錨桿（索）框架梁與錨索抗滑樁聯合加固技術在路塹高邊坡中的應用

張為

（青海省交通規劃設計研究院有限公司，西寧810001）

1 引言

隨著我國西部山區公路的修建，路塹高邊坡不斷增多，高邊坡所處的環境（地質環境和周邊環境）也越來越復雜，對高邊坡支護要求也越來越高。錨桿（索）框架梁、錨索抗滑樁組合結構在解決大型復雜路塹高邊坡的穩定性中已逐漸得到應用，但其設計方法尚不成熟。

考慮到受力協調，對于抗滑樁與錨桿（索）聯合加固結構，筆者認為應遵循以下設計原則：一般情況下，要求普通抗滑樁與全黏接錨桿這種被動受力錨固工程組合，錨索抗滑樁則與預應力錨索這種主動受力的錨固工程組合。從而達到抗滑樁與錨固工程協調受力，防止錨桿（索）與抗滑樁變形不協調而造成其中一種工程受力過大而存在安全隱患。

關于錨索樁的設計計算，討論焦點集中在錨索設計拉力的確定。目前，國內關于錨索設計拉力及預應力的確定方法較多，桂樹強【1】、王化卿等【2】、劉小麗【3】等提出了相應的計算方法。

關于錨桿（索）框架梁、錨索抗滑樁組合結構的設計國內研究較少，大多介紹相關實例，如張歆瑜【4】、蔡俊華【5】的研究。

2 工程實例

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校，路線左上方為一村莊，路線無法通過調整平面避免深挖，同時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， 故整個邊坡下部約15m 為臨時邊坡和上部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左側填土邊坡段與ZK65+100～ZK65+171 巖質邊坡段。

ZK65+050～ZK65+100 左側填土邊坡段：

“打?！毕膰乙姴筷牭男袆右呀浫哲姳话l現了，立即向戰士們發出了戰斗的命令。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那盞探照燈開了槍，隨著槍聲響起，燈光一下滅了，眼前頓時漆黑一片。

ZK65+050～ZK65+100 左側斜坡區發育為填土不穩定斜坡，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”字形形態特征，負地形溝谷走向與線路走向大角度相交，溝低縱坡14°～15°，原始溝谷兩側地形坡度在28°～31°，填筑土基底泥巖，土巖接觸面為全風化泥巖及種植土，近坡肩最大堆積厚度近33m。不穩定斜坡填土方量約18200m3。

ZK65+100～ZK65+171 巖質邊坡段：

1）強風化泥巖：厚層狀，強風化層，巖體完整性差，巖芯破碎，呈粒狀、短柱狀，散體（碎裂）結構，結合程度很差，為散體邊坡結構（Ⅳ類：碎塊間結合很差）。

2）中風化泥巖：粉砂泥質結構，中厚層狀構造，巖體較完整，巖質較軟，巖心大部分呈柱狀、短柱狀，節長10～72cm，厚度較大。巖層產狀：210°∠6°，坡面產狀：90°∠19°～21°，為層狀斜向邊坡結構（Ⅲ類：結構面結合一般）。巖體裂隙發育，主要發育3 組節理，節理產狀：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，裂面風化嚴重，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指標

巖土層的主要物理力學指標見表1。

2.3 邊坡加固方案的擬定

根據現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定的敏感因素及所保護的對象綜合分析，本著技術可行、經濟合理的原則，在滿足邊坡的穩定性和工程安全性基礎上，提出加固方案的總體思路如下：

整個邊坡應先清除ZK65+050～ZK65+100 左側不穩定填土，之后，第一級直立臨時邊坡坡高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- 抗滑樁聯合加固方案的設計計算

3.1 工況設置

3.1.1 上部永久性邊坡

對于邊坡整體穩定性，按正常使用狀態、正常工況下的荷載作為設計荷載組合。

1）設計工況1：自重。按規范要求，設計安全系數：K=1.30。

2）設計工況2：自重+暴雨。按規范要求，設計安全系數：K=1.10。

3）設計工況3：自重+地震。按規范要求，設計安全系數：K=1.05。

表1 邊坡防治工程巖土物理力學參數指標建議值

3.1.2 下部臨時邊坡（15m）

對于邊坡局部穩定性，按正常使用狀態下的正常工況下的荷載作為設計荷載組合。

設計工況：按規范要求，設計安全系數：K=1.05。

3.2 設計參數

邊坡設計參數主要按極限平衡法對原邊坡的穩定性系數進行了反算后，并結合類似工程經驗參數對比，依據地勘報告（見表1）綜合選取邊坡的設計參數。

3.3 邊坡穩定性分析

3.3.1 赤平投影分析法

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

圖2 邊坡赤平投影圖

3.3.2 Bishop 分析法

由于該邊坡為規模較大的碎裂結構巖質邊坡，且邊坡主要為厚層強風化泥巖，可采用簡化的Bishop 法進行邊坡穩定性分析。

1）危險潛在滑動面的確定。根據地勘報告及類似工程實踐經驗的定性分析和理正巖土定量分析確定該邊坡按2個潛在滑動面控制設計（見圖3），但潛在滑動面1 相對潛在滑動面2 為局部穩定性，只需通過潛在滑動面2 進行控制設計，然后對局部潛在滑動面1 進行復核即可。

2）剩余下滑力的確定及分配。經計算，給定剩余下滑力計算安全系數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：根據剩余下滑力計算結果，考慮預應力錨索沿滑面施加的抗滑力以及垂直滑面產生的法向阻滑力（只做安全儲備，不參與計算），可計算所需預應力錨索單寬設計錨固力，根據單寬錨固力，可設計錨索的水平間隔及錨索排數及單根錨索的設計錨固力。

圖3 潛在滑動面示意圖

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算安全系數1.1（暴雨工況）計算所得，與下部臨時邊坡設計安全系數：K=1.05 不一致，但考慮到下部支擋結構參與整體邊坡穩定性分析，應采用永久邊坡安全系數為1.1 時計算出的剩余下滑力。

本次設計，取錨索承擔整個邊坡分配給錨索樁剩余下滑力的15%～25%進行試算、抗滑樁承擔分配給錨索樁剩余下滑力的85%～75%進行試算。

3）具體加固措施的確定（見圖4）。依據穩定性計算和剩余下滑力計算結果具體措施如下：（1）對ZK65+050～ZK65+100左側頂部不穩定填土全部清除，并進行掛CF 網植草防護。（2）在第一級15m 直立邊坡設置錨索樁，樁長29.0m 布設間距6.0m，截面2.0m×3.0m，樁頂設2 孔6 束錨索。樁間通過掛網噴混防護。（3）在較陡的第二級邊坡設置錨桿框架梁。框架網格尺寸為2.5m×2.5m，錨桿現澆框架截面尺寸為40cm×40cm，錨桿長12m，為全長黏結式。（4）在第三、四級邊坡上設置預應力錨索框架。豎肋、橫梁的橫斷面為（寬）50cm×（高）50cm，肋與梁節點處設置預應力錨索。單根錨索設計錨固力為450～600kN，錨固長度10m。（5）一般坡面防護：對各級邊坡框架內均采用掛CF 網植草綠化防護。

圖4 高邊坡處治平面圖

4）對局部潛在滑動面1 進行校核。對潛在滑動面1 進行校核：經理正巖土計算，加固后，各工況下的安全系數滿足各種設計工況下的設計安全系數。

4 加固后邊坡建成情況

該邊坡采用錨索框架梁結合錨索抗滑樁加固施工已完成，根據現場調查及監測，邊坡穩定、安全，邊坡加固確保了坡頂村莊建筑物的安全。

5 結語

1）考慮到受力協調，對于抗滑樁與錨桿（索）錨固工程聯合加固邊坡應遵循以下設計原則：一般情況下，普通抗滑樁與錨桿這種全黏接的被動受力錨固工程組合；錨索抗滑樁則應與預應力錨索這種主動受力的錨固工程組合。

2）錨桿（索）框架梁和錨索抗滑樁的設計計算采用先整體后局部的步驟，先對邊坡進行整體穩定性分析，計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行分配，接著各結構再根據分配的剩余下滑力進行結構設計，最后再校核加固后的局部穩定性。

3）根據實際工程的加固效果來看，錨桿（索）框架梁和錨索抗滑樁聯合加固技術，有效控制邊坡變形，減少了公路占地，節約了工程空間，值得在類似復雜高邊坡加固中推廣運用。