公路高陡邊坡錨桿錨固穩定性提升方法

摘要 為探究公路路塹邊坡的穩定性，文章提出了錨桿錨固方案，采用Geo-studio數值模擬軟件對比錨固前后的邊坡穩定性。結果表明：未進行錨固的原始邊坡最小安全系數為1.034，屬于欠穩定狀態；經過錨桿錨固后的邊坡最小安全系數達到1.268，邊坡達到穩定狀態；有效滑弧主要經過中風化和強風化凝灰巖核部，將坡面下滑力和剪切力均集中于錨桿上，說明錨桿起到了較好的錨固作用。

關鍵詞 高陡邊坡；錨桿加固；安全系數；Geo-studio

中圖分類號 U416 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）16-0046-03

0 引言

在道橋工程施工過程中，因路線設計的規劃要求，需進行填挖方處理[1]。在挖方過程中，形成的路塹邊坡由于本身巖性的不同，可能會對公路的安全運營造成一定隱患[2-3]。為此，工程人員在進行地質勘探后，會對邊坡進行削坡、植草、骨架甚至是打錨桿[4]的方式，以增加邊坡的穩定性。

隨著計算機仿真技術的發展，出現了眾多可以模擬現場工程概況的計算軟件，如Geo-studio、FLAC3D、plaxis等。許多工程技術人員和科研工作者，利用這些軟件解決了眾多工程問題。其中，Geo-studio由于簡潔明了的工作界面、強大且高效的計算功能，得到了廣泛應用。張良建等[5]采用Geo-studio軟件模擬了復雜地質危巖體邊坡的穩定性；陳實等[6]研究了降雨條件下錨桿對邊坡穩定性的改良作用；張敏等[7]計算了在正常工況和非正常工況下庫區型棄渣場的穩定性，為棄渣場安全設計提供了依據；陳志仙和王志人[8]研究了坡率、錨桿間距和錨固位置對邊坡穩定性的影響，得到了最優的錨桿間距和錨固角度。

該文以公路高陡邊坡為背景，采用Geo-studio數值模擬軟件分析了錨桿錨固后的邊坡安全系數和滑弧的分布變化情況。

1 工程概況

某公路旁存在一高陡邊坡，經過地質勘探鉆孔取樣分析可知，該邊坡共分為4層：覆蓋層為粉砂土（含較大顆粒碎石）、強風化凝灰巖、中風化凝灰巖，底層為未風化或弱風化凝灰巖，見圖1所示。通過室內試驗得到邊坡鉆孔樣品的基本物理性質，見表1所示。為保證邊坡的穩定性，防止滑坡造成后期損失，提出錨桿錨固的處理方式。

2 模型建立及參數選擇

2.1 模型建立

邊坡高約28 m，底部至公路邊沿處約40 m，含碎石的粉砂土層兩頭較厚約4 m，中間較薄為2 m，平均厚度約2.8 m。在弱風化凝灰巖地層和覆蓋層中間為成“核”狀的中風化和強風化凝灰巖，中風化凝灰巖層平均厚度為2.3 m，強風化層平均厚度為1.4 m。在Geo-studio巖土分析軟件中建立該公路邊坡的二維平面模型，見圖2所示。網格劃分采用三角形和四邊形，網格尺寸為1 m，共劃分645個單元，697個節點，設置材料強度準則為mohr-coulomb準則。

《滑坡防治工程勘察規范》（GB/T 32864—2016）將滑坡的穩定性狀態，根據Fs穩定系數分為不穩定（Fslt;1.00）、欠穩定（1.00≤Fslt;1.05）、基本穩定（1.05≤Fslt;1.15）、穩定（Fs≥1.15）四種狀態。

2.2 錨桿設置

在粉砂土覆蓋層下還有中風化和強風化的凝灰巖，極易造成該邊坡失穩甚至滑坡的發生，為此，提出錨桿錨護的穩定性方案。將錨桿沿坡面垂直打入巖層內部，使得錨桿頂端穿過破碎凝灰巖層后，插入弱風化凝灰巖巖層0.8～1.2 m，錨桿總長約10 m，具體見圖3所示。由于Geo-stuidio軟件為二維軟件，圖3為截取典型斷面后的垂直巖層走向的錨桿分布示意圖，錨桿間距為2 m，沿坡面布置。在現場施工中，沿巖層走向每隔2 m布置錨桿，形成網狀錨桿的錨固結構。所選錨桿為直徑32 mm的注漿中空自鉆式錨桿，表2為所選錨桿的基本物理力學參數。

3 計算結果分析與討論

3.1 未設置錨桿的邊坡穩定性

圖4（a）為未設置錨桿錨固時的原邊坡最小安全系數及滑移面分布情況，從圖中可以看出，原始邊坡在未加錨桿錨固時的最小安全系數為1.034，屬于欠穩定狀態，最小安全系數滑弧從含碎石粉砂土頂部至粉砂土層底部，滑帶穿過強風化和中風化凝灰巖層。

圖4（b）為該邊坡所有滑弧的分布情況，安全系數范圍為1.034～1.934，其中，欠穩定狀態和基本穩定狀態的滑弧范圍在中風化和強風化凝灰巖層內部，有效滑弧在粉砂土與弱風化凝灰巖交界的坡頂和坡角處。

3.2 設置錨桿的邊坡穩定性

圖5為經過錨桿錨固后的邊坡最小安全系數和滑弧分布情況。從圖中可以看出，邊坡經過錨桿錨固后，最小安全系數達到1.268，邊坡處于穩定狀態。相比于未設置錨桿的情況，邊坡有效滑弧（包括最小安全系數滑弧和較大安全系數滑弧）多靠近中風化和強風化凝灰巖層處，將邊坡不同層位間的下滑力集中于錨桿之間，說明邊坡坡面的錨桿設置起到了良好的錨固作用。

4 結論

某公路邊坡由于巖體情況復雜，在進行地質鉆探后得到：在粉砂土覆蓋層與弱風化凝灰巖層中間存在中風化和強風化凝灰巖核部。為安全起見，利用Geo-stuidio軟件進行邊坡穩定性模擬，并根據現場情況提出了沿坡面布置錨桿進行坡面錨固，以及削坡處理的兩種穩定性方案。具體結論如下：

原始邊坡安全系數較小，最小安全系數為1.034，分布于覆蓋粉砂土層和弱風化凝灰巖交界處。邊坡屬欠穩定狀態，為避免工程施工和降雨的擾動，向坡體內部打入注漿錨桿。經過錨桿錨固后的邊坡，最小安全系數達到1.268。通過對比可知，經過錨桿錨固后的邊坡，有效滑弧集中在中風化和強風化凝灰巖核部周圍，說明錨桿起到了較好的錨固作用。

該文主要討論了錨桿錨固方案的邊坡穩定性，但考慮特殊的地理位置，在后續工作中，還需討論降雨對邊坡穩定性的影響。

參考文獻

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[3]王先龍.關于鐵路路塹邊坡區域地質災害防治的思考[J].鐵道標準設計，2016（7）：47-51.

[4]耿欣宗，駱發江，李鵬，等.土釘墻加錨桿護坡樁復合支護技術的應用[J].施工技術，2015（S1）：21-24.

[5]張良建，盧丙清，徐佩華，等.基于GEO-Slope方法的危巖體邊坡穩定性研究[J].地下空間與工程學報，2010（S2）：1587-1590.

[6]陳實，楊榮煥，楊紹昆.基于Geo-Studio降雨條件下錨桿對邊坡穩定性影響[J].中國水運（下半月），2023（9）：152-154.

[7]張敏，李紅星，劉媛，等.某庫區型棄渣場邊坡穩定性計算與分析[J].陜西水利，2023（6）：106-109.

[8]陳志仙，王志人.基于GeoStudio的路塹高邊坡錨桿支護優化設計與實踐[J].水利與建筑工程學報，2022（4）：220-226.