朱茂強(qiáng)ZHU Mao-qiang

（中國水利水電第七工程局成都水電建設(shè)工程有限公司，成都 611830）

0 引言

邊坡是為了保證路基穩(wěn)定而設(shè)置的坡面，邊坡的穩(wěn)定性在一定程度上關(guān)系著路基的穩(wěn)定，因此如何針對邊坡進(jìn)行加固操作具有重要意義。在當(dāng)前的研究中，針對邊坡加固一般采用抗滑樁加固和預(yù)應(yīng)力錨索加固，抗滑樁加固是一種通過抗滑樁來增加邊坡穩(wěn)定的方案，預(yù)應(yīng)力錨索加固是一種可以承受拉力的裝置系統(tǒng)[1]。在實(shí)際應(yīng)用中，兩者的邊坡加固效果均較為顯著，但是從實(shí)際應(yīng)用中可以得知，預(yù)應(yīng)力錨索技術(shù)的綜合效益明顯高于抗滑樁加固方案[2]。然而在邊坡防護(hù)工作中，針對預(yù)應(yīng)力錨索在其中所體現(xiàn)出來的效益分析仍然尚不明確，因此研究分析了在邊坡加固中的預(yù)應(yīng)力錨索技術(shù)的綜合效益，以期為路基施工提供理論支持。

1 邊坡加固工程概況及問題分析

選取錦屏一級水電站某公路路段邊坡加固工程為研究對象，具體以該公路BK0+060.000～K9+940.000 段邊坡加固工程為例，該路段總長約為210m，邊坡最高達(dá)到了32m。由于存在的地形地貌、地質(zhì)、氣候問題，該路段邊坡受破壞嚴(yán)重，因此需要對其進(jìn)行邊坡加固。研究所選取的路段為4 級邊坡，在邊坡加固中采用抗滑樁加固方案?？够瑯都庸谭桨妇哂泻唵?，受力和作用明確的特點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用中能夠承擔(dān)邊坡下滑帶來的推力。然而由于該段公路BK0+060.000～K9+940.000 所處地理位置多雨，邊坡易受到雨水影響，增加了邊坡面溜塌的可能，因此需要對傳統(tǒng)的抗滑樁加固方案進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化。

2 邊坡加固方案優(yōu)化策略

針對BK0+060.000～K9+940.000 段，采用預(yù)應(yīng)力錨索加固方案進(jìn)行邊坡加固優(yōu)化，錨索設(shè)計施工204 根。預(yù)應(yīng)力錨索加固方案在實(shí)際施工中所體現(xiàn)出來的優(yōu)點(diǎn)包括方便、經(jīng)濟(jì)實(shí)用等，基于以上優(yōu)點(diǎn)，預(yù)應(yīng)力錨索加固方案已經(jīng)逐漸應(yīng)用于多個領(lǐng)域。一般來講，高邊坡中的穩(wěn)定性受到多種因素影響，邊坡中的巖石高度帶來的重力、巖石裂縫中的水壓力等因素導(dǎo)致邊坡受到的剪切力不斷增加，而預(yù)應(yīng)力錨索便是通過拉桿來增加剪切面的阻力，進(jìn)而防止邊坡下滑移動[3-4]。預(yù)應(yīng)力錨索加固方案流程圖見圖1 所示。

圖1 預(yù)應(yīng)力錨索加固方案施工流程

圖1 中顯示，預(yù)應(yīng)力錨索在實(shí)際應(yīng)用中需要經(jīng)過三個主要階段，分別是準(zhǔn)備階段、試驗(yàn)階段、架設(shè)階段。在準(zhǔn)備階段中，包括了原材料準(zhǔn)備、機(jī)具準(zhǔn)備以及施工準(zhǔn)備；在試驗(yàn)階段，需要進(jìn)行基本試驗(yàn)、工藝試驗(yàn)、驗(yàn)收試驗(yàn)、水泥漿試驗(yàn)；在架設(shè)階段就需要進(jìn)行鉆孔、錨索進(jìn)孔、灌漿、結(jié)構(gòu)施工、張拉、鎖錨、封錨等操作。

在預(yù)應(yīng)力錨索應(yīng)用中，主要分為6 個技術(shù)要點(diǎn)，首先是鉆孔，錨索孔的鉆設(shè)是所有操作的首要工作。其次是制作安裝預(yù)應(yīng)力錨索，在預(yù)應(yīng)力錨索制作中，需要保證用料的統(tǒng)一，并且在制作中需要將誤差控制在可允許范圍內(nèi)，即保證錨索精確度。在預(yù)應(yīng)力錨索入孔中，需要查看施工中獲取到的錨索尺寸是否滿足現(xiàn)場的錨索孔，在入孔時容易出現(xiàn)卡索，需要現(xiàn)場施工人員及時處理，保證錨索在錨索孔中的順利進(jìn)入[5-6]。然后需要進(jìn)行注漿施工，注漿施工前較為重要的是檢查設(shè)備的可用性和安全性，在施工中需要通過清水來進(jìn)行模擬注漿，而后進(jìn)行常規(guī)注漿，并在注漿過程中控制壓力，避免注漿失敗，注漿施工人員在注漿過程中還需要對注漿內(nèi)容進(jìn)行實(shí)時記錄，注漿完成后需要對所有的錨固孔進(jìn)行檢查，確保施工質(zhì)量[7]。最后對預(yù)應(yīng)力錨索進(jìn)行預(yù)應(yīng)力張拉，同樣的，在預(yù)應(yīng)力張拉之前，需要確保張拉設(shè)備的可用性和安全性，在張拉過程中逐漸增加張拉力，從10%逐漸增加到100%，并在100%張拉力下持續(xù)30min，記錄伸長值。錨索預(yù)應(yīng)力張拉的施工程序見圖2所示。

圖2 錨索預(yù)應(yīng)力張拉的施工程序

3 預(yù)應(yīng)力錨索加固工程實(shí)施效果

3.1 預(yù)應(yīng)力錨索加固穩(wěn)定性評價

綜合比較抗滑樁與預(yù)應(yīng)力錨索加固方案之間的效果，可以得知，錨索具有更為可靠的受力條件，當(dāng)施加預(yù)應(yīng)力錨固后，邊坡巖體容易受到錨固效應(yīng)，是一種主動受力，而抗滑樁是在巖體發(fā)生下滑時才開始作用，屬于被動受力。并且預(yù)應(yīng)力錨索在作用中能夠?qū)庸痰膸r體產(chǎn)生較為均勻的作用力，保證了邊坡的完整性，進(jìn)而提升其整體強(qiáng)度，增加穩(wěn)定性。此外預(yù)應(yīng)力錨索在施工中只需要進(jìn)行鉆孔操作，對巖體產(chǎn)生的擾動和破壞較小，圍巖開裂可能性降低，強(qiáng)度能夠得到保證。最后預(yù)應(yīng)力錨索在錨固作用中具有可大范圍變化方向的特點(diǎn)，對不同的地質(zhì)特征均具有較為顯著的適應(yīng)性，相較于抗滑樁而言具有更為廣闊的應(yīng)用前景。為了評價預(yù)應(yīng)力錨索的穩(wěn)定性，采用FLAC3D 軟件進(jìn)行有限元模擬，穩(wěn)定性模擬流程圖見圖3 所示。

圖3 邊坡加固方案穩(wěn)定性模擬流程

從圖3 中可以看出，在穩(wěn)定性模擬中，首先建立邊坡的三維分析模型，在三維分析模型建立中，定義了本構(gòu)關(guān)系和材料屬性，同時定義了邊界條件和初始條件。將三維分析模型過渡到平衡狀態(tài)，檢查模型在模擬前的響應(yīng)特性，并判斷其是否滿足需求，無法滿足的模型便需要進(jìn)行三維模型重建。當(dāng)模型做出合理的響應(yīng)后，便執(zhí)行后續(xù)操作，進(jìn)行穩(wěn)定性求解。為了確保穩(wěn)定性求解結(jié)果具有普適性，需要不斷測試檢查模型響應(yīng)特性，并進(jìn)行大量試驗(yàn)，當(dāng)結(jié)果能夠滿足需求后，將結(jié)果進(jìn)行存儲輸出。在測試中通過FLAC3D 軟件模擬，結(jié)果顯示，在預(yù)應(yīng)力錨索加固方案的應(yīng)用中，其安全系數(shù)值達(dá)到了1.5，計算模擬抗滑樁加固方案，結(jié)果中顯示其安全系數(shù)值為1.25。比較預(yù)應(yīng)力錨索加固方案和抗滑樁加固方案之間的安全系數(shù)，可以得知，預(yù)應(yīng)力錨索加固方案的安全性更高，所表現(xiàn)出來的穩(wěn)定性也更高。

3.2 邊坡加固成本控制對比

采用預(yù)應(yīng)力邊坡加固方案，將在工程建設(shè)中，將預(yù)應(yīng)力錨索的錨固力設(shè)置為1000kN，錨索孔徑為110mm，錨束采用6 根鋼絞線編制而成，每根鋼絞線的直徑大小為15.2mm。從抗滑樁和預(yù)應(yīng)力錨索加固方案的成本控制效果來具體分析其在施工工程實(shí)施效益，見圖4 所示。

從圖4 中可以看出，在人員投入、主材以及輔材等指標(biāo)中的成本比較中顯示，預(yù)應(yīng)力錨索加固方案的成本顯著低于抗滑樁加固方案，預(yù)應(yīng)力錨索在機(jī)械費(fèi)用中的成本高于抗滑樁加固方案。從圖4 的成本比較中可以得知，在邊坡加固中的成本控制，預(yù)應(yīng)力錨索加固方案的效果更為明顯，即預(yù)應(yīng)力錨索加固相較于抗滑樁加固而言所產(chǎn)生的施工成本更低，帶來的效益更高。

圖4 邊坡加固方案成本控制對比

4 預(yù)應(yīng)力錨索邊坡加固綜合效益分析

4.1 經(jīng)濟(jì)效益分析

邊坡加固方案的加固效果不僅僅體現(xiàn)在邊坡穩(wěn)定性控制中，也體現(xiàn)在邊坡加固施工中的經(jīng)濟(jì)效益中。經(jīng)濟(jì)效益指的是一項施工方案在實(shí)施中的成本控制，成本控制包括施工前的原材料準(zhǔn)備和施工中的材料浪費(fèi)情況。在預(yù)應(yīng)力錨索加固方案施工中，研究比較了其與抗滑樁加固方案之間的工程造價差異。

在抗滑樁加固方案中，研究所產(chǎn)生的工程造價為311.17 萬元，在預(yù)應(yīng)力錨索加固方案中，研究中所產(chǎn)生的工程造價為111.26 萬元。此外，計算兩種邊坡加固方案下的每米加固費(fèi)用，抗滑樁加固方案的每米加固費(fèi)用為0.9957 萬元，預(yù)應(yīng)力錨索加固方案的每米加固費(fèi)用為1.0017 萬元，兩者費(fèi)用相差不大。比較預(yù)應(yīng)力錨索加固方案與抗滑樁加固方案之間的每立方米邊坡加固產(chǎn)生的費(fèi)用，在抗滑樁加固方案的費(fèi)用計算中顯示，由于抗滑樁在加固中并未對樁后的邊坡部分進(jìn)行加固處理，因此體積計算中僅考慮樁前加固部分，得出結(jié)果為163.42 元/m3。在預(yù)應(yīng)力錨索加固方案費(fèi)用計算中，由于預(yù)應(yīng)力錨索加固方案能夠?qū)吰逻M(jìn)行完整性的錨固，因此在體積計算中需要將邊坡中的所有部分進(jìn)行考慮，計算得到的費(fèi)用為49.01 元/m3，顯著低于抗滑樁的單位體積費(fèi)用。因此從以上結(jié)果可以得知，預(yù)應(yīng)力錨索加固方案的經(jīng)濟(jì)效益顯著，相較于抗滑樁加固方案而言，預(yù)應(yīng)力錨索加固方案在整體工程造價以及邊坡加固中的單位體積加固費(fèi)用均低于抗滑樁加固方案，具有較高的實(shí)用價值。

4.2 社會效益分析

在邊坡加固中，研究對比分析了預(yù)應(yīng)力錨索加固方案與抗滑樁加固方案之間的加固效果以及兩個方案之間的經(jīng)濟(jì)效益差異，為了更清晰了解到預(yù)應(yīng)力加固方案的綜合效益，研究中進(jìn)一步分析了兩種方案的社會效益。

①資源投入，可以從方案實(shí)施中發(fā)現(xiàn)，抗滑樁加固方案工程是一個群體作業(yè)的項目，在施工過程中，施工人員具有較高的密集程度，并且抗滑樁加固方案對施工人員的體力要求較高，屬于一種高強(qiáng)度的體力勞動。因此在抗滑樁加固方案的實(shí)施過程中，人員投入量大，進(jìn)而導(dǎo)致物質(zhì)消耗量增加。而在預(yù)應(yīng)力錨索加固方案的實(shí)施中，所投入的勞動力集中在編錨索以及澆鑄錨墩中，并且機(jī)械化施工帶來的勞動整體強(qiáng)度降低。此外由于機(jī)械化的智能效果，資源消耗和浪費(fèi)也較少。

②施工方案的安全性，從兩個方案的加固效果評價中可以得知，經(jīng)過模擬計算，預(yù)應(yīng)力錨索的安全系數(shù)為1.5，顯著高于抗滑樁加固方案的安全系數(shù)。在預(yù)應(yīng)力加固方案的施工過程中，由于其主要是以機(jī)械施工為主，因此在施工中的人員參與度較低，安全容易得到保證。而抗滑樁加固方案通常采用人工挖井，且井深能夠達(dá)到15m，在井中作業(yè)時，極易發(fā)生安全事故。

③邊坡加固方案對邊坡的影響，抗滑樁加固方案一般是通過放炮形式進(jìn)行施工，在放炮階段，巖體受到?jīng)_擊后容易出現(xiàn)內(nèi)部裂隙，導(dǎo)致巖體結(jié)構(gòu)破壞，改變巖石內(nèi)部力學(xué)性能。而預(yù)應(yīng)力錨索加固方案在施工中不需要進(jìn)行放炮開挖，只需要進(jìn)行機(jī)械化的鉆孔操作，對邊坡下的巖體所造成的擾動和破壞較小，保證了巖體的完整性，使巖體在后續(xù)的加固防護(hù)過程中能夠承受一定程度的破壞影響。

5 結(jié)語

路基施工中的邊坡穩(wěn)定性具有重要意義，針對邊坡的穩(wěn)定性處理，現(xiàn)有的施工都會對其進(jìn)行加固。研究中針對現(xiàn)有加固方案存在的缺點(diǎn)，提出預(yù)應(yīng)力錨索邊坡加固方案，并分析其施工效果和綜合效益。在結(jié)果中顯示，預(yù)應(yīng)力錨索加固相較于抗滑樁加固而言，效果更佳，并且在經(jīng)濟(jì)效益分析中顯示，預(yù)應(yīng)力錨索加固方案的工程造價以及單位體積費(fèi)用均低于抗滑樁。在社會效益分析中顯示，預(yù)應(yīng)力錨索加固方案具有更高的安全性，邊坡加固后的穩(wěn)定性更強(qiáng)。