錨碇板在高填方邊坡有限空間支護的應用研究

魏海濤 穆偉剛 陳 曦

(中航勘察設計研究院有限公司，北京 100098)

近年來，我國城市建設事業發展迅速，為了節約成本、保護土地資源，建設場地逐漸由平原地區轉向山區，但山區地形地質條件復雜，可建設利用的平面空間極為有限，常出現大量的填方邊坡。

高填方邊坡回填高度、填方量大，采用單純的懸臂抗滑樁進行支護，由于土壓力大、樁身彎矩大、嵌固深度深，導致樁身截面面積大，材料浪費嚴重。因此錨拉樁支護成為高邊坡的一個重要選項。由于普通錨桿(索)在填土中存在施工困難，施工質量不易控制、蠕變和耐久性差的特點，因此可以借鑒鐵路支擋工程的做法，在回填土中預埋錨碇板提供抗力，也能有效降低樁身截面面積[1，2]，為此文章整理了錨碇板容許抗拔力的計算方法，并通過數值分析方法研究了錨碇板尺寸、埋置深度與容許抗力的關系及錨碇板周圍土體破壞形式，通過理論計算與數值分析相結合的方法完成了東龍門溝河道邊坡支護設計。

1 工程概況

門頭溝區石泉地塊東龍門溝河道治理，與相鄰建設場地形成邊坡高差近15 m，邊坡安全等級為一級，邊坡類型為挖方與填方組合形式，支護長度245 m，如圖1所示。

1.1 工程地質及水文地質條件

1.1.1工程地質條件

本工程場地范圍地層情況如下：1)雜填土①層：雜色，稍濕，松散～稍密，主要以煤矸石、碎磚塊和灰渣等為主。2)一般第四紀坡洪積層：碎石②層：中密，一般粒徑2 cm～4 cm，最大粒徑16 cm，碎石含量約60%～70%，粘性土充填。粘質粉土②1層：可塑～硬塑，含少量碎石、角礫。3)侏羅紀窯坡組：強風化粉砂巖③層，粉砂狀結構，泥質膠結，具有水平層理，呈碎屑狀或碎塊狀，裂隙發育。中風化粉砂巖④層，粉砂狀結構，泥質膠結，具有水平層理，巖芯較破碎。

1.1.2水文地質條件

場區內溝渠較多，有利于大氣降水的排泄，水文地質條件較簡單。勘察鉆探深度(22 m)范圍內未見地下水，根據區域資料，擬建場區的基巖裂隙水位埋深大于50 m。

1.1.3抗震設防烈度及地震影響基本參數

判定擬建場區的抗震設防烈度為8度，設計基本地震加速度值為0.20g。

1.2 邊坡支護設計方案

綜合考慮東龍門溝邊坡現場地形地貌、工程地質條件，已建及擬建構筑物沉降變形要求及數值分析結果，經過方案比選，東龍門溝邊坡底部挖方區采用板式樁錨擋墻，上部填方按坡比1∶1.5～1∶2回填，坡面鋪六棱磚護面，磚內裝種植土綠化，局部填方段錨桿無法施工時，預埋錨碇板，錨碇板埋置深度3 m～4.5 m，拉桿采用無粘結鋼絞線，長度12 m，錨碇板與無粘結鋼絞線連接采用單孔擠壓錨固端固定，經過計算錨碇板容許抗拔力需大于140 kN，整體穩定及變形滿足相關規范要求。典型剖面設計方案詳見圖1。錨碇板尺寸參數需進行專項設計。

2 錨碇板容許抗拔力計算

2.1 錨碇板錨固原理

錨碇板受拉桿牽動向前發生位移時，錨碇板前方土體受壓縮，提供抗力維持錨碇板的穩定。

2.2 錨碇板容許抗拔力計算方法

影響錨碇板抗拔力因素主要有錨碇板尺寸、錨碇板埋置深度、填土的力學特性及墻面系的變形情況，目前結合室內試驗及現場實際經驗，錨碇板抗拔力計算方法有三種[3,4]，具體詳見表1。

表1 錨碇板容許抗拔力計算方法

3 錨碇板受力數值分析

為了比對經驗計算結果，采用數值分析的方法對不同錨碇板尺寸和埋置深度的影響進行分析。

3.1 模型建立及參數

模擬模型長度30 m，寬度2 m，高度10 m，斜坡自然坡比1∶1.5，斜坡坡高分別為3 m和4 m，斜坡底部土體開挖深度1.5 m，坡底預留1 m寬的平臺，模型分析按照錨碇板寬×高×厚=0.5×0.5×0.5，1.0×1.0×0.5，1.5×1.5×0.5三種幾何尺寸，埋深3.0 m,3.5 m,4.0 m，4.5 m進行比較。模型共計34 432個單元，網格劃分見圖2。

由于本工程填料來源為粉質粘土、粘質粉土。計算參數均按照壓實粉質粘土、粘質粉土考慮。壓實素填土、粘土粉土老土層分別按照粘聚力20 kPa，25 kPa、內摩擦角15°,18°計算。

錨碇板外側支點采用剛性襯砌單元模擬，錨索采用無粘結鋼絞線，全長自由段，錨索端頭采用錨索結構單元節點與襯砌(Liner)單元節點剛性連接，錨碇板與錨索為剛性連接。

3.2 模擬模型結果分析

3.2.1錨碇板周圍土體破壞機理模擬結果分析

當施加荷載時，錨碇板前方土體受壓縮產生抗力，隨著荷載的增加，錨碇板前方土體塑性破壞范圍逐漸擴大，塑性區呈喇叭形狀，當超過土體抗剪切強度時，周圍土體受剪破壞，破壞形狀呈圓柱狀，具體如圖3所示。

3.2.2位移荷載關系

位移荷載關系如圖4～圖7所示。當錨碇板埋置深度相同時，錨碇板承受縱向土壓力面積越大，位移荷載遞增速率越小，當埋置深度d=3 m～3.5 m時，位移荷載遞增速率受錨碇板尺寸影響較大，當埋置深度為d=4 m～4.5 m時，位移荷載遞增速率受錨碇板尺寸影響較小。

為了減小錨碇板尺寸的影響，并考慮景觀的需求，錨碇板埋深按照4.0 m設計。

3.3 錨碇板計算選定

根據表2的計算結果及1.2節的要求，本工程錨碇板選用尺寸1.0 m×1.0 m×0.5 m規格。

表2 錨碇板容許抗拔力計算值(埋深4 m)

4 結語

1)錨碇板結合排樁、擋土板等組合支護結構，能夠有效的支護造價，在類似的填方、半挖半填邊坡中有一定的應用前景。

2)從位移荷載關系曲線可知，在錨碇板尺寸、埋置深度固定前提下，錨碇板位移與荷載呈非線性遞增的關系。大于一定埋深，錨碇板尺寸對位移荷載遞增速率影響較小。