受限用地高邊坡肋板錨索擋墻設計與施工技術研究

周聰

（中鐵十一局集團第六工程有限公司，湖北襄陽 441003）

1 引言

在城市軌道交通場段建設中，受限用地高邊坡的支護非常重要，能否選擇合理可靠的支護方案和施工方法，將直接影響工程建設的質量、安全和效益[1-2]。本文介紹的某工程受限用地高邊坡肋板錨索擋墻設計與施工技術，具有一定的代表性，可供同類工程參考借鑒。

2 地質情況

該工程基巖以花崗斑巖巖株及粗粒花崗巖為主，煌斑巖呈脈狀穿插其間，局部發育構造破碎帶。沿線基巖以粗粒花崗巖為主，并見有后期侵入的煌斑巖、花崗斑巖巖脈；局部由于受構造影響見有塊狀碎裂巖。

根據邊坡坡面出露情況，該巖體完整性指數Kv一般小于0.2，該層巖體為破碎~極破碎的軟巖，巖體基本質量等級Ⅴ級。

3 受限用地高邊坡支擋設計及分析

3.1 設計方案

靠山一側為挖方高邊坡，為了減少開挖量，節約用地，采用1∶0.25的板肋式錨索擋土墻。設計參數：內摩擦角φ=42°~55°，土體重度γ=23~25 kN/m3，巖石與錨固體黏結強度τ=220~500 kPa。

3.2 結構驗算

3.2.1 側向土壓力計算

1）變形破壞模式

挖方邊坡高度為20~45 m的花崗巖巖質邊坡，局部有碎裂巖，邊坡開挖后可能發生沿巖層中產生滑裂面破壞。內摩擦角采用巖體等效內摩擦角，破裂角根據計算確定。

2）邊坡側向支護結構側向巖土壓力計算

平面滑裂時主動土壓力計算：

式（1）~式（5）中，Eak為主動土壓力標準值，kN/m；Ka為主動土壓力系數；H為擋墻高度，m；γ為土體重度，kN/m3；φ為土的內摩擦角，（°）；c為土的黏聚力，kPa；q為地表均布荷載標準值，kPa；δ為土對擋墻墻背的摩擦角，（°）；α為支擋結構墻背與水平面的夾角，（°）；β為填土表面與水平面的夾角，（°），Kq和η為計算系數，由式（4）和（5）求得。

3）計算參數

邊坡支護工程設計參數依據勘察報告選取。

4）側向巖土壓力計算結果

代表斷面為GK0+520，一、二級邊坡坡率1∶0.25，每級15 m；三級及以上邊坡每級10~15 m，邊坡坡率1∶1，墻后填土土層數為2層。采用庫侖土壓力對代表斷面巖土側壓力進行計算，計算結果如下。

（1）GK0+520斷面上階邊坡

1#土層厚度9.0 m，重度23.0 kN/m3，內摩擦角42.0°，黏聚力0 kPa。

2#土層厚度50.0 m，重度25.0 kN/m3，內摩擦角48.0°，黏聚力0 kPa。

坡面線段數：3。

1#平面折線水平投影長4.25 m，豎直投影長0 m，換算土柱數0。

2#平面折線水平投影長10.00 m，豎直投影長10.00 m，換算土柱數0。

3#平面折線水平投影長60.00 m，豎直投影長16.00 m，換算土柱數0。

無荷載的情況土壓力計算，計算高度為15.00 m處的庫侖主動土壓力，第1破裂角：25.451°。

Ea=330.211 kN，Ex=305.537 kN，Ey=125.244 kN，作用點高度Zy=5.332 m。

式中，Ea為水平巖土壓力合力，kN；Ex為水平方向巖土壓力，kN；Ey為豎直方向巖土壓力，kN。

（2）GK0+520斷面下階邊坡

1#土層厚度9.0 m，重度23.0 kN/m3，內摩擦角45.0°，黏聚力0 kPa。

2#土層厚度50.0 m，重度25.0 kN/m3，內摩擦角55.0°，黏聚力0 kPa。

坡面線段數：5。

1#平面折線水平投影長5.25 m，豎直投影長0 m，換算土柱數0。

2#平面折線水平投影長3.75 m，豎直投影長15.00 m，換算土柱數0。

3#平面折線水平投影長2.00 m，豎直投影長0 m，換算土柱數0。

4#平面折線水平投影長10.00 m，豎直投影長10.00 m，換算土柱數0。

5#平面折線水平投影長30.00 m，豎直投影長8.00 m，換算土柱數0。

無荷載情況的土壓力計算，計算高度為15.00 m處的庫侖主動土壓力，第1破裂角：21.422°。

Ea=599.889 kN，Ex=546.787 kN，Ey=246.762 kN，作用點高度Zy=7.046 m。

5）錨索擋土墻側向土壓力修正及分布

（1）土壓力修正

式中，E′ab為側向巖土壓力合力水平分力修正值，kN；Eah為側向主動巖土壓力合力水平分力設計值，kN；β2為錨索擋墻側向巖土壓力修正系數，取1.0。

（2）側壓力分布

對于巖質邊坡堅硬、硬塑狀黏土和密實、中密砂土類邊坡，當采用逆作法施工的、柔性結構的多層錨索擋墻時，側壓力分布可近似按式（7）計算：

式中，ehk為側向巖土壓力水平分力標準值，kN/m2；Ehk為側向巖土壓力合力水平分力標準值，kN/m。

3.2.2 彎剪力計算

根據最不利巖土側壓力組合，求得巖土側壓力合力，再乘以側向巖土壓力修正系數，得到側向巖土壓力修正值。采用連續梁計算得錨索的約束力的水平拉力標準值Htk。GK0+520斷面錨索計算結果單根錨索水平拉力標準值分別為：上階265.6 kN，下階473.2 kN，彎矩和剪力如圖1、圖2所示。

圖1 彎矩圖（單位：kN·m）

圖2 剪力圖（單位：kN）

根據邊坡高度、荷載值，參考GB 50330—2013《建筑邊坡工程技術規范》[3]附錄D錨桿選型規定，確定本工程錨索的技術參數。

二級至一級邊坡的單孔需承受的拉拔力為216~474 kN，采用極限抗拉強度不小于1 860 MPa、伸長率≤3.5%的高強度、低松弛預應力鋼絞線，每孔錨索均用5束7φ15.2 mm鋼絞線，錨固深度控制在13~15 m，具體使用要求參考GB/T 5224—2014《預應力混凝土用鋼絞線》[4]的規定。

4 受限用地高邊坡支擋施工技術

4.1 施工工藝流程和質量標準

根據邊坡結構受力計算結果，為實現節約工期與保護用地的目標，針對關鍵施工工序提出了分級方案如下：（1）坡面、坡度控制：破碎錘修鑿和光面爆破加機械修鑿；（2）造孔方式：固定式和自行式；（3）錨固段注漿：水泥類注漿材料和水泥加膨脹劑類材料。

通過對分級方案進行試驗比選，采用光面爆破開挖機械修整、自行式履帶鉆機造孔、水泥加膨脹劑類材料注漿的“板肋式錨索擋土墻”可用于本工程。

4.2 施工要求和技術條件

4.2.1 施工要求

在邊坡開挖前做好坡頂截水溝和防滲工作，并將表土植被清理干凈。石方爆破應以靜態爆破或靜態破碎為主。在接近設計坡面1 m范圍以內采用人工配合機械開挖，以保護邊坡穩定和整齊。

4.2.2 技術條件

邊坡施工原則：“分級開挖，分級防護”，自上而下，開挖一級，支護一級，逐級開挖支護，嚴禁先開挖后防護。施工開挖過程中隨時對邊坡（滑坡）穩定性進行施工監測，發現實際地質情況有異常變化時，立即通報有關部門。

4.3 施工質量控制要點

4.3.1 坡面控制

（1）按照施工方案，對技術人員和施工作業人員進行技術交底，明確施工作業參數。（2）實施過程中，進行過程管控。先用GPS確定邊線。（3）自上而下，分級開挖支護。采用預裂爆破結合城鎮淺孔光面控制爆破。（4）爆破后在渣土清運前，利用平臺面，安排反鏟挖機迅速修正坡面，鑿溝挖槽。

4.3.2 鉆孔深度和傾角控制

1）孔徑150 mm，孔深為錨索長度（不含外露長度）+0.5 m，鉆孔方向與水平面呈20°夾角，傾斜度不應大于2%[5]。

2）鉆孔施工完成后進行清孔，清除孔底沉渣、積水和泥漿，并將錨孔口封堵。

4.3.3 錨索束編制

原材料送檢合格后使用，錨索按每級坡要求的長度下料及編索：（1）每孔錨索5束7φ15.2 mm鋼絞線，錨索長10~13 m，自由段5 m（每束套φ22 mm塑料管），錨固段5~7 m，外露1.5 m；（2）控制下料長度及每2 m安裝一套擴張環。

4.3.4 錨固段注漿控制

錨固注漿屬于高邊坡支護工程的特殊工序的關鍵環節，需專人旁站。

（1）購買合格材料；（2）下索后立即采用孔底注漿法對錨固段注漿，注漿材料采用M35水泥砂漿，摻入適量的膨脹劑和減水劑；（3）4~6 h（強度約5 MPa）進行自由端二次劈裂補漿，注漿壓力0.6~0.8 MPa，流速控制在120~180 s；（4）注漿過程中嚴格控制注漿量，并做好注漿記錄。

5 結語

綜上所述，采用錨索肋板墻施工技術在保障工程質量和安全的前提下可以節約用地，減少取土、棄土，利于環保，縮短工期及降低投資。本項目減少用地2 000 m2，節省工期2個月，使施工成本顯著降低。通過工程實踐，為地鐵車輛段板肋式錨索擋土墻施工技術的完善及推廣運用提供借鑒。