楊 濤，譚玉強

(貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計研究院股份有限公司，貴陽 550081)

0 引 言

隨著我國基礎(chǔ)設(shè)施的快速發(fā)展，特別是西部山區(qū)高速公路建設(shè)由于地形地貌及地質(zhì)條件的限制，使得高速公路的橋隧比重很大，造成多數(shù)橋梁橋墩修建在高陡斜坡地帶。為了滿足公路線形，在高陡斜坡地帶常采用橋梁結(jié)構(gòu)跨越。但由于該類橋梁樁基不僅承擔(dān)著橋面上部荷載，也承擔(dān)著高陡邊坡在自重或外部荷載的作用下產(chǎn)生的下滑推力，所以該類橋梁樁基防護設(shè)計不能采用常規(guī)平坦路段的設(shè)計方法。近年來，針對此類道路橋梁邊坡的受力問題及其防護措施的學(xué)術(shù)研究取得了一系列有價值的成果。如姬同旭等[1]以實際高速公路建設(shè)工程為例，提出削方減載與抗滑支擋相結(jié)合的組合式橋梁防護措施。劉建華[2]通過室內(nèi)模型，分析了巖質(zhì)邊坡橋梁樁基的受力模式。巨小強[3]以西成高鐵養(yǎng)家河大橋成都側(cè)橋基邊坡為例，采用FLAC3D數(shù)值分析方法，對其不同工況下的穩(wěn)定性進行分析，并提出防護該類型橋墩的治理措施。勾婷穎[4]在分析高速公路邊坡橋梁樁基的受力特點中，經(jīng)過計算提出科學(xué)合理的邊坡保護措施，確保橋梁樁基的穩(wěn)定性。白旭升[5]通過數(shù)值模擬分析、理論分析，研究了高陡邊坡狀況下復(fù)雜橋梁樁基的受力特性。包婷婷[6]通過現(xiàn)場監(jiān)測分析及數(shù)值模擬方法，分析了高速公路邊坡對臨近橋梁墩臺的影響。姬同旭[7]以仁赤線橋梁邊坡為例，采用抗滑樁單樁內(nèi)力的計算方法推導(dǎo)出橋梁邊坡橋墩的內(nèi)力計算方法。上述研究大多針對高速公路橋梁邊坡的橋墩內(nèi)力計算方面，對于高速公路橋梁邊坡防護設(shè)計的研究內(nèi)容較少。由于高速公路橋梁邊坡防護受地形地貌的限制，不能像高速公路路基邊坡那樣采用大直徑抗滑樁對邊坡進行加固，而且由于高速公路車輛人流密集，涉及公共安全，關(guān)系重大，因此開展高速公路橋梁邊坡支護設(shè)計研究是十分必要的。為此，本文以貴州省六盤水至威寧高速公路市某大橋為工程實例，充分考慮邊坡和橋墩的相互作用，開展高速公路橋梁邊坡的防護措施加固效果分析研究。

1 工程概況

該大橋全長3 782 m，為全線控制性工程。該橋D號橋墩位于一陡斜坡區(qū)域，D號橋墩橋臺右側(cè)引道開挖至設(shè)計標(biāo)高后，形成高約34 m巖質(zhì)坡，該邊坡從上到下依次為素填土、紅黏土、塊石土、強風(fēng)化白云質(zhì)灰?guī)r、中風(fēng)化白云質(zhì)灰?guī)r，強風(fēng)化白云巖巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，結(jié)合極差，遇水易軟化。施工期受強降雨影響，在調(diào)查期間發(fā)現(xiàn)D號橋墩前緣可見3～5 cm裂縫，D號橋墩北側(cè)草叢中有貫通的剪切裂縫，長約15～17 m，后緣拉裂縫已形成，滑坡前緣位于施工便道前方，變形區(qū)直接威脅到D號橋墩的安全，需要引起重視并采取合理處理措施以確保橋梁安全，本文選取D號橋墩所在的斷面進行高速公路邊坡橋墩加固效果分析研究。見圖1。

圖1 邊坡剖面圖及橋墩、防護措施布置圖

2 高速橋梁邊坡穩(wěn)定性分析

2.1 赤平投影分析

挖后形成高約30～34 m之間巖土組合邊坡，開挖后土體部分易發(fā)生圓弧滑動；巖體部分根據(jù)本次勘察在邊坡范圍內(nèi)實測統(tǒng)計的節(jié)理繪制其赤平投影圖，現(xiàn)根據(jù)赤平投影圖進行分析評價(注：開挖面按坡率1∶0.6進行繪制)。根據(jù)赤平極射投影圖(圖2)分析可知，巖層傾向與坡向夾角為21°，為順向坡，且傾角小于邊坡坡角，為外傾不利結(jié)構(gòu)面。節(jié)理J1與坡向夾角為0°，為順向結(jié)構(gòu)面，但傾角遠(yuǎn)大于邊坡坡角，沿J1發(fā)生滑動的可能性小。邊坡開挖后，邊坡易沿巖層面發(fā)生圓弧滑動。

圖2 赤平投影分析圖

2.2 數(shù)值模擬分析

高速公路邊坡上的橋墩穩(wěn)定性研究類似于樁結(jié)構(gòu)和巖土體相互作用的問題。本文采用數(shù)值模擬方法對高速公路高陡邊坡上的橋墩穩(wěn)定性進行研究[1]。模型長110 m、寬6 m、高34 m，橋墩采用樁結(jié)構(gòu)單元進行模擬[1]。該邊坡(橋墩布置位置已在圖3中顯示)三維模型參見圖3。模型底部固定，頂部自由前后左右邊界施加X方向約束，坡體表面Y方向自由約束；邊坡初始應(yīng)力為自重應(yīng)力。

由于該處滑體主要為受構(gòu)造面切割呈塊狀的白云巖，根據(jù)鉆探結(jié)果顯示其滑動面為原巖構(gòu)造面，粉質(zhì)黏土含量極少，無法采取土樣進行土工試驗。因此，本次計算參數(shù)主要采用反算法、地層類比法及經(jīng)驗數(shù)據(jù)法進行綜合選取，巖土體參數(shù)(均以飽和工況為準(zhǔn))見表1，橋墩結(jié)構(gòu)計算參數(shù)見表2、框架梁結(jié)構(gòu)參數(shù)見表3、錨桿結(jié)構(gòu)參數(shù)見表4。

圖3 有限元模型圖

表1 巖土體參數(shù)表

表2 橋墩結(jié)構(gòu)計算參數(shù)表

表3 框架梁結(jié)構(gòu)參數(shù)

表4 錨桿結(jié)構(gòu)參數(shù)

2.3 無支護條件下橋梁邊坡橋墩穩(wěn)定性分析

為反映出該邊坡的真實情況，本次僅對飽和工況下的情況進行模擬分析[1]。在未加防護措施的情況下，該段邊坡處于不收斂狀態(tài)。邊坡X方向位移云圖見圖4、橋墩樁身水平向位移值見圖5、橋墩樁身彎矩見圖6。

由此可知，在飽和工況且未加防護的情況下1#橋墩樁身最大位移為7.083 cm，橋墩樁身最大彎矩為1.82×104kN·m。

圖4 飽和工況下邊坡X方向位移云圖

圖5 未施加防護措施的橋墩水平位移圖

圖6 未施加防護措施的橋墩彎矩圖

2.4 墩身穩(wěn)定性驗算

通過已有研究成果[7]，計算出橋墩能承受的最大彎矩為7.14×103kN·m。從上圖得出的1#墩的樁身最大彎矩值大于該限值。

3 框架錨桿加固效果分析

從以上分析可見，在不加防護措施、邊坡處于飽和工況的情況下，A號墩1#墩樁身最大水平位移值及樁身最大彎矩值均大于規(guī)范要求。在此種情況下，需采取合理的措施來對邊坡進行防護。

鑒于本路段屬于高速公路斜坡路段，用地條件有限，抗滑樁等占地面積較大的支擋結(jié)構(gòu)物在此類工程中使用較少，本文結(jié)合現(xiàn)場實際情況選擇框架錨桿結(jié)構(gòu)對該橋梁邊坡進行加固。從上至下第一排錨桿錨固深度為5 m、第二排錨桿錨固深度為5.5 m、第三排錨桿錨固深度為依次為4.5，3，1.5 m?？蚣苠^桿布置見圖7。施加防護措施后邊坡的水平位移情況見圖8，橋墩樁身位移及彎矩見圖9-圖10。

圖7 錨桿結(jié)構(gòu)布置圖

圖8 施加防護措施后邊坡水平位移圖

圖9 施加防護措施后橋墩水平位移圖圖

圖10 施加防護措施后橋墩彎矩圖

由分析結(jié)果可知，在飽和工況施加防護的情況下，1#橋墩樁身最大位移為1.417 cm，滿足規(guī)范關(guān)于橋墩水平位移限值的要求。橋墩樁身最大彎矩為3.21×103kN·m，小于橋墩能承受的最大彎矩，且由邊坡位移云圖可知邊坡區(qū)域穩(wěn)定狀態(tài)，驗證了框架錨桿結(jié)構(gòu)加固該類型橋梁邊坡的有效性。

4 結(jié) 論

本文以貴州省六盤水至威寧高速公路某大橋為工程實例，對錨桿框架結(jié)構(gòu)加固橋梁邊坡的效果進行分析研究，得到以下結(jié)論：

1) 施工過程中，邊坡下滑產(chǎn)生的推力是橋墩產(chǎn)生形變的主要原因。

2) 在飽和工況條件下，橋墩頂部水平向位移超過規(guī)范要求限值，且橋墩的樁身最大彎矩值遠(yuǎn)大于橋墩的抗彎強度，并導(dǎo)致橋墩產(chǎn)生一定的傾斜度，需要進行加固處理。

3) 為防止橋墩傾斜的進一步加大，綜合以上分析，設(shè)計單位對該段邊坡采取了框架錨桿加固的治理措施。加固后，邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)，且橋墩頂部位移值和樁身最大彎矩均滿足要求。鑒于該大橋是整段線路的控制性工程，建議在施工完后對重點部位進行監(jiān)測。