李鳳嶺

（山西省交通科學(xué)研究院，山西 太原 030006）

在山嶺區(qū)進(jìn)行大規(guī)?；A(chǔ)設(shè)施建設(shè)時(shí)，存在許多高填深挖工程，不可避免地會(huì)出現(xiàn)高陡邊坡失穩(wěn)的現(xiàn)象。為了確保此類邊坡的穩(wěn)定，需要施加更強(qiáng)的加固措施。

預(yù)應(yīng)力錨索格構(gòu)加固既可以確保淺層土體在坡面的穩(wěn)定度，也可對(duì)深層巖土體進(jìn)行有效加固。而且此類加固防護(hù)型式由于結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，施工安全，對(duì)坡體擾動(dòng)小，對(duì)附近建筑物影響小等諸多優(yōu)點(diǎn)多年來(lái)得到普遍應(yīng)用。

1 項(xiàng)目背景

本項(xiàng)目地處黃土溝梁區(qū)，建筑場(chǎng)地為填挖結(jié)合段，場(chǎng)地西側(cè)為挖方邊坡，坡高20～40 m。邊坡坡率采用1∶0.75，沿高度方向每8 m分為一級(jí)并設(shè)置2 m寬平臺(tái)。當(dāng)邊坡高度大于32 m時(shí)，沿高度方向每隔16 m平臺(tái)寬由2 m變?yōu)? m。

此段邊坡在開挖還未成型時(shí)，就已經(jīng)出現(xiàn)了局部坍塌，坡面土層剝落，并且在坡面及坡頂5～10 m處出現(xiàn)了多條2～10 cm寬度不等的縱向裂縫。

2 地質(zhì)情況

2.1 地層巖性

邊坡自上而下地層依次為：

a）新近黃土 一般為坡積土和人工填土。

b）上更新統(tǒng)馬蘭組Q3m褐黃色粉土、粉質(zhì)黏土，土質(zhì)純凈，滲透性強(qiáng)，立壁狀構(gòu)造發(fā)育，為褐黃色粉土，富含白色鈣質(zhì)菌絲，含零星小鈣質(zhì)結(jié)核，豎向節(jié)理發(fā)育，具大孔隙和直立性。

c）基巖 砂巖層，結(jié)構(gòu)部分破壞，沿節(jié)理面有次生礦物，裂隙發(fā)育，層間結(jié)合一般。

2.2 地震

項(xiàng)目區(qū)內(nèi)的動(dòng)峰值加速度值為0.05g，相應(yīng)的地震烈度為Ⅵ度，地震動(dòng)反應(yīng)頻譜特征周期0.45 s，構(gòu)造相對(duì)穩(wěn)定。

2.3 水文地質(zhì)條件

坡體內(nèi)基本無(wú)地下水，大氣降水是坡體含水量的主要來(lái)源，另外斜坡中上部裂縫及溝渠水滲漏也是斜坡內(nèi)含水量增高的一個(gè)重要原因。

3 邊坡穩(wěn)定性分析

坡體周圍為松填土，最厚處達(dá)15 m,土體松弛，容易滑動(dòng)，坡面較為破碎。坡體由于風(fēng)蝕、降雨、施工條件等諸多因素影響，已經(jīng)出現(xiàn)局部滑塌、松散剝落，并且坡體及破口處均出現(xiàn)了寬度不一的多條裂縫，邊坡整體穩(wěn)定性較差，已經(jīng)初具邊坡整體失穩(wěn)的征兆，必須予以及時(shí)處置。

由于坡腳處場(chǎng)地附近有建筑物分布，為確保邊坡不發(fā)生滑塌甚至是整體失穩(wěn)的危險(xiǎn)狀況出現(xiàn)，相關(guān)專家經(jīng)過(guò)實(shí)地查勘并結(jié)合地質(zhì)資料針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況提出了局部卸荷修坡，危險(xiǎn)地段采用預(yù)應(yīng)力錨索格構(gòu)加固進(jìn)行防護(hù)的處置方案。

4 邊坡加固防護(hù)工程設(shè)計(jì)

4.1 格構(gòu)加固設(shè)計(jì)

在本次設(shè)計(jì)中，格構(gòu)加固采用矩形框架梁型式，框架的設(shè)計(jì)計(jì)算理論上以三維空間受力計(jì)算比較合理，但實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，多簡(jiǎn)化為按豎梁和橫梁分別設(shè)計(jì)。

梁的計(jì)算按彈性地基梁考慮，一根梁上布2根錨索時(shí)按簡(jiǎn)支梁計(jì)算，布3根及以上錨索時(shí)按連續(xù)梁計(jì)算。梁的設(shè)計(jì)相對(duì)簡(jiǎn)單，同鋼筋混凝土梁設(shè)計(jì)，不再贅述。但應(yīng)注意以下幾點(diǎn)內(nèi)容：

a）梁在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)按預(yù)應(yīng)力階段及梁工作階段兩種受力階段進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算和配筋。b）為防止梁的不均勻變形，在巖土層變化處應(yīng)分開設(shè)梁。c）在錨索受力集中處應(yīng)加密鋼筋布設(shè)。d）當(dāng)?shù)孛孢^(guò)緩時(shí)，為防止梁向山坡上方的位移造成預(yù)應(yīng)力損失，應(yīng)加陡錨索傾角或增設(shè)防爬設(shè)施。e）為防止梁在加預(yù)應(yīng)力時(shí)受力不均勻造成破壞，各孔錨索張拉時(shí)應(yīng)分級(jí)張拉，不可一次張拉到設(shè)計(jì)拉力。

框架梁布設(shè)及配筋情況如圖1～圖4所示。

圖1 錨索框架梁坡面法向投影（單位：cm）

圖2 縱、橫梁配筋圖（單位：cm）

圖3 一個(gè)梁?jiǎn)卧?xì)部圖（單位：cm）

圖4 錨索框架梁剖面圖（單位：cm）

4.2 預(yù)應(yīng)力錨索設(shè)計(jì)

4.2.1 錨索與滑面夾角β的確定

錨索提供的抗力為：P抗=Psinα·tanφ+Pcosα，所以當(dāng)α=φ時(shí)，可得到最大抗滑力，但此時(shí)錨索最長(zhǎng)，不經(jīng)濟(jì)?？紤]錨索受力特點(diǎn)，工作環(huán)境，施工條件等諸多因素，綜合比較后，當(dāng)α=45°+φ/2時(shí)，得到最優(yōu)錨固角為：

式中：P抗為錨索提供抗力；P為錨索錨固力；β為錨索同水平面的夾角；α為錨索同滑動(dòng)面的夾角，本項(xiàng)目為55°；θ為滑動(dòng)面傾角，本項(xiàng)目為33°；φ為滑動(dòng)面上的摩擦角，本項(xiàng)目為20°。

4.2.2 有效錨固長(zhǎng)度的確定（即在滑動(dòng)面以下的錨固深度）[1]

4.2.2.1 注漿體與土層界面破壞

4.2.2.2 注漿體與束體界面計(jì)算

式中：L效為有效錨固長(zhǎng)度；Sf為安全系數(shù)，本項(xiàng)目為3；P設(shè)為錨索設(shè)計(jì)錨固力，本項(xiàng)目為490 kN；D為鉆孔直徑，本項(xiàng)目為0.13 m；d為鋼絞線直徑，本項(xiàng)目為0.015 2 m；n為鋼絞線根數(shù)，本項(xiàng)目為4；τS為孔壁與注漿體之間的極限黏結(jié)強(qiáng)度，本項(xiàng)目為750 kPa；τu為鋼絞線與水泥砂漿之間的極限剪應(yīng)力，本項(xiàng)目為1 400 kPa。

有效錨固長(zhǎng)度應(yīng)考慮以上兩種受力情況，并取兩者中較大的數(shù)值，所以本項(xiàng)目有效錨固長(zhǎng)度L效=6 m。

4.2.3 錨束根數(shù)及設(shè)計(jì)錨固力的確定

根據(jù)相關(guān)地質(zhì)勘查資料，運(yùn)用理正巖土計(jì)算軟件，對(duì)本段加固邊坡進(jìn)行了相應(yīng)的力學(xué)性質(zhì)分析計(jì)算，得出此段土體總下滑力為32 110 kN。

矩形框架梁布置為橫向間距4 m，縱向間距5 m，并在梁相交的節(jié)點(diǎn)處進(jìn)行錨索加固，故本項(xiàng)目錨索設(shè)計(jì)總根數(shù)為154根。

4.2.3.1 設(shè)計(jì)錨固力的確定[2]

由N=KE總/（P抗sinα·tanφ+P抗cosα），可得P抗=KE總/（N·sinα·tanφ+N·cosα）=2×32 110/（154×sin55°×tan20°+154×cos55°）=478.4 kN.

式中：N為錨索根數(shù)，本項(xiàng)目為154根；E總為總下滑力，本項(xiàng)目為32 110 kN；P抗為單根錨索抗拔力；φ為滑面得內(nèi)摩擦角，本項(xiàng)目為20°；α為錨索與滑面的夾角，本項(xiàng)目為55°；K為安全系數(shù)，由于在計(jì)算滑坡推力時(shí)，已引進(jìn)了安全系數(shù)，所以此處安全系數(shù)可適當(dāng)降低，建議取K=2。

本項(xiàng)目設(shè)計(jì)錨固力取P設(shè)=490 kN.

4.2.3.2 錨索預(yù)應(yīng)力筋截面積計(jì)算

預(yù)應(yīng)力錨索采用270級(jí)（7φ5）高強(qiáng)低松弛、抗拉強(qiáng)度不小于1 860 MPa的鋼絞線。

式中：Nt為錨索向拉應(yīng)力設(shè)計(jì)值，本項(xiàng)目為490 kN；fptk為預(yù)應(yīng)力筋抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，本項(xiàng)目為1 860 MPa；S為單根錨束鋼筋截面積，本項(xiàng)目為140 mm2；K為預(yù)應(yīng)力筋界面設(shè)計(jì)安全系數(shù)，臨時(shí)錨索，永久錨索取1.8。

本項(xiàng)目單根錨索中錨束根數(shù)為n=4。

綜上所述，本方案采用4束7φ5高強(qiáng)度低松弛鋼絞線組成的預(yù)應(yīng)力錨索，設(shè)計(jì)方案如圖5所示。

圖5 預(yù)應(yīng)力錨索設(shè)計(jì)方案圖（單位：mm）

5 結(jié)語(yǔ)

預(yù)應(yīng)力錨索格構(gòu)加固是一種主要承受拉力的結(jié)構(gòu)體系，它的一端被固定在穩(wěn)定地層中，另一端與被加固物緊密結(jié)合，形成一種新的結(jié)構(gòu)復(fù)合體。它在安裝后，可立即向被加固體主動(dòng)施加壓應(yīng)力，限制其發(fā)生有害變形和位移，是一種高效經(jīng)濟(jì)和實(shí)用的工程技術(shù)。