黃鄭文

(中鐵大橋局集團(tuán)第六工程有限公司，湖北武漢 430000)

滑坡具有很復(fù)雜的工程地質(zhì)特性，尤其是坡腳開挖后坡體的自穩(wěn)能力差，易造成局部滑塌、位移等病害；倘若遇到暴雨或地震，極易形成大規(guī)模的滑坡，破壞性極大，嚴(yán)重威脅居民人身和財(cái)產(chǎn)安全[1]。在滑坡防止中主要的工程措施有抗滑樁、框架梁和擋土墻等。錨索框架梁為近年來在邊坡加固中廣泛應(yīng)用的復(fù)合支護(hù)結(jié)構(gòu)，將錨索這一柔性支護(hù)手段和框架梁結(jié)合起來，在實(shí)際工程中取得了良好的支護(hù)效果[2]。錨索抗滑樁也是滑坡治理工程中常用的一種支擋結(jié)構(gòu)物，相對(duì)普通的抗滑樁，其在受力狀態(tài)上的優(yōu)點(diǎn)很明顯[3]。

近年來，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)邊坡支護(hù)工程做了大量研究[4]。韓愛民[5]等對(duì)預(yù)應(yīng)力錨桿框架梁支護(hù)體系的力學(xué)響應(yīng)及其對(duì)設(shè)計(jì)參數(shù)的敏感性問題進(jìn)行了研究。戴自航[6]等將預(yù)應(yīng)力錨索框架梁加固邊坡按三維問題進(jìn)行穩(wěn)定性分析，揭示其加固滑坡的機(jī)理。李德宏[7]等研究了圓形錨索抗滑樁在滑坡治理中的應(yīng)用。楊波[8]等采用強(qiáng)度折減的有限元法討論了雙排抗滑樁在三種典型滑坡的計(jì)算與受力規(guī)律分析。目前大多研究為單獨(dú)研究錨索框架梁或單獨(dú)研究錨索抗滑樁的力學(xué)性能和方案設(shè)計(jì)，對(duì)兩者聯(lián)合作用下的邊坡支護(hù)研究較少。

本文以深圳外環(huán)高速公路深挖路塹邊坡支護(hù)為工程背景，展開在多級(jí)錨索框架梁和錨索抗滑樁聯(lián)合作用下邊坡支護(hù)的研究，為今后同類深挖路塹邊坡的支護(hù)設(shè)計(jì)提供參考。

1 工程概況

深圳外環(huán)高速公路深圳段一期工程K24+706.570～K24+742.083段觀光路跨線橋38#、39#橋墩布設(shè)于現(xiàn)狀觀光路邊坡上，需對(duì)現(xiàn)狀觀光路邊坡進(jìn)行開挖削坡，后施工橋梁樁基、承臺(tái)、橋墩。在設(shè)計(jì)樁號(hào)K24+725現(xiàn)狀觀光路左側(cè)第三級(jí)邊坡坡頂有一處110 kV高壓鐵塔(目前已通電)。現(xiàn)狀觀光路為通車的城市主干道，車流量較大。

觀光路現(xiàn)狀邊坡的地質(zhì)勘察資料揭示：第一層為厚約0.9 m左右的亞黏土：灰黃、褐紅、淺黃色，稍濕-濕，可-硬塑狀態(tài)；第二層為厚約10.7 m左右全風(fēng)化混合巖：褐紅、褐黃色，原巖結(jié)構(gòu)基本破壞，但可辨認(rèn)，巖芯呈土柱狀，堅(jiān)硬狀態(tài)；第三層為強(qiáng)風(fēng)化混合巖：褐黃色，原巖結(jié)構(gòu)大部分破壞，巖石裂隙極發(fā)育，巖芯呈土柱狀、土夾塊狀，27.9～30.1 m段見有較多的弱風(fēng)化巖塊，其它地段含少量弱風(fēng)化巖塊，合金鉆進(jìn)容易。邊坡現(xiàn)狀如圖1所示。

圖1 邊坡現(xiàn)狀

2 邊坡穩(wěn)定性分析

本項(xiàng)目邊坡穩(wěn)定性分析、驗(yàn)算采用理正巖土6.0計(jì)算軟件。計(jì)算方法采用簡(jiǎn)化Bishop法和Janbu法。由于邊坡大部分為全風(fēng)化混合巖和強(qiáng)風(fēng)化混合巖，巖體碎裂，為土質(zhì)、類土質(zhì)邊坡，因此滑動(dòng)面采用圓弧滑動(dòng)面考慮。根據(jù)JGJ D30-2015《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》，選取正常工況和暴雨工況兩個(gè)計(jì)算工況，正常工況邊坡穩(wěn)定性安全系數(shù)應(yīng)大于1.35，暴雨工況邊坡穩(wěn)定性安全系數(shù)應(yīng)大于1.20。參數(shù)選取快剪指標(biāo)，兩個(gè)工況各土層具體參數(shù)如表1所示。

支護(hù)方案采用開挖第一級(jí)邊坡采用樁板墻支護(hù)，樁頂以上第二、三、四級(jí)邊坡采用錨索框架梁加固聯(lián)合支護(hù)。經(jīng)計(jì)算，正常工況下邊坡安全系數(shù)Fs=1.680，暴雨工況下邊坡安全系數(shù)Fs=1.240，均滿足規(guī)范要求?；峦屏ψ饔们闆r下，錨索抗滑樁樁側(cè)地基最大的橫向土反力為869.587 kPa；庫(kù)侖土壓力作用情況下，錨索抗滑樁樁側(cè)地基最大的橫向土反力為624.981 kPa。兩者均小于橫向容許承載力，滿足規(guī)范要求。

表1 巖土參數(shù)

3 支護(hù)方案

3.1 支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1.1 總體布置

為保證開挖邊坡的整體穩(wěn)定，確保前緣橋梁墩臺(tái)的施工及高速公路運(yùn)營(yíng)期間的安全，在充分結(jié)合開挖邊坡的地形和地層特征的前提下，在深外環(huán)高速路左側(cè)，沿路線方向布置一排錨索樁板墻，在38#橋墩承臺(tái)兩側(cè)垂直路線方向各布置一排樁板墻。錨索樁板墻頂部邊坡按照1∶0.75坡率進(jìn)行放坡，最高為3級(jí)邊坡，分級(jí)高度為10 m，平臺(tái)寬2.0 m，平臺(tái)處設(shè)置平臺(tái)排水溝，樁頂以上邊坡采用錨索框梁加固，同時(shí)在塹頂外5 m處設(shè)置截水溝。

現(xiàn)狀觀光路為四級(jí)邊坡，邊坡第一級(jí)高度為5 m，設(shè)置錨索樁板墻支護(hù)；第二級(jí)分級(jí)高度為10 m，坡率為1∶0.75，設(shè)置錨索框架梁支護(hù)(僅設(shè)置一排錨索)，第三級(jí)分級(jí)高度為10 m，坡率為1∶0.75,設(shè)置錨索框架梁支護(hù)(僅設(shè)置一排錨索)，第四級(jí)最大高度6 m，設(shè)置錨索框架梁支護(hù)(僅設(shè)置一排錨索)；坡頂距離高壓塔基礎(chǔ)最近距離為17.6 m?？傮w布置如圖2所示。

圖2 邊坡支護(hù)方案總體布置

3.1.2 錨索抗滑樁

在深外環(huán)高速路路基左側(cè)，布置一排錨索樁板墻，在38#橋墩承臺(tái)兩側(cè)垂直路線方向各布置一排樁板墻。本工程共設(shè)置抗滑樁12根(1#～12#)，其中錨索抗滑樁7根(3#、4#、5#、9#、10#、11#、12#)，抗滑樁5根(1#、2#、6#、7#、8#)(圖3)?？够瑯稙镃30鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，現(xiàn)場(chǎng)澆筑，樁中心間距為5.6 m，樁截面為2.0 m×3.0 m，樁長(zhǎng)16.0 m，其中路塹開挖后形成的懸臂段長(zhǎng)8.0 m，嵌巖段長(zhǎng)8.0 m。其中錨索抗滑樁的兩排預(yù)應(yīng)力錨索分別位于樁頂下1.0 m處和3.0 m處，設(shè)計(jì)采用8束1×7φs15.24鋼絞線，錨固角度第一排20 °，第二排22 °，設(shè)計(jì)錨固力為700 kN，總長(zhǎng)度22 m，其中自由段長(zhǎng)12 m，錨固段長(zhǎng)10 m(圖4)?？够瑯稇冶鄱沃g設(shè)置擋土板，其截面尺寸為0.3 m×1.0 m，單塊長(zhǎng)3.4 m，共需設(shè)置樁間擋土板80塊。其中5#與9#樁之間根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工平臺(tái)位置動(dòng)態(tài)過渡，過渡區(qū)采用錨索框架加固。

圖3 抗滑樁平面布置

圖4 錨索抗滑樁橫斷面示意

3.1.3 錨索框架梁

左側(cè)錨索樁板墻頂部以上邊坡分級(jí)高度為10 m，平臺(tái)寬2 m，坡率自下而上分別為樁頂上第一級(jí)1∶0.75，第二級(jí)1∶0.75，第三級(jí)1∶0.75。坡面錨索采用5束1×7φs15.24鋼絞線，設(shè)計(jì)錨固力為550 kN，總長(zhǎng)度20 m，錨固段長(zhǎng)度10 m，錨固角度20 °，坡頂一排錨索總長(zhǎng)度26 m，錨固段長(zhǎng)度10 m，錨固角度20 °。錨索框梁縱橫梁截面尺寸為40 cm×40 cm，采用C25混凝土澆筑。立面布置如圖5所示，橫斷面布置如圖6所示。

圖5 錨索框架梁立面布置

圖6 錨索框架梁橫斷面

3.2 施工方案研究

主體施工順序安排如下：頂級(jí)邊坡開挖→頂級(jí)邊坡錨索框梁→截、排水溝→下部邊坡開挖→下部邊坡錨索框梁→平臺(tái)排水溝→錨索抗滑樁→樁前土體開挖。

3.2.1 抗滑樁施工

抗滑樁施工工序：點(diǎn)位測(cè)放，孔口段開挖與鎖口盤制作，樁身開挖與護(hù)壁，鋼筋籠制作(安放)，混凝土澆筑?？够瑯妒┕げ扇√鴺妒┕?，根據(jù)樁孔實(shí)際開挖揭露的地層、滑面位置動(dòng)態(tài)調(diào)整樁長(zhǎng)和配筋。

抗滑樁應(yīng)跳樁分節(jié)開挖，按設(shè)計(jì)做好鎖口盤和每節(jié)護(hù)壁。樁孔護(hù)壁采用C30混凝土澆筑，為提高護(hù)壁混凝土的早期強(qiáng)度，可加入適量早強(qiáng)劑。澆筑護(hù)壁混凝土?xí)r，必須保證護(hù)壁不侵入樁截面凈空以內(nèi)。樁孔開挖過程中應(yīng)隨時(shí)校準(zhǔn)其垂直度和凈空尺寸。樁孔挖到設(shè)計(jì)標(biāo)高后進(jìn)行驗(yàn)槽、澆筑封底混凝土，并應(yīng)保證封底混凝土厚度。樁身混凝土應(yīng)邊灌注、邊振搗，全樁混凝土應(yīng)不間斷澆筑完成。當(dāng)孔內(nèi)有地下水且不易抽干時(shí)，應(yīng)采用水下混凝土灌注法進(jìn)行混凝土澆筑。

3.2.2 預(yù)應(yīng)力錨索施工

預(yù)應(yīng)力錨索施工工序?yàn)椋洪_挖→修坡→成孔→錨索體制作及安裝。

邊坡施工要求邊挖邊加固，即開挖一級(jí)，防護(hù)一級(jí)，不得一次開挖到底。坡面修整好后，測(cè)設(shè)孔位，準(zhǔn)備鉆孔設(shè)備進(jìn)行鉆孔。鉆孔要求干鉆，禁止采用水鉆，以確保錨索施工不致于惡化邊坡土體的工程地質(zhì)條件和保證孔壁的粘結(jié)性能。鉆孔速度根據(jù)使用鉆機(jī)性能和錨固地層嚴(yán)格控制，防止鉆孔扭曲和變徑。對(duì)完成的鉆孔進(jìn)行清理并檢查滿足設(shè)計(jì)要求后安裝鋼絞線。沿錨索軸線方向每隔2.0 m設(shè)置3個(gè)定位支架以保證錨索有足夠地保護(hù)層。錨筋尾端防腐采用刷漆、涂油等防腐措施處理。

3.2.3 錨索框架梁施工

錨索框架梁施工工序?yàn)椋簻y(cè)放孔位→鉆孔→清孔→錨索制安→注漿→挖槽→支?！壴摻睢鷿仓蚣芰骸⒗摺B(yǎng)護(hù)→框架內(nèi)砌筑漿砌片石。

錨索孔位測(cè)放力求準(zhǔn)確，偏差不得超過±5 cm，鉆孔垂直于坡面，傾角允許偏差±2，成孔后用高壓空氣(0.2～0.4 MPa)清孔。錨索框架施工分片進(jìn)行，每片長(zhǎng)6.0 m，相臨兩片之間設(shè)置2 cm伸縮縫，內(nèi)填浸瀝青木條，深度15 cm。兩根豎肋及其所連三根橫梁組成一片框架，每片框架梁整體澆筑，一次完成，框架之間的空格用漿砌片石充填并與梁齊平。每片錨索框架放線時(shí)，按豎肋對(duì)應(yīng)公路里程放線，并使豎肋投影垂直于路線，橫梁與豎肋垂直，每片框架上的錨索孔應(yīng)以第一根豎肋最上部的孔為基準(zhǔn)，(按錨索框梁結(jié)構(gòu)圖確定)，然后再確定其余孔位。

4 邊坡支護(hù)監(jiān)測(cè)

4.1 監(jiān)測(cè)方案

為了保證邊坡施工中的安全和加固后的工程治理效果，為施工提供邊坡穩(wěn)定狀態(tài)或變形特征的信息，指導(dǎo)安全施工，應(yīng)進(jìn)行邊坡的監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)。監(jiān)測(cè)內(nèi)容包括邊坡變形地表位移、抗滑樁位移、深層水平位移和錨索應(yīng)力。邊坡監(jiān)測(cè)項(xiàng)目如表2所示。監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置如圖7和圖8所示。

表2 邊坡監(jiān)測(cè)項(xiàng)目

圖7 監(jiān)測(cè)斷面布置

圖8 監(jiān)測(cè)點(diǎn)平面布置示意

4.2 監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

邊坡位移檢測(cè)前三級(jí)平臺(tái)各選取一個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)，結(jié)果如圖9所示。錨索應(yīng)力同樣選取三個(gè)測(cè)點(diǎn)(圖10)。

圖9 邊坡水平位移

圖10 錨索應(yīng)力

由圖9、圖10可知，邊坡整體水平位移在1.2～6.4 mm，滿足規(guī)范要求。錨索應(yīng)力較平均，說明錨固效果好。

5 結(jié)論

本文針對(duì)深圳外環(huán)高速公路深挖路塹邊坡支護(hù)問題，采用多級(jí)錨索框架梁和錨索抗滑樁聯(lián)合作用的支護(hù)方式。開挖第一級(jí)邊坡采用錨索抗滑樁樁板墻支護(hù)，樁頂以上第二、三、四級(jí)邊坡采用錨索框架梁支護(hù)，同時(shí)對(duì)邊坡穩(wěn)定進(jìn)行計(jì)算、對(duì)邊坡變形、抗滑樁位移和錨索應(yīng)力等進(jìn)行監(jiān)測(cè)。根據(jù)計(jì)算和監(jiān)測(cè)結(jié)果，該支護(hù)方案在正常工況和暴雨工況下，均滿足規(guī)范要求，支護(hù)效果良好，可為今后同類邊坡支護(hù)提供參考。