魏鵬飛，汪子奇，邵遠(yuǎn)爻，張 磊

(1．中國(guó)地質(zhì)大學(xué)〈武漢〉工程學(xué)院，湖北 武漢 430074;2．中國(guó)地質(zhì)大學(xué)〈武漢〉地質(zhì)調(diào)查研究院，湖北 武漢430074;3．湖北省地質(zhì)局第八地質(zhì)大隊(duì)，湖北 襄陽(yáng)441003)

0 前言

武當(dāng)山風(fēng)景區(qū)索道候車大廳及游客休息長(zhǎng)廊下側(cè)原始地形為北向斜坡，坡度約25°～30°。2010年在游客休息長(zhǎng)廊外側(cè)施工了人工挖孔鋼筋砼護(hù)坡樁+擋土板，并經(jīng)人工填土形成直立邊坡，坡高6.0～10.0 m。2012年2月發(fā)現(xiàn)個(gè)別護(hù)坡樁及坡體出現(xiàn)裂縫，隨后對(duì)護(hù)坡樁進(jìn)行了水平位移和沉降監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示護(hù)坡樁樁頂累計(jì)變形超過(guò)100 mm，且變形仍在不斷擴(kuò)展［1］。如果對(duì)變形邊坡處理不當(dāng)，會(huì)影響到國(guó)家5A級(jí)景區(qū)的正常運(yùn)營(yíng)，造成的經(jīng)濟(jì)損失及社會(huì)影響難以估量。為了查明護(hù)坡樁變形的原因，襄陽(yáng)地質(zhì)工程勘察院收集了前期設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)測(cè)、安全鑒定等大量資料，并對(duì)坡體進(jìn)行了補(bǔ)充勘察。勘察采用地形測(cè)量、綜合工程地質(zhì)測(cè)繪、鉆探(共8個(gè)孔，其中對(duì)樁體進(jìn)行了2個(gè)抽心孔檢驗(yàn))、巖土試驗(yàn)等手段，基本查明了護(hù)坡樁變形的原因，經(jīng)過(guò)反復(fù)分析比較，報(bào)業(yè)主及十堰市地質(zhì)災(zāi)害防治專家組審查與審定，決定采用預(yù)應(yīng)力錨索補(bǔ)強(qiáng)加固處理。

1 原護(hù)坡樁變形情況

1．1 原護(hù)坡樁設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介

邊坡原始地形為一北向斜坡，坡面原始坡度20°～35°。

坡體表層分布崩坡積碎(塊)石土，較松散，厚度為6.3～19.5 m。其下為絹云母石英片巖，是軟質(zhì)巖石，片理發(fā)育。護(hù)坡樁上側(cè)人工填土主要成份為碎石土，充填粉質(zhì)粘土，土石比約4∶6，松散。

坡體匯水條件較好，雨水及生活污水多匯流于此，地下水位埋深一般在2.0～10.0 m，隨季節(jié)變化而不同。

原護(hù)坡樁布置在游客長(zhǎng)廊F軸線以北14 m處，護(hù)坡樁軸線與F軸平行。共布置護(hù)坡樁22根。方樁截面為1.5 m×2.5 m。樁長(zhǎng)15.0～24.7 m，懸臂長(zhǎng)度4.2～9.8 m，僅有兩側(cè)9根樁入巖，其余樁樁端均為碎石土。護(hù)坡樁頂部設(shè)聯(lián)系梁，樁上坡側(cè)在填土范圍內(nèi)設(shè)擋土板，擋土板與樁身同時(shí)澆筑，形成連續(xù)板。

1．2 變形情況

坡體變形主要發(fā)生在填土區(qū)范圍內(nèi)，變形區(qū)后緣距樁頂一般在10.0 m左右。在11號(hào)樁位置硬化地坪與樁體脫開，最大寬度為80 mm，填土區(qū)磚砌水溝上見多處裂縫，寬度一般在15～40 mm。

護(hù)坡樁總體向北傾斜明顯，有10條護(hù)坡樁最大傾斜率＞1%，最大傾斜值達(dá)到17.5%。

19、18、17號(hào)3根護(hù)坡樁發(fā)生裂縫。其中19號(hào)護(hù)坡樁有裂縫最為典型，在外露3個(gè)側(cè)面均有裂縫，面對(duì)樁身，裂縫均為右高左低的斜向裂縫，呈明顯的受扭特征。裂縫詳細(xì)特征見圖1，一條長(zhǎng)3 m，最大寬度為0.77 mm的裂縫，另一條長(zhǎng)2.2 m，最大寬度為0.68 mm的裂縫，2條裂縫延伸方向與水平方向呈45°左右;樁身西側(cè)有一條長(zhǎng)3 m，最大寬度為0.58 mm的裂縫，裂縫延伸方向與水平方向呈45°左右;樁身北側(cè)有一條長(zhǎng)1 m，最大寬度為0.11 mm的裂縫，裂縫延伸方向與水平方向呈45°左右［2］。

圖1 19號(hào)護(hù)坡樁上的裂縫

2 變形原因分析

2．1 護(hù)坡樁傾斜過(guò)大原因

2．1．1 水土壓力過(guò)大

由于擋土板上泄水孔排水不暢，填土區(qū)在雨水增加及生活污水排放過(guò)多時(shí)易形成較高的地下水位，增大對(duì)擋土板及樁的壓力。如圖2所示，17～18號(hào)樁之間的擋土板低位排水孔也很少見排水痕跡，高位排水孔排水痕跡明顯，排水孔距地表埋深約2.0 m。

2．1．2 擋土板水壓力計(jì)算

采用水土分算的方法，對(duì)作用于擋土板上的水土壓力計(jì)算如表1。計(jì)算以15號(hào)樁為例，懸臂段高度取9.8 m。

從表1中可以看出，水位由5.0 m上升至2.0 m時(shí)，土壓力增大至139%，水壓力占到水土壓力合力的 61%［3］。

圖2 低位排水孔未有效排水

表1 不同水位埋深土壓力計(jì)算

2．1．3 嵌固端表層被動(dòng)土抗力不足

從地質(zhì)剖面圖(圖3)可以看出，樁下側(cè)為一斜坡地形，總體坡度30°，局部坡度在35°左右。斜坡上嵌固端的被動(dòng)土壓力會(huì)明顯小于水平地面。從圖4可以看出，在嵌固端上部，樁上側(cè)土壓力較大，而下側(cè)土壓力較小，造成抗力不足，引起樁體過(guò)大變形。變形進(jìn)一步發(fā)展有可能造成嵌固端上部土體不斷蠕滑。與樁長(zhǎng)軸方向斜交(北偏西)土壓力的作用產(chǎn)生逆時(shí)針扭轉(zhuǎn)(詳見圖5)。扭力裂縫的產(chǎn)生表明護(hù)坡樁在嵌固端淺層存在蠕滑。

圖3 工程地質(zhì)剖面圖

圖4 護(hù)坡樁側(cè)土壓力示意圖

2．2 護(hù)坡樁扭力裂縫產(chǎn)生和變形原因分析

如前所述，在19號(hào)護(hù)坡樁的3個(gè)臨空面均產(chǎn)生了約45°的斜向裂縫，面對(duì)樁體裂縫呈現(xiàn)右側(cè)高左側(cè)低的特征，高度位于懸臂端底部。18號(hào)護(hù)坡樁在北側(cè)和東側(cè)、17號(hào)護(hù)坡樁在東側(cè)均有類似裂縫。

在護(hù)坡樁懸臂端受嵌固端限制，受北偏西向土壓力影響產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)裂縫。護(hù)坡樁在懸臂端受擋土板(連續(xù)板)、樁頂梁及相鄰樁共同限制;嵌固端受到

3 預(yù)應(yīng)力錨索加固設(shè)計(jì)

3．1 加固方法的選擇

采用通用巖土有限元計(jì)算軟件PLAXIS 2D對(duì)護(hù)坡樁變形進(jìn)行了計(jì)算，詳見圖6。土體采用莫爾－庫(kù)侖模型，抗滑樁采用彈性板。計(jì)算結(jié)果表明，樁變形模式為傾倒變形，在懸臂端通過(guò)錨索施加預(yù)應(yīng)力能有效限制樁體進(jìn)一步變形［4］。對(duì)抗滑樁抽心檢驗(yàn)表明，樁身混凝土強(qiáng)度雖低于C30，但強(qiáng)度高于樁身實(shí)際內(nèi)力。因此采用錨索加固是安全的。

3．2 樁錨受力分析

按水土分算考慮填土壓力;采用理正巖土6．5版邊坡計(jì)算軟件對(duì)樁受力及變形進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果見表2。

錨索設(shè)計(jì)拉力的選取除考慮加固后坡體的穩(wěn)定性要達(dá)到規(guī)范規(guī)定的安全系數(shù)外，還要使樁身所受內(nèi)力合理，即錨索達(dá)到設(shè)計(jì)拉力后，樁體內(nèi)力不超出原設(shè)計(jì)內(nèi)力范圍。錨索位置選擇在懸壁端1/3高的位置，目的是使錨索抗力點(diǎn)與水土壓力合力盡可能重合，盡量減少樁身內(nèi)力(見圖7)。

圖5 護(hù)坡樁受扭力示意圖

圖6 樁土共同作用變形網(wǎng)格圖

3．3 預(yù)應(yīng)力錨索設(shè)計(jì)

預(yù)應(yīng)力錨索采用壓力分散性錨索。預(yù)應(yīng)力錨索布置一排，每條抗滑樁兩側(cè)設(shè)2根，設(shè)計(jì)拉力選取800 kN/根，施加預(yù)應(yīng)力450 kN。預(yù)應(yīng)力錨索按《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》(GB 50330—2013)有關(guān)規(guī)定設(shè)計(jì)，錨索傾角選取25°～30°，采用標(biāo)準(zhǔn)值1860級(jí)鋼絞線，取10束鋼絞線，錨索長(zhǎng)度取40 m，錨固段長(zhǎng)度8.0 m，錨固段要求置于中風(fēng)化石英片巖中。

表2 15號(hào)樁加固前護(hù)坡樁受力計(jì)算

圖7 錨固前后樁身內(nèi)力對(duì)比圖

錨索在錨頭位置的最近距離為2.0 m，錨索長(zhǎng)達(dá)40.0 m，為了避免施工偏差錨固段可能“相遇”，錨索傾角采用 25°和 30°間隔設(shè)置［5］。

在樁外側(cè)設(shè)鋼筋混凝土腰梁，錨固力通過(guò)腰梁傳遞到樁身［6］。

計(jì)算表明，在施加預(yù)應(yīng)力后樁身內(nèi)力明顯減小，彎矩及剪力相當(dāng)于原來(lái)的2/3(參見表3)，嵌固端上部樁側(cè)土反力＜300 kPa。

3．4 其他措施

表3 15號(hào)樁設(shè)錨索前后護(hù)坡樁內(nèi)力對(duì)比

除預(yù)應(yīng)力錨索外，還設(shè)計(jì)了排水工程和監(jiān)測(cè)工程［7］。

排水工程是沿?fù)跬涟逑蛱钔羶?nèi)打水平排水孔，用以排除填土層中的地下水。共設(shè)置8.0 m長(zhǎng)排水孔30個(gè)。在樁頂設(shè)3個(gè)監(jiān)測(cè)墩，對(duì)樁體進(jìn)行大地變形監(jiān)測(cè)，為期3年。

設(shè)計(jì)文件還對(duì)各分項(xiàng)工程施工工藝進(jìn)行了要求。例如對(duì)于錨索的張拉，要求對(duì)所有錨索均衡施加預(yù)應(yīng)力，對(duì)錨索進(jìn)行檢驗(yàn)時(shí)也要求其它錨索鎖定設(shè)計(jì)預(yù)應(yīng)力狀態(tài)下才能對(duì)單根錨索超張拉［8］。張拉時(shí)要對(duì)樁體位移進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

設(shè)計(jì)對(duì)施工管理、工程監(jiān)理、施工地質(zhì)、錨索抗拔等功能性檢驗(yàn)等都進(jìn)行了詳細(xì)要求。

4 效果

從表4可知，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，加固后近3年來(lái)的樁頂最大位移累計(jì)30.1 mm，小于國(guó)家規(guī)范規(guī)定的要求。

表4 監(jiān)測(cè)墩點(diǎn)位累計(jì)位移統(tǒng)計(jì)

5 結(jié)語(yǔ)

在加固工程設(shè)計(jì)前，必須進(jìn)行詳細(xì)補(bǔ)勘工作、綜合分析所有資料，找準(zhǔn)樁頂變形的真正原因。

基于預(yù)應(yīng)力錨索與原護(hù)坡樁共同作用，設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮原護(hù)坡體的受損程度及可能產(chǎn)生的受力幅度變化，并留足安全系數(shù)，才能有效發(fā)揮新增的預(yù)應(yīng)力錨索的作用。

對(duì)施工工藝、工程管理、檢驗(yàn)等提出要求，是設(shè)計(jì)文件不可或缺的重要組成部分，可靠的施工手段、正確的施工方法是達(dá)到設(shè)計(jì)目的和效果的必要保障。

要認(rèn)真做好竣工樁頂位移監(jiān)測(cè)并綜合分析，一旦發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，必須立即采取加固補(bǔ)強(qiáng)措施。

［1］ 魏鵬飛．××景區(qū)索道建筑邊坡變形監(jiān)測(cè)報(bào)告［R］．湖北襄陽(yáng):襄陽(yáng)地質(zhì)工程勘察院，2012:45－46．

［2］ 韓騰飛．××游客長(zhǎng)廊北側(cè)擋墻安全性鑒定報(bào)告［R］．北京:中冶建筑研究總院有限公司，2012:37－40．

［3］ 魏鵬飛，邵遠(yuǎn)爻，張磊，等．××景區(qū)索道建筑邊坡變形加固初步設(shè)計(jì)報(bào)告［R］．湖北襄陽(yáng):湖北地建正發(fā)樁基工程有限公司，2012:10－17．

［4］ 趙長(zhǎng)海，董在志，陳群香，等．預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)［M］．北京:中國(guó)水利水電出版社，2001:75－79．

［5］ 李斌，黃芬，等．福堂水電站震后廠房邊坡錨索加固及應(yīng)力監(jiān)測(cè)與分析［J］．探礦工程(巖土鉆掘工程)，2015，42(5):67 －71，76．

［6］ 袁波，吳國(guó)華，周富榮，等．邊坡工程中壓力分散型錨索施工技術(shù)［J］．探礦工程(巖土鉆掘工程)，2011，38(10):70 －73．

［7］ 周霞，焦向陽(yáng)，張練紅，等．巴東灘坪滑坡治理工程錨索抗滑樁施工技術(shù)［A］．湖北省三峽庫(kù)區(qū)地質(zhì)災(zāi)害防治工程論文集［C］．湖北武漢:湖北人民出版社，2005:439 －445．

［8］ 俞敏，李旺珍，胡華敏，等．預(yù)應(yīng)力錨索在公路高陡邊坡加固整治工程中的應(yīng)用［J］．探礦工程(巖土鉆掘工程)，2006，33(8):38 －41，44．