張 靜

(衡陽公路橋梁建設(shè)有限公司， 湖南 衡陽 421001)

樁錨擋土墻在道路工程高挖方邊坡支護(hù)中的應(yīng)用

張 靜

(衡陽公路橋梁建設(shè)有限公司， 湖南 衡陽 421001)

以某市主干道的高挖方邊坡支護(hù)工程為例，研究了樁錨擋土墻在道路工程高挖方邊坡支護(hù)中的應(yīng)用。通過分析地勘資料，提出樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)適用于素填土較高，邊坡穩(wěn)定性較差的路段。根據(jù)地質(zhì)情況的不同分段取最不利斷面進(jìn)行計算，確定在保證邊坡穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上，得到合理樁徑和間距，錨索布置及長度。最后從錨樁、錨索、擋土板及排水等方面介紹設(shè)計內(nèi)容，供其他工程借鑒。

高挖方； 邊坡支護(hù)； 樁錨擋土墻； 邊坡穩(wěn)定性； 樁徑； 錨索

城市發(fā)展需要道路的建設(shè)，然而隨著城市用地受到約束，道路建設(shè)遇到的高挖方地段，已較少采用自然放坡形式。樁錨支護(hù)以其占地面積小，施工安全性高，邊坡穩(wěn)定性好的特點(diǎn)，在高邊坡支護(hù)中得到廣泛應(yīng)用[1-7]。本文以某城市主干道K0+660～K1+100高挖方邊坡為例，闡述了樁錨支護(hù)的設(shè)計理念、結(jié)構(gòu)設(shè)計思路和設(shè)計計算方法，以期為后續(xù)工程提供參考。

1 工程概況

某城市主干道是某市開發(fā)區(qū)內(nèi)南北向一條城市主干道，全長約2099.328 m。本道路紅線控制寬度為60 m，綠線控制寬90 m，按雙向8車道城市主干道標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計。根據(jù)現(xiàn)場踏勘及地勘、測量，本次設(shè)計路段擬建場地原始地貌主要為丘陵坡地，呈南北走向，沿線地形起伏較大，南高北低，地面高程介于68.00～117.00 m之間，高差約49.00 m。沿線其他以山體、菜地、農(nóng)田、水塘為主。該段道路標(biāo)準(zhǔn)橫斷面如圖1所示。

圖1 道路標(biāo)準(zhǔn)橫斷面圖(單位： cm )

道路豎向設(shè)計結(jié)合規(guī)劃控制標(biāo)高、區(qū)域內(nèi)現(xiàn)狀地形、起點(diǎn)現(xiàn)狀標(biāo)高、道路旁已建小區(qū)地坪標(biāo)高、道路排水、兩廂現(xiàn)狀排水、防洪需求等條件進(jìn)行擬合設(shè)計。K0+660～K1+100段道路路面設(shè)計標(biāo)高為88.97～92.6 m，西側(cè)邊坡坡頂?shù)仄簶?biāo)高116.5～93 m，道路建成后該路段形成的邊坡坡高為5～27.5 m。該路段原為卸土區(qū)，坡體主要以素填土為主，厚度為14.1～29.4 m(K0+880段最厚)不等，巖層埋置相對較深?？紤] 該路段邊坡穩(wěn)定性較差，且用地范圍受限，本文提出采用樁錨支護(hù)加自然放坡的形式。邊坡支護(hù)斷面示意圖如圖2所示。

圖2 邊坡支護(hù)斷面圖

2 工程地質(zhì)條件

2.1 地層巖性

根據(jù)地勘資料顯示K0+660～K1+100段道路主要地層為素填土、粉質(zhì)粘土、強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖，其地層巖性主要為：

素填土(Qml)①2： 灰黃～紅褐色，稍濕～飽和，主要由黏性土組成，不均勻含約10%～15%的礫石、碎石等硬雜質(zhì)，偶見碎磚塊，其塊徑一般5～10 cm。密實(shí)度不均勻，堆填時間1～5 a，未完成自重固結(jié)，呈松散狀態(tài)。

粉質(zhì)粘土(Qal)④： 紅褐～黃褐色，稍濕，硬塑，含鐵、錳質(zhì)結(jié)核，呈網(wǎng)紋狀構(gòu)造，稍具光滑，無搖震反應(yīng)，干強(qiáng)度中等，韌性中等，結(jié)構(gòu)中密，均勻性一般，沖積成因。

強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖(E)⑦：紅褐色，干，強(qiáng)風(fēng)化，裂隙很發(fā)育，可見層理，見鐵錳質(zhì)氧化物，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，中厚層構(gòu)造，巖芯呈碎塊狀或短柱狀，巖石質(zhì)量指標(biāo)差。

2.2 水文地質(zhì)

勘察期間，局部鉆孔遇見地下水，場地地下水類型主要為上層滯水，上層滯水主要賦存于人工填土層中，分布不均勻，受大氣降水和地表水補(bǔ)給，水量、水位均隨季節(jié)而變化較大，未形成連續(xù)穩(wěn)定水位。

2.3 巖土參數(shù)

根據(jù)勘察結(jié)果，擬建場地內(nèi)各地層的工程特性指標(biāo)建議采用表1所示。

表1 土質(zhì)參數(shù)指標(biāo)地層天然重度γ/(kN·m-3)抗剪強(qiáng)度(固快)凝聚力c/kPa內(nèi)摩擦角φ/(°)基底摩擦系數(shù)土體與錨固體極限粘結(jié)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值frbk/kPa地基土水平抗力系數(shù)的比例系數(shù)m/(MN·m-4)素填土16.8109.0/256粉質(zhì)粘土19.63019.00.256030強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖22.54025.00.35220120

3 樁錨結(jié)構(gòu)計算

3.1 設(shè)計思路

由于該路段均為素填土，土質(zhì)松散，根據(jù)該段土體性質(zhì)及坡高，放坡坡比較大，若直接減少坡比后進(jìn)行格構(gòu)+錨桿防護(hù)將造成錨桿過長的巨大浪費(fèi)及施工難度較大，因此結(jié)合道路施工進(jìn)度要求及遠(yuǎn)期商業(yè)用地建設(shè)計劃，采用樁錨+放坡形式進(jìn)行支護(hù)可同時兼顧。根據(jù)地勘資料結(jié)合實(shí)際開挖深度5～27.5 m，分路段取10個最不利斷面(同一邊坡高度范圍，最不利土層最厚斷面或者相同地層坡高最高斷面)進(jìn)行計算。

對樁頂以上坡體，將樁頂以下假定為穩(wěn)定體，樁頂以上按坡率法放坡對邊坡進(jìn)行穩(wěn)定性分析。

3.2 計算方法

計算采用安全系數(shù)法、m法、瑞典條分法等等一系列方法計算、復(fù)核，土壓力采用朗肯土壓力公式彈性法土壓力建模。

3.3 計算方式

樁錨計算：通過交互方式自動搜索最不利滑動面計算樁身受力及樁錨各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)及邊坡的各項(xiàng)安全系數(shù)。根據(jù)計算錨索(自由段、錨固段)長度、錨固體直徑、錨索軸向拉力標(biāo)準(zhǔn)值、樁技術(shù)參數(shù)及嵌固深度等數(shù)據(jù)，反復(fù)迭代驗(yàn)算邊坡穩(wěn)定性安全系數(shù)及樁頂位移、錨索抗拉、錨固體抗拔等安全系數(shù)。

樁頂以上放坡坡體計算： 采用瑞典條分法，通過交互方式自動搜索最不利滑動面計算坡體的局部穩(wěn)定性及整體穩(wěn)定性，根據(jù)計算結(jié)果取穩(wěn)定系數(shù)最小值，通過最小穩(wěn)定系數(shù)復(fù)核邊坡穩(wěn)定性及放坡坡比。

本文采用理正深基坑計算軟件對全路段10個斷面的樁錨結(jié)構(gòu)進(jìn)行計算，計算斷面示意如圖3所示。

圖3 計算斷面示意圖(單位： m)

其中包含有5個施工工況分別為：

1) 開挖至第1排錨索位置；

2) 施工第1排錨索；

3) 繼續(xù)開挖至第2排錨索位置；

4) 施工第2排錨索；

5) 開挖至基底。

3.4 計算結(jié)果

根據(jù)不同地質(zhì)斷面計算得出樁合理直徑及間距：Z1～Z74、Z191～Z202樁徑為1.2 m，樁間距為2.5 m；Z75～Z164樁徑為1.2 m，樁間距為2.0 m；Z165～Z190樁徑為1.5 m，樁間距為2.0 m。根據(jù)樁頂以上邊坡穩(wěn)定性計算，樁錨以上坡體采用8 m一級分級放坡，坡級間設(shè)置2 m寬平臺，第1級(下級)計算坡比：樁號Z1～Z54為1∶2，Z55～Z190為1∶2.5；第2級坡比，樁號Z1～Z34為1∶4 ，樁號Z35～Z112為1∶4.25，放坡到位后進(jìn)行坡面綠化防護(hù)(三維網(wǎng)植草防護(hù))以減少雨水對坡面的沖刷，保障坡體不被沖刷及局部穩(wěn)定。通過計算樁頂坡體穩(wěn)定性系數(shù)均大于1.25。

根據(jù)各路段最不利斷面計算，樁Z1～Z67冠梁處設(shè)置1排錨索；樁Z68～Z75設(shè)置2排錨索，冠梁處設(shè)置第1排錨索，第2排距第1排5 m；樁Z76～Z115設(shè)置4排錨索，冠梁處設(shè)置第1排錨索，以下3排排距為2.5 m；樁Z116～Z190設(shè)置3排錨索，冠梁處設(shè)置第1排錨索，以下2排距為2.0 m；樁Z191～Z201設(shè)置1排錨索，設(shè)置于冠梁處。通過計算邊坡穩(wěn)定性安全系數(shù)均大于1.35，錨索抗拉安全系數(shù)均不小于2.2，錨固體抗拔安全系數(shù)均不小于2.6。樁頂最大位移均小于35 mm。

根據(jù)計算結(jié)果具體各段支護(hù)結(jié)構(gòu)布置見表2。

表2 樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)布置樁代號錨索排數(shù)樁徑水平間距/m錨索傾角/(°)各排錨索總長/m各排錨索鋼絞線束數(shù)(15.24mm) Z1～Z24 1D1202.53014.52束 Z25～Z35 1D1202.53015.02束 Z36～Z67 1D1202.530216束 Z68～Z74 2D1202.53022、13.55束、5束 Z75～Z1154D12023537.5、33.5、28.5、21.510束、10束、8束、4束Z116～Z1243D12023528.5、22.5、17.59束、7束、6束Z125～Z1343D12023530.5、26.5、19.57束、8束、5束Z135～Z1643D12023529.5、23.5、1810束、9束、8束Z165～Z1903D15023545、39.5、3211束、9束、6束Z191～Z2021D1202.535175束

4 支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計

4.1 錨樁設(shè)計

根據(jù)計算分析，錨樁樁徑為1.2～1.5 m，間距均為2～2.5 m，樁頂標(biāo)高距建成后路面8 m，樁錨立面布置(局部)如圖4，樁身縱筋：N1為樁身通長筋、加強(qiáng)鋼筋N2，其均采用HRB400三級鋼，樁芯采用C30混凝土澆筑；冠梁、腰梁全線貫通，高寬為1.2 m×1.8 m。

圖4 樁錨立面布置圖

4.2 錨索設(shè)計

錨索布置根據(jù)計算結(jié)果設(shè)置。邊坡錨索體采用單束公稱直徑15.24 mm(每根由7×Φ5 mm扭成) 的高強(qiáng)度低松弛鋼絞線，鋼絞線強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為1860 MPa，錨桿傾角為30°、35°，錨索每隔1 m設(shè)置1個錨桿隔離架，保證錨桿滿足規(guī)范要求。錨固體注漿采用二次注漿法，均采用P.O.42.5普通硅酸鹽水泥，第1次注漿采用水泥砂漿，施工配合比經(jīng)試驗(yàn)比選后確定。水泥砂漿強(qiáng)度不低于40 MPa，配合比為1∶1(重量比)，施工配合比最終經(jīng)試驗(yàn)比選后確定，水灰比為0.4～0.5，28 d無側(cè)限強(qiáng)度不低于40 MPa，即錨固段和自由張拉段同步注水泥砂漿，采用孔底返漿法，注漿壓力為0.5～1.5 MPa，當(dāng)孔口出現(xiàn)溢漿且持續(xù)時間不低于5 min后(或排氣管停止排氣),方可停止注漿，砂漿必須飽滿密實(shí)。第2次注漿為高壓劈裂注漿，待第1次注漿4～5 h后，采用M40純水泥砂漿對錨固段進(jìn)行劈裂注漿，注漿壓力不小于2.0～4.0 MPa，2次高壓注漿宜使用水灰比為0.5～0.60的純水泥漿。

為增加漿液的和易性和早期強(qiáng)度，在漿液中摻入適量減水劑和早強(qiáng)劑；為防止水泥砂漿凝固收縮時錨固體與孔壁錨固力的損失，摻入適量膨脹劑；水泥砂漿拌合均勻，隨拌隨用，一次拌合的水泥漿、水泥砂漿在初凝前用完。以保證灌漿達(dá)到“早強(qiáng)、高強(qiáng)和高時效”的效果。

4.3 擋土板設(shè)計

面板采用在護(hù)壁樁臨空面支模后現(xiàn)場澆筑，混凝土強(qiáng)度為C30。鋼筋網(wǎng)片采用焊接連接，網(wǎng)格允許偏差為10 mm，鋼筋網(wǎng)鋪設(shè)時每邊的搭接長度必須滿足規(guī)范要求。

4.4 排水設(shè)計

坡頂、低級平臺均設(shè)置50 cm×50 cm截水溝，面板處縱、豎向按2 m×3 m設(shè)置φ75PVC泄水孔，沿樁錨縱向每隔10 cm于樁間設(shè)置φ1.2 m降水井，井底標(biāo)高至路面標(biāo)高，井內(nèi)采用級配砂礫石填充，豎向設(shè)置2排φ120PVC泄水孔。

5 結(jié)論

本文通過對地勘資料的分析確定樁錨的邊坡支護(hù)方案，并經(jīng)過樁錨的設(shè)計計算，進(jìn)行其結(jié)構(gòu)設(shè)計。通過分析該路段的樁錨設(shè)計，得到如下結(jié)論:

1) 邊坡支護(hù)設(shè)計應(yīng)根據(jù)地質(zhì)情況，選用合理、經(jīng)濟(jì)的支護(hù)方式，樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)適用于素填土較高，邊坡穩(wěn)定性較差的路段。

2) 對樁錨結(jié)構(gòu)應(yīng)進(jìn)行詳細(xì)的計算，應(yīng)分段選用地質(zhì)情況最不利斷面進(jìn)行計算，進(jìn)行分段計算以指導(dǎo)設(shè)計。

3) 樁錨結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)從錨樁、錨索、擋土板、排水等方面進(jìn)行分段設(shè)計，保證結(jié)構(gòu)安全的同時減少不必要的浪費(fèi)。

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2016-07-21

張靜( 1979-) ，男，工程師，主要從事高速公路建設(shè)管理。

1008-844X(2017)01-0063-04

U 417.1

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