錨桿掛網在黑山南北高速公路復理石邊坡防護中的應用

周家文，余建榮

(中交第一公路勘察設計研究院有限公司，陜西 西安 710075)

國內路基邊坡除坡率較緩，可以直接采用植草防護外，其它邊坡多采用混凝土骨架防護，防護使用效果較好。但是對于環保景觀要求較高的國家，規范標準不允許將大量混凝土應用于路基邊坡防護中。但作為公路建設項目，征地費用較高，為了減少占地，邊坡不可能無條件放緩到穩定狀態，因而防護措施不可或缺。作為混凝土骨架防護的替代措施，在黑山南北高速項目路基邊坡防護中大量采用了錨桿+掛網的防護形式，該種防護措可以極大減少圬工使用量，經后期噴薄植草后景觀綠化效果較好，環境效益較高。鄭三省，張自康，易亞平等研究了錨桿掛網噴混凝土、錨桿掛網噴播植草在邊坡防護中的應用[2-4]，羅雪貴，武富強，楊嘉凱等研究了預應力錨索+系統掛網錨桿在人工高邊坡支護中的應用[5]。結合黑山南北高速在建項目分析錨桿掛網的防護效果及施工過程中應注意的問題。

1 工程概況

黑山南北高速公路是中國—中東歐合作的具體實踐，是“一帶一路”倡議落地的重要項目，其中Smokovac-Matesevo段先行實施，路線長度約41 km。黑山南北高速公路Smokovac-Matesevo段共分為4個標段，一二標為灰巖區，三四標為復理石地層，巖性主要為砂泥巖互層、泥灰巖等，以某一段復理石邊坡的防護為例進行闡述。

黑山南北高速公路RK29+630～RK29+695段右幅右側為兩級路塹邊坡，邊坡上部為殘積覆蓋層，厚度約2 m，其下為砂巖，頁巖互層。第一級邊坡坡率3∶2(6 m)，第二級坡率1∶1，一坡到頂。均采用錨桿+掛網防護，錨桿6 m長SN25錨桿，2×2梅花形布置，錨桿設計指標規格見表1、表2，掛網為雙層鍍鋅網，第一層為八邊形鋼絲網(80 mm×100 mm，鋼絲直徑3 mm)，第二層為正方形鋼絲繩(200 mm×200 mm，鋼絲繩直徑8 mm)。

表1 SN25錨桿規格

表2 錨桿設計指標

2 穩定性分析

采用PLAXIS軟件進行計算分析，PLAXIS軟件是一個專門用于各種巖土工程問題中變形和穩定性分析的二維有限元計算程序。可以用該軟件分析邊坡分階段開挖的邊坡穩定性，其是基于巖土參數的折減直到邊坡土體發生破壞。安全系數定義為巖土的強度參數值與達到極限狀態時強度參數值的比值，計算如下

為簡化分析，以下計算均是在施加暴雨及地震荷載之后進行的，暴雨工況下P(殘積覆蓋層)，F(泥灰土、粘土石)層巖土參數內摩擦角和粘聚力均按正常工況下80%考慮。正常工況下各層巖土參數值見表3，計算地質斷面圖如圖1所示。

表3 巖土參數值

2.1 開挖階段一的邊坡穩定安全系數

第一級邊坡開挖后未施加任何防護時安全系數及總位移云圖如圖1所示，安全系數為1.105，小于歐標要求的暴雨地震工況下安全系數大于1.15的要求，因而需要對邊坡采取防護措施，從位移云圖可以看出第一級邊坡開挖后最危險區域為坡頂位置。

圖1 第一級邊坡開挖安全系數及位移云圖(未施加防護)

對第一級邊坡施加錨桿+掛網防護后，安全系數及總位移云圖如圖2所示，安全系數為1.731，滿足歐標要求的暴雨地震工況下安全系數大于1.15的要求，安全系數較未施加防護時提高56.7%。從位移云圖可以看出施加防護后邊坡最危險區域仍為坡頂，但邊坡滑裂面明顯下移，可見錨桿對邊坡穩定起到了顯著的作用。

圖2 第一級邊坡開挖安全系數及位移云圖(施加錨桿掛網防護)

2.2 開挖階段二的邊坡穩定安全系數

第二級邊坡開挖后，僅對上級邊坡施加錨桿防護，下面一級邊坡未施加任何防護時安全系數及總位移云圖如圖3所示，安全系數為1.211，從位移云圖可以看出兩級邊坡開挖后僅對上級邊坡施加錨桿防護，邊坡最危險滑裂面會通過下級邊坡坡面。

圖3 第二級邊坡開挖安全系數及位移云圖(未施加防護)

第二級邊坡開挖后，對兩級邊坡均施加錨桿防護，安全系數及總位移云圖如圖4所示，安全系數為1.347，較下級邊坡未施加防護時提高11.2%，從位移云圖可以看出兩級邊坡均施加錨桿掛網防護后，邊坡最危險滑裂面向土體內部移動。

圖4 第二級邊坡開挖安全系數及位移云圖(施加錨桿掛網防護)

通過PLAXIS建模分析結果可知，用錨桿+掛網作為邊坡防護措施提高邊坡的穩定性是有效的，可以作為路塹邊坡防護措施使用。

3 施工工藝及質量控制要點

正式施工前，為了獲得足夠的強度和施工和易性，現場需要進行試驗確定水泥砂漿的最佳配合比。水泥砂漿注漿強度要求：3 d強度，8 MPa；28 d強度，20 MPa。

取全部錨桿數量的5%進行抗拔測試，錨桿系統抗拔測試需要使用ISRM認可的方法，確保錨桿體系的抗拔強度大于設計抗拉強度。

根據設計的錨桿長度進行鉆孔，孔徑比錨桿直徑大10 mm，鉆孔深度、位置偏差滿足規范EN 1537：2013要求，實際鉆孔深度比設計孔深大0.2 m，孔位誤差不得超過±7.5 cm，軸線偏差不超過2°[6]。

鉆孔結束后用空氣壓縮機清除鉆孔內沉淀物、殘渣。然后用注漿管從鉆孔底部向上注滿水泥砂漿，在鉆孔注漿過程中注漿管應保持埋入砂漿中以排出鉆孔內空氣。

注漿結束后立即將SN25錨桿插入鉆孔內。

鍍鋅鋼絲網鋪設與固定：注漿結束7 d后在坡面上鋪上鋼絲網，鋼絲網緊貼坡面，邊坡頂部用Φ14鋼釬固定鐵絲網，底部懸掛混凝土圓柱塊作為壓重固定鋼絲網。坡面上利用錨桿墊板和螺栓將鋼絲網與錨桿連成一體共同受力。

4 問題分析

(1)錨桿掛網施工后未及時跟進植草綠化，由于邊坡多為復理石地層，結構裂隙發育，在風化作用和降雨作用下，容易發生掉塊、碎落現象，造成局部區域錨桿與邊坡脫空，出現淺表層不穩定的問題，造成防護網無法與邊坡表面很好耦合，長期效應下，防護網會出現大肚鼓包現象，錨桿錨頭會出現脫空現象，失去了應有的防護效能。

(2)錨桿掛網防護在邊坡防護施工過程中常見的另外一種問題是局部楔形體下滑。該兩處邊坡最下面一級邊坡均設計為重力式擋墻，上面邊坡均為錨桿掛網防護，發生楔形體下滑主要原因為邊坡開挖后長時間放置，沒有及時施做重力式擋墻，邊坡局部楔形體區域下部失去支撐，進而造成下滑。

針對以上問題可通過如下措施解決：(1)施加錨桿掛網防護后及時進行植草綠化，嚴格控施工工序，避免復理石邊坡長時間暴露；(2)選用空隙更小的防護網；(3)下級邊坡開挖后避免長時間放置，及時施做下級邊坡防護。

5 結 語

通過PLAXIS軟件分析錨桿掛網防護前后邊坡的穩定性可知，將錨桿掛網用于復理石地區路塹邊坡防護是可行的，整體穩定性沒有問題。但施工過程中如果工序控制不當，可能會造成邊坡局部區域錨桿與邊坡脫空，防護效果減弱，或者局部楔形體下滑的現象，為了更好地發揮錨桿掛網的防護優勢，需要從施工工序上進行嚴格控制，合理安排施工作業。