(huán)境及地質(zhì)工程特征，在A-B段和B-C段均采用樁錨進行支護。其中樁軸心間距3.0m，樁徑1.2×1.5m，樁底進入地下室底板標高以下嵌巖1.5m。錨索于樁頂以下2.0m處置，錨孔直徑130mm，入射角15°，錨索采用8φ15.24，錨固段進入中風化巖層深度不小于6.0m，灌注M30水泥砂漿。樁間采用掛網(wǎng)噴漿護面，噴射砼強度為C25，噴射厚度為150mm；樁間設置泄水孔，間距為2m，孔徑為100PVC管，外傾5%。

6 結語

該邊坡開挖后形成以巖層產(chǎn)狀為主、產(chǎn)狀為10°∠19°的結構面，且邊坡發(fā)育產(chǎn)狀分別為270°∠81°、160°∠78°的張節(jié)理，在長期的生活污水和強暴雨作用下，結構面受到軟化，強度降低，加上人工因素（坡面堆載、車載荷等），最終導致邊坡了失穩(wěn)塌方。通過穩(wěn)定性計算，發(fā)現(xiàn)該邊坡上覆雜填土層、紅粘土層、強～中風化接觸面、中風化泥質(zhì)灰?guī)r巖層面均為不穩(wěn)定狀態(tài)。由于邊坡工程地質(zhì)要求，采用坡率法、擋土墻、抗滑樁、錨桿（索）結構等結構，均不合理。故本邊坡采用樁錨支護的形式進行治理，分析表明該支護措施經(jīng)濟、合理、安全。

[1]趙其華,彭社琴.巖土支擋和錨固工程[M].四川：四川大學出版社,2008,10,13.

[2]王萍.滑坡治理方法及實例分析[J].西部探礦工程,2006,12：297-198.

[3]姜德義,朱合華,杜云貴.邊坡穩(wěn)定性分析與滑坡防治[M].重慶：重慶大學出版社,2005.21,38.

[4]陳文豪.抗滑樁受力分析及設計計算.[J].路基工程,2008,1:149-151.

[5]劉成宇.土力學[M].北京：中國鐵道出版社,2002.

[6]黃明.混凝土結構及砌體結構(第二版)[M].重慶：重慶大學出版社,2005,403.

[7]彭振斌,陳昌富..巖土工程設計計算與施工[M].武漢:中國地質(zhì)大學出版社,1997.