何海亮

（中冶京誠工程技術(shù)有限公司）

減小水的作用、改變土質(zhì)巖體的平衡條件、增強(qiáng)土質(zhì)巖體的力學(xué)性能是邊坡支護(hù)工程的主要思路。預(yù)應(yīng)力錨桿強(qiáng)度高，能夠讓邊坡達(dá)到要求的安全度，并且預(yù)應(yīng)力錨桿在工程實踐中，呈現(xiàn)出卓著的施工效果。近些年，我國邊坡支護(hù)工程建設(shè)數(shù)量越來越多，預(yù)應(yīng)力錨桿的設(shè)計也受到了業(yè)界的廣泛重視。因此，探討預(yù)應(yīng)力錨桿在高邊坡穩(wěn)定防護(hù)中的設(shè)計要點(diǎn)，具有極其重要的現(xiàn)實意義。

1 工程概況

1.1 工程概述

平和縣北環(huán)路延伸段道路工程(一期工程) 項目位于平和縣。平和縣地處福建省閩南金三角的漳州市西南部閩粵交界處，選取段落“(起點(diǎn)樁號K0+000，X=2701996.430，Y= 535239.984、終點(diǎn)樁號K6+024.462，X=2697829.798，Y=531899.298)”。

1.2 工程地質(zhì)及水文條件

工程施工區(qū)域地形地貌為于殘丘坡麓地貌、沖洪積地貌，擬建場地自上而下由填土①、淤泥質(zhì)土②1、粉質(zhì)粘土②1、中砂②3、卵石②4、粉質(zhì)粘土③、殘積砂質(zhì)粘性土④1、凝灰?guī)r殘積粘性土④2、全風(fēng)化花崗巖⑤1、全風(fēng)化凝灰?guī)r⑤2、砂礫狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖⑥1、砂土狀強(qiáng)風(fēng)化凝灰?guī)r⑥2、碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖⑦1、碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化凝灰?guī)r⑦2、中風(fēng)化花崗巖⑧1、中風(fēng)化凝灰?guī)r⑧2等組成。

沿線地表水主要分布于水溝、魚塘及當(dāng)?shù)刂饕蹈唠H溪，高際溪跨越河流段寬約80m。地下水主要賦存于填土、中砂、卵石層孔隙中，(坡積)粉質(zhì)粘土、全風(fēng)化巖、砂礫(土)狀強(qiáng)風(fēng)化巖孔隙、網(wǎng)狀裂隙中和碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化巖、中風(fēng)化巖裂隙中的潛水或承壓水。

2 邊坡穩(wěn)定性分析

根據(jù)現(xiàn)場情況以及室內(nèi)試驗結(jié)果，進(jìn)一步確定邊坡的巖體以及軟弱夾層。以斷面K0+980 右側(cè)深挖路塹斷面為分析試驗對象，結(jié)果表明，邊坡平面滿足一般的平面滑動條件，且邊坡頂部存在軸線、走向小角度相交張裂間隙構(gòu)成的滑動體后緣拉裂面，基于此，采用“剛體極限”理論對邊坡的穩(wěn)定度進(jìn)行計算分析（不考慮斷層側(cè)面的抗滑作用）。為簡化結(jié)算規(guī)程，在計算的過程中，將后緣拉裂面的間距取值為5m，計算過程如圖1 所示，最終得到的安全系數(shù)由表1 所示，不滿足穩(wěn)定性要求，必須對邊坡進(jìn)行合理加固。

圖1 邊坡穩(wěn)定性計算以及加固簡圖

表1 邊坡穩(wěn)定性安全系數(shù)

3 錨桿支護(hù)參數(shù)對預(yù)應(yīng)力錨桿支護(hù)效果的數(shù)值模擬

在模擬結(jié)果中，不同錨桿預(yù)應(yīng)力參數(shù)結(jié)果為：錨桿的預(yù)應(yīng)力為100kN～220kN 時，錨桿形成的應(yīng)力范圍較大，各個應(yīng)力區(qū)域之間可構(gòu)成相互連接、疊加的效果，整體性較強(qiáng)，錨桿主動支護(hù)效果較好。由此可見，錨桿預(yù)應(yīng)力參數(shù)會直接影響到錨桿支護(hù)成效；在預(yù)應(yīng)力為20kN～80kN 的情況下，錨桿越長，實際支護(hù)效果越差，主動支護(hù)效果甚微，所以需有效協(xié)調(diào)長度和預(yù)應(yīng)力參數(shù)之間的關(guān)系；錨桿的間距越大，那么錨桿形成的壓應(yīng)力區(qū)整體性越差，錨桿的間距越小，構(gòu)成的應(yīng)力區(qū)距離越小，由此判斷，錨桿密度對實際支護(hù)效果的影響，存在一個有效區(qū)間；在垂直布置的狀態(tài)下，錨桿和錨桿間的壓應(yīng)力呈現(xiàn)相互疊加的狀態(tài)，在錨桿角度為15°的情況下，錨桿之間構(gòu)成的有效壓應(yīng)力區(qū)呈現(xiàn)出相互分離的狀態(tài)，部分壓力區(qū)明顯分離，錨桿支護(hù)成效不盡人意，在錨桿角度為15°～45°區(qū)間，錨桿的角度越大，有效支護(hù)區(qū)域越?。挥蓤D2 所示，端部錨固因錨桿不受約束的段比較長，錨桿預(yù)應(yīng)力作用范圍比較大，但是中部的壓應(yīng)力卻受到了一定影響；在加長錨固的情況下，錨桿的不受約束的段較短，預(yù)應(yīng)力作用范圍比較小，形成的有效壓力區(qū)域也比較小；在全長錨固的情況下，所有錨桿都受到有效約束，但是壓應(yīng)力區(qū)卻比較小。由此可見，全長、加長錨固的實際錨固效果，皆不如端部錨固的效果。

圖2 不同錨固方式錨桿預(yù)應(yīng)力場分布圖

4 邊坡錨固設(shè)計

4.1 預(yù)應(yīng)力錨桿組成

本工程采用錨桿加固高邊坡，讓地層和結(jié)構(gòu)可緊密的結(jié)合在一起，構(gòu)成一個共同工作的復(fù)合體，有效承受拉力、剪力，避免出現(xiàn)土體位移等情況。預(yù)應(yīng)力錨桿結(jié)構(gòu)主要由錨頭、自由段、錨固段構(gòu)成，具體結(jié)構(gòu)可見圖3、圖4。

圖3 錨桿結(jié)構(gòu)示意圖

圖4 錨索結(jié)構(gòu)示意圖

錨頭：由墊墩、錨具、保護(hù)帽、外端錨筋構(gòu)成，主要用作鎖定錨桿拉力；②錨固段：將拉力傳遞至穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的部分，其長度根據(jù)實際情況計算獲取，利用水泥漿將錨固段和高邊坡結(jié)合在一起；③自由段：由防腐構(gòu)造、拉筋、注漿管構(gòu)成，是將錨頭拉力傳遞至錨固段的中介區(qū)段。

邊坡錨桿的入射角度為15°，肋柱尺寸為0.6m×0.4m，沿道路走向間距為1.8m～2.1m（需根據(jù)實際情況合理調(diào)整），錨桿在入土層假想破裂面5.5m～6.5m（需根據(jù)實際情況統(tǒng)一）。

4.2 預(yù)應(yīng)力錨桿設(shè)計

③邊坡側(cè)向壓力確定需要綜合考慮到巖石等效內(nèi)摩擦角、側(cè)向巖石壓力、側(cè)向土壓力的計算，然后再參考外傾結(jié)構(gòu)面修正參數(shù)，取兩次計算結(jié)果的最大值。經(jīng)過計算，本工程中側(cè)向巖石壓力為452kN、側(cè)向巖石壓力的修正系數(shù)為1.34，最終結(jié)果為605kN。

⑤錨桿張拉力采用公式伸長量=PL/EA 進(jìn)行計算，其中P 為張拉應(yīng)力，理論伸長量對應(yīng)的應(yīng)該是理論應(yīng)力，實際伸長量可以反算處實際應(yīng)力；L 為鋼束的有效長度，自錨固端至張拉錨具之間的距離；E 為鋼材的彈性模量；A 為鋼材的斷面面積（公式指的是理論狀態(tài)下預(yù)應(yīng)力鋼筋的伸長量，不包含摩擦阻力損失和錨口損失，最終張拉力確定、間距確定均參考伸長量）。另外，采用有限差分?jǐn)?shù)計算軟件FLAC，模擬錨桿角度，最終選取40°進(jìn)行施工。

4.3 排水措施

本段邊坡坡體地下水較為發(fā)育，設(shè)計采用仰斜式排水孔引排地下水。路塹頂5m 外設(shè)置截水溝，將地表水引入邊溝中。

5 邊坡設(shè)計結(jié)果

選取工程中10%錨桿進(jìn)行載荷試驗，試驗用載荷為設(shè)計載荷的1.5 倍，安全系數(shù)K=2.0。并在不同部位設(shè)置位移觀測點(diǎn)，持續(xù)180d 對錨桿的位移發(fā)展情況進(jìn)行監(jiān)測，最終監(jiān)測結(jié)果表明結(jié)構(gòu)支護(hù)體系滿足高邊坡防護(hù)需求，支護(hù)效果良好，符合《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》（GB50330-2002）中的要求，符合永久性土層錨桿安全性需求，且成本較低，實用性較高。

6 結(jié)束語

綜上所述，錨桿的長度、預(yù)應(yīng)力、直徑、密度、錨固方式，直接影響著實際錨固效果，相關(guān)從業(yè)者在設(shè)計的過程中，需綜合考慮到這些設(shè)計要點(diǎn)的影響，結(jié)合實際支護(hù)需求來選擇參數(shù)，這樣才能保證支護(hù)質(zhì)量。