鄧躍華

（中國鐵建十六局集團第二工程有限公司 天津 300162）

1 引言

高強鋼筋［1－3］通常是指屈服強度不小于400 MPa的普通熱軋、細晶粒和余熱處理鋼筋，與普通鋼筋相比具有強度高、綜合性能優(yōu)良、節(jié)約環(huán)保、使用壽命長、安全性高等優(yōu)點。其優(yōu)異的力學(xué)性能能夠有效降低工程中鋼筋用量、提高工程施工質(zhì)量。當前，隨著工程建設(shè)規(guī)模不斷擴大，面對能源、資源不足，環(huán)境污染加重的形勢，高強鋼筋的應(yīng)用與推廣，在節(jié)材方面可取得顯著成效，對建設(shè)節(jié)約型社會具有重大意義［4－5］。

然而目前我國高強鋼筋只是成功應(yīng)用于建筑樓房、煤礦巷道、風能基礎(chǔ)、重載公路、地鐵車站等領(lǐng)域，在工程建設(shè)等領(lǐng)域并未得到廣泛推廣，尤其是鐵路工程中還沒有應(yīng)用先例。因此，推廣高強鋼筋在鐵路工程中的應(yīng)用，為高強鋼筋在鐵路工程中的全面推廣提供理論技術(shù)支撐，研究高強錨桿在鐵路路基邊坡支護中的適用性十分必要［6］。

2 工程背景

新建成蘭鐵路CLZQ-4標位于成都平原北部，沿線多為水田及旱地，灌溉溝渠縱橫交錯。工程區(qū)域表覆第四系全新人工填筑土，下伏松軟土、粗圓礫土、卵石土。地層巖性主要以千枚巖、板巖為主，局部段落夾砂巖、灰?guī)r，零星分布花崗巖。受構(gòu)造影響，多表現(xiàn)出強烈的揉皺變形和擠壓破碎，軟巖和破碎巖巖性條件極差。

區(qū)域內(nèi)地下水類型主要有第四系松散層孔隙潛水、碎屑巖類裂隙孔隙水、基巖裂隙水。第四系松散層孔隙潛水主要分布于區(qū)內(nèi)河流兩岸第四系松散堆積層內(nèi)，賦存孔隙水，富水性較好。

路基高邊坡采用錨桿框架梁支護，JK0＋970～JK1＋030區(qū)段位于安縣貨場，基線右側(cè)挖方邊坡較高，最大高度為18 m，主要位于泥巖弱風化層中，化學(xué)環(huán)境類型為化學(xué)侵蝕環(huán)境及氯鹽環(huán)境，地表水對混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件無侵蝕作用。該邊坡區(qū)域露出層主要是由粉質(zhì)黏土、灰?guī)r、泥巖風化碎屑構(gòu)成，露出層厚度在2～3 m之間，露出層以下為6 m厚強風化泥巖、中風化泥巖和弱風化泥巖。將JK0＋970～JK1＋030路基高邊坡錨桿框架梁支護段落作為對比試驗段，該段邊坡地質(zhì)分布均勻，參數(shù)基本類似，試驗的可比性能夠保證。

3 錨桿強度對比

JK0＋970～JK1＋030區(qū)段錨桿框架梁采用矩形布置，開挖后邊坡為一級邊坡和二級邊坡，一級邊坡高度為8 m，坡度為1∶1.25；二級邊坡高度為5.2 m，坡度為1∶1.25，一級邊坡與二級邊坡之間有一2 m寬平臺?？蚣芰夯炷翉姸鹊燃墳镃35，框架梁間距3.0 m。錨桿體一般垂直于坡面布置，錨桿布點位置位于每兩段框架梁交接的節(jié)點上。錨桿注漿壓力為0.2～0.4 MPa，注漿材料選用水灰比0.45～0.5、灰砂比為1∶1的M35水泥砂漿。錨桿參數(shù)如表1所示。

表1 錨桿參數(shù)對比

4 試驗方案

選取JK0＋970～JK1＋000為高強錨桿支護試驗區(qū)間，采用熱處理高強螺紋鋼筋錨桿支護，錨桿總數(shù)約40根，直徑為22 mm，長8 m／根。

選取JK1＋000～JK1＋030為普通錨桿支護試驗區(qū)段，采用普通螺紋鋼筋錨桿支護，錨桿總數(shù)約40根，直徑32 mm，長8 m／根。每個試驗區(qū)段布設(shè)兩個測試斷面，每個測試斷面布設(shè)4根測力錨桿，每根錨桿布設(shè)3個鋼筋軸力測點，在測力錨桿附近位置布置邊坡位移測點。錨桿軸力采用鋼筋計進行測試，邊坡位移采用全站儀測試。

（1）鋼筋計布設(shè)

鋼筋計安裝時，將每根8 m長錨桿截斷成4節(jié)，3個截斷點處采用與錨桿粗細相同的鋼筋計滿焊焊接牢固；焊接完成后檢查是否有缺陷，排除漏焊、半焊等焊接不合格區(qū)域，保證試驗成功。

（2）邊坡位移監(jiān)測

每個試驗區(qū)段內(nèi)設(shè)置兩個監(jiān)測斷面，其中JK0＋985與JK0＋988為高強錨桿監(jiān)測斷面，每個監(jiān)測斷面埋設(shè)4個監(jiān)測錨桿；JK1＋015與JK1＋018為普通錨桿監(jiān)測斷面，每個監(jiān)測斷面埋設(shè)4個監(jiān)測錨桿。在一級邊坡與二級邊坡之間平臺處，22 mm高強錨桿與32 mm普通錨桿監(jiān)測斷面各埋設(shè)一個邊坡位移觀測樁。位移觀測樁采用混凝土樁，樁中心為φ14 mm鋼筋，刻畫十字線，外露5 mm，采用全站儀進行觀測。

5 監(jiān)測結(jié)果及對比分析

錨桿與儀器埋設(shè)完成后，取第一時間采集的數(shù)據(jù)為初始值，初始幾天無特殊情況堅持每天進行數(shù)據(jù)采集，后期數(shù)據(jù)采集頻率可適當下降。本次錨桿軸力監(jiān)測期為100 d，位移監(jiān)測期為20 d。由于路基邊坡工程露天，無遮雨設(shè)施，數(shù)據(jù)采集時為保護儀器應(yīng)避免在雨天進行［7－10］。

5.1 錨桿受力監(jiān)測分析

22 mm高強錨桿試驗段8個監(jiān)測錨桿（MG1～MG8）的錨桿受力時程監(jiān)測結(jié)果如圖1～圖3所示，其中每根錨桿上設(shè)置3個受力監(jiān)測點，以里側(cè)監(jiān)測點、中間監(jiān)測點、外側(cè)監(jiān)測點進行標記。

圖1 高強錨桿里側(cè)軸力時程曲線

圖2 高強錨桿中間軸力時程曲線

圖3 高強錨桿外側(cè)軸力時程曲線

通過整理不同坡高處、不同埋深位置的軸力值，22 mm高強錨桿軸力空間分布如圖4所示。

圖4 高強錨桿軸力空間分布

32 mm普通錨桿試驗段8個監(jiān)測錨桿（MP1～MP8）的錨桿受力時程監(jiān)測結(jié)果如圖5～圖7所示，其中每根錨桿上有3個受力監(jiān)測點，以里側(cè)監(jiān)測點、中間監(jiān)測點、外側(cè)監(jiān)測點進行標記。

圖5 普通錨桿內(nèi)側(cè)軸力時程曲線

圖6 普通錨桿中間軸力時程曲線

圖7 普通錨桿外側(cè)軸力時程曲線

通過整理不同坡高處、不同埋深位置的軸力值，32 mm普通錨桿軸力空間分布如圖8所示。

圖8 普通錨桿軸力空間分布

（1）22 mm高強錨桿與32 mm普通錨桿的軸力時程發(fā)展規(guī)律基本一致，同一錨桿上里側(cè)、中間、外側(cè)3點軸力發(fā)展大體上呈現(xiàn)出一致性，先小幅度增加，隨后呈現(xiàn)出短暫受壓狀態(tài)，然后緩慢向受拉趨勢發(fā)展。從錨桿不同埋深部位所受軸力時程發(fā)展曲線而言，越靠近里側(cè)，錨桿軸力發(fā)展越穩(wěn)定，受外界因素干擾程度越??；而外側(cè)部位所受軸力發(fā)展起伏較大，更容易受到外部因素干擾。按照趨勢而言，外側(cè)部位所受軸力總體最大，且相同部位采用22 mm高強錨桿的軸力發(fā)展穩(wěn)定程度要優(yōu)于32 mm普通錨桿。

（2）從同一根錨桿不同部位軸力空間分布大小來看，22 mm高強錨桿與32 mm普通錨桿的空間分布規(guī)律基本一致，呈現(xiàn)出“外大內(nèi)小”的分布特點，外側(cè)部位所受軸力要大于內(nèi)側(cè)部位，且越靠近坡腳位置越明顯。

（3）從監(jiān)測斷面不同高度錨桿軸力分布來看，同一斷面處錨桿軸力分布呈現(xiàn)出“上大下小”的特點，高處的錨桿所受軸力整體上要小于低處錨桿，坡腳位置處錨桿所受軸力要大于其他部位。

（4）對比軸力大小，采用22 mm高強錨桿所受最大軸力為5.74 kN，所受軸力監(jiān)測平均值為2.36 kN；而采用32 mm普通錨桿所受最大軸力為6.68 kN，為高強錨桿的1.16倍，所受軸力監(jiān)測平均值為2.91 kN，為高強錨桿的1.23倍。對比可見，采用22 mm高強錨桿各點所受軸力普遍小于32 mm普通錨桿。

（5）錨桿軸力發(fā)展受降水影響較大，如監(jiān)測后第13天出現(xiàn)大規(guī)模降水，錨桿軸力明顯出現(xiàn)增大，因此，邊坡支護設(shè)計時應(yīng)充分考慮降水因素。

5.2 邊坡位移監(jiān)測分析

采用全站儀對監(jiān)測斷面處埋設(shè)的邊坡位移觀測樁進行位移監(jiān)測［11］，整理監(jiān)測數(shù)據(jù)如圖9、圖10所示。

圖9 邊坡水平位移發(fā)展曲線

圖10 邊坡豎直位移發(fā)展曲線

（1）采用22 mm高強錨桿與采用32 mm普通錨桿邊坡支護斷面邊坡位移發(fā)展趨勢基本一致，早期邊坡位移發(fā)展迅速，一周后邊坡位移發(fā)展趨緩。同邊坡錨桿受力類似，邊坡位移也受降水影響，降水期間邊坡位移增幅加大，因此邊坡支護設(shè)計要充分考慮降水因素的不利影響。

（2）22 mm高強錨桿支護斷面邊坡水平位移達到16.4 mm，豎直位移為10.9 mm；32 mm普通錨桿支護斷面邊坡水平位移達18.3 mm，豎直位移為13.1 mm，同一支護斷面邊坡水平位移要大于豎直位移。

（3）采用22 mm高強錨桿支護斷面邊坡水平位移為32 mm普通錨桿支護斷面的89.6%，采用22 mm高強錨桿支護斷面邊坡豎直位移為32 mm普通錨桿支護斷面的83.2%，可見采用22 mm高強錨桿支護斷面邊坡位移要小于32 mm普通錨桿支護斷面，采用22 mm高強錨桿具有較好的控制邊坡位移能力。

6 結(jié)論

22 mm高強錨桿和32 mm普通錨桿支護下邊坡安全系數(shù)、邊坡位移、塑型區(qū)分布、錨桿受力分布特點基本一致。22 mm高強錨桿的安全系數(shù)、受力均要略優(yōu)于32 mm普通錨桿，采用22 mm高強錨桿軸力發(fā)展穩(wěn)定程度略好于32 mm普通錨桿，各位置單根錨桿相同部位的軸力也普遍小于32 mm普通錨桿。采用22 mm高強錨桿支護斷面邊坡位移要小于32 mm支護斷面，采用22 mm高強錨桿顯示出較好的控制邊坡位移能力。就邊坡穩(wěn)定性分析而言，22 mm高強錨桿可以替代32 mm普通錨桿。

與32 mm普通錨桿相比，22 mm高強錨桿每根鋼材耗費節(jié)約53%，直接費用節(jié)約46%。路基邊坡錨桿采用高強鋼筋相對于普通鋼筋結(jié)構(gòu)輕便，便于安裝與運輸，能夠節(jié)約運輸成本，且有利于提高施工效率、加快施工進度、降低施工難度、提高施工安全性，具有可觀的間接經(jīng)濟效益。實際工程中可用22 mm高強錨桿代替32 mm普通錨桿，從而提高工程質(zhì)量及工程安全性、降低用鋼量，達到經(jīng)濟、高效的效果，同時提高我國鐵路工程綠色施工水平［12］。