陳玉新，郭建輝，陳似華

（廣東博意建筑設(shè)計(jì)院有限公司，廣東佛山 528312）

0 引言

隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)程的推進(jìn)，出現(xiàn)了越來越多的高填方邊坡工程，而預(yù)應(yīng)力錨索樁板墻支護(hù)作為常規(guī)的高填方邊坡支護(hù)結(jié)構(gòu)，得到了較為廣泛的應(yīng)用。但預(yù)應(yīng)力錨索樁板墻中填土-樁-錨索-擋土板之間的相互協(xié)同工作原理非常復(fù)雜[1]，常出現(xiàn)方案選型不合理或施工不滿足規(guī)范要求導(dǎo)致高填方邊坡失穩(wěn)情況，易引發(fā)安全事故。

高填方地區(qū)的工程事故時(shí)有發(fā)生，目前國(guó)內(nèi)外對(duì)高填方地區(qū)采用預(yù)應(yīng)力錨索樁板墻支護(hù)的研究較少。孫書偉等[2]分析了預(yù)應(yīng)力錨索樁板墻在高填方路堤中的受力特性。李中國(guó)[3]分析了兩排預(yù)應(yīng)力錨索樁板墻在高回填土中的受力，總結(jié)了填土高度及預(yù)應(yīng)力錨索對(duì)抗滑樁的影響。富海鷹[4]對(duì)某預(yù)應(yīng)力錨索樁板墻項(xiàng)目中的土壓力、樁身內(nèi)力、錨索內(nèi)力和邊坡沉降進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)及分析。鄭國(guó)星[5]對(duì)某高填方項(xiàng)目加高失穩(wěn)進(jìn)行了分析并提出了相應(yīng)的加固措施。黃建、姚仰平針對(duì)高填方邊坡的失穩(wěn)時(shí)間提出了實(shí)用模型[6]。深入研究高填方地區(qū)預(yù)應(yīng)力錨索樁板墻支護(hù)結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)原因及加固措施具有非常重要的意義。

1 工程概況

工程邊坡靠近河流，坡頂為一至兩層商鋪，現(xiàn)場(chǎng)無(wú)放坡空間，需進(jìn)行垂直支護(hù)，最大支護(hù)高度約16m，最大填土厚度約24m。

擬建場(chǎng)地地貌屬巖溶洼地、溝谷階地地貌，根據(jù)鉆探揭露，場(chǎng)地地層自上而下為填土、強(qiáng)風(fēng)化白云巖、中風(fēng)化白云巖，場(chǎng)地土層物理力學(xué)參數(shù)詳見表1。場(chǎng)地地下水主要為上層滯水和基巖裂隙水，上層滯水賦存于土層和強(qiáng)風(fēng)化巖石的孔隙中。項(xiàng)目距河流較近，河流百年洪水位最高約絕對(duì)標(biāo)高586m。

表1 土層物理力學(xué)參數(shù)

2 原設(shè)計(jì)方案

原設(shè)計(jì)在滿足安全可靠以及使用條件的同時(shí)，考慮經(jīng)濟(jì)性和景觀要求，采用常規(guī)的錨索樁板墻支護(hù)結(jié)構(gòu)，抗滑樁采用直徑1.8m 人工挖孔樁，樁間距為4m，豎向設(shè)三道預(yù)應(yīng)力錨索，豎向間距約3m，橫向間距4m，預(yù)應(yīng)力錨索長(zhǎng)度為30 ～45m，傾角20°，樁間設(shè)置擋土板。具體支護(hù)剖面如圖1 所示。

圖1 原設(shè)計(jì)支護(hù)剖面圖

3 失穩(wěn)原因分析

支護(hù)結(jié)構(gòu)施工完成5 年后，在前期未出現(xiàn)明顯變形的情況下突然失穩(wěn)坍塌，抗滑樁在某個(gè)斷面斷裂，斷裂面基本在一個(gè)標(biāo)高，預(yù)應(yīng)力錨索已破壞，從現(xiàn)場(chǎng)看斷裂處的預(yù)應(yīng)力錨索銹蝕較嚴(yán)重。本次邊坡失穩(wěn)造成了較大的經(jīng)濟(jì)損失，但未發(fā)生人員傷亡情況，具體失穩(wěn)后的照片如圖2 所示。

圖2 現(xiàn)場(chǎng)失穩(wěn)照片

通過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研及施工資料查驗(yàn)，認(rèn)為邊坡失失穩(wěn)主要有以下幾個(gè)原因：

（1）該工程回填土較厚，施工回填土?xí)r未按規(guī)范及圖紙要求進(jìn)行分層壓實(shí)，壓實(shí)度不滿足規(guī)范要求，導(dǎo)致后期填土在自重作用下發(fā)生固結(jié)沉降。經(jīng)過5 年的時(shí)間沉降還未穩(wěn)定，固結(jié)沉降仍在進(jìn)行，土體總沉降變形一直在緩慢增大。由于錨索側(cè)向剛度小，錨索隨土體一起緩慢沉降變形，錨索變形后錨索應(yīng)力也逐漸增大，當(dāng)錨索受力超過錨索極限承載力時(shí)導(dǎo)致錨索斷裂。錨索斷裂后所有的土壓力由抗滑樁承擔(dān)，抗滑樁變成懸臂支護(hù)后內(nèi)力急劇增加，最終導(dǎo)致抗滑樁斷裂、邊坡失穩(wěn)。由此可見預(yù)應(yīng)力錨索失效是邊坡失穩(wěn)的直接原因；

（2）該項(xiàng)目回填土較厚，預(yù)應(yīng)力錨索需穿過回填土進(jìn)入中風(fēng)化層一定深度，最長(zhǎng)錨索達(dá)45m，施工難度大，質(zhì)量較難保證；

（3）預(yù)應(yīng)力錨索防腐處理未達(dá)到設(shè)計(jì)要求，邊坡失穩(wěn)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)錨索銹蝕嚴(yán)重，從而加速了預(yù)應(yīng)力錨索斷裂；

（4）預(yù)應(yīng)力錨索自下而上分層施工，施工完下層錨索后需在上部繼續(xù)回填土方及夯實(shí)，后期回填土方的施工會(huì)對(duì)已施工的錨索產(chǎn)生影響；

（5）抗滑樁未滿足規(guī)范要求搭接鋼筋，施工時(shí)在同一個(gè)斷面搭接鋼筋，造成了薄弱位置，失穩(wěn)時(shí)抗滑樁斷裂面平整光滑，發(fā)生脆性破壞。

4 加固方案及分析

4.1 加固方案

由于在高回填土中對(duì)填土及錨索施工要求較高，且對(duì)填土的壓實(shí)度及錨索的施工質(zhì)量要求較高，但施工時(shí)其質(zhì)量往往又難以保證，因此為確保后期邊坡安全，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)條件，加固方案采用“H 型”雙排樁+連梁支護(hù)，前后樁排距為6.3m，樁間距為4.0m，前（后）排抗滑樁樁徑均為2.3m，抗滑樁嵌入完整中風(fēng)化巖石不小于8.0m。

同時(shí)在樁間采用厚度0.4m 現(xiàn)澆板，加固方案如圖3 所示。加固用抗滑樁、冠梁及連梁混凝土強(qiáng)度均為C40，樁間板混凝土強(qiáng)度C30，樁間板設(shè)置泄水孔。加固后邊坡變形穩(wěn)定，同時(shí)滿足現(xiàn)場(chǎng)使用要求，加固后現(xiàn)場(chǎng)照片如圖4 所示。

太醫(yī)諾諾答應(yīng)了，素心轉(zhuǎn)過臉來，朝著青櫻一笑，話也客氣了許多：“回小主的話，主子娘娘要在里頭歇息了，怕今夜不能再去大殿主持喪儀。主子娘娘說了，一切有勞小主了。”

圖3 加固支護(hù)剖面圖

圖4 加固后現(xiàn)場(chǎng)照片

4.2 加固分析

在基本受力分析的基礎(chǔ)上，為了更詳細(xì)了解抗滑樁的內(nèi)力和變形，確保邊坡支護(hù)安全，基于Midas GTS NX 有限元軟件，采用地層結(jié)構(gòu)法對(duì)雙排樁加固方案進(jìn)行數(shù)值模擬。將實(shí)際工況抽象為數(shù)值模擬所采用的施工步驟，首先建立基準(zhǔn)模型，然后對(duì)單元進(jìn)行網(wǎng)格劃分，靠近抗滑樁處的網(wǎng)格劃分較密，遠(yuǎn)離抗滑樁處的網(wǎng)格劃分較疏，如圖5 所示。

圖5 基準(zhǔn)模型的有限元單元

有限元基準(zhǔn)模型包含填土、強(qiáng)風(fēng)化白云巖、中風(fēng)化白云巖三層土體，每層土體的厚度、粘聚力、內(nèi)摩擦角等參數(shù)見表1。基于Midas GTS 軟件本構(gòu)模型特征，填土層采用修正莫爾庫(kù)倫模型，其它土層均采用莫爾庫(kù)倫模型，混凝土連梁及抗滑樁的材料采用線彈性模型。

表2 支護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)

邊坡的有限元模型取平面尺寸寬65m，高40m，頂部荷載取地面均布超載20kPa。在定義分析模型邊界時(shí)，需要定義邊坡底部的豎向自由度和水平方向的水平平動(dòng)自由度，并且在水平方向施加約束垂直于法線的旋轉(zhuǎn)自由度[7]。

在Midas GTS NX 中主要通過單元組的“激活”和“鈍化”來實(shí)現(xiàn)施工步驟的模擬[7]，施工步驟如下：（1）將模型的邊界條件、所有的土層網(wǎng)格單元激活，并勾選“位移清零”，計(jì)算初始地應(yīng)力；（2）激活抗滑樁和連梁，地面均布超載，并勾選“位移清零”；（3）鈍化被挖區(qū)的土體。

通過Midas GTS NX 二維有限元分析，抗滑樁的計(jì)算位移如圖6 所示，抗滑樁的計(jì)算彎矩如圖7 所示。從計(jì)算結(jié)果來看，抗滑樁的最大位移為29.6mm，位于樁頂部，滿足規(guī)范及現(xiàn)場(chǎng)使用要求?？够瑯兜淖畲髲澗匚挥谔钔僚c巖層的交界處及第二道連梁位置，最大彎矩為15968kN·m，其它計(jì)算結(jié)果見表3。同時(shí)對(duì)原設(shè)計(jì)樁錨支護(hù)進(jìn)行建模分析，計(jì)算結(jié)果見表3。

圖6 雙排樁位移

圖7 雙排樁彎矩

表3 計(jì)算結(jié)果

5 結(jié)論

通過對(duì)某預(yù)應(yīng)力錨索樁板墻支護(hù)項(xiàng)目的失穩(wěn)分析，提出了相應(yīng)的加固方案，得出以下結(jié)論：

（1）邊坡失穩(wěn)是諸多因素疊加造成的，在勘察、設(shè)計(jì)、施工各個(gè)環(huán)節(jié)均存在風(fēng)險(xiǎn)源，各方應(yīng)對(duì)風(fēng)險(xiǎn)源進(jìn)行辨識(shí)并且提出相應(yīng)的措施；

（2）預(yù)應(yīng)力錨索樁板墻支護(hù)結(jié)構(gòu)在高填方中應(yīng)用時(shí)，回填土體必須分層壓實(shí)并滿足壓實(shí)度要求值，以降低施工及工后沉降量。若沉降量無(wú)法滿足要求，應(yīng)對(duì)回填區(qū)錨索采取措施進(jìn)行保護(hù)，否則易導(dǎo)致錨索沉降變形，使錨索應(yīng)力過大而導(dǎo)致錨索斷裂破壞，致使整個(gè)受力結(jié)構(gòu)發(fā)生強(qiáng)度破壞；

（3）原設(shè)計(jì)預(yù)應(yīng)力錨索樁板墻計(jì)算位移23mm，整體穩(wěn)定性能2.644，能滿足規(guī)范要求，但一旦錨索失效仍會(huì)發(fā)生較大風(fēng)險(xiǎn)，因此錨索的耐久性是預(yù)應(yīng)力錨索樁板墻在高填方邊坡中成功運(yùn)用的關(guān)鍵。在高填方邊坡中采用“H 型”雙排樁+連梁支護(hù)結(jié)構(gòu)安全性及耐久性優(yōu)于預(yù)應(yīng)力錨索樁板墻支護(hù)結(jié)構(gòu)，加固后的計(jì)算位移29.6mm，整體穩(wěn)定系數(shù)3.689；

（4）通過合理的參數(shù)選取及建模分析，可運(yùn)用Midas GTS NX數(shù)值分析軟件模擬高填方地區(qū)雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)?！癏 型”雙排樁+連梁支護(hù)結(jié)構(gòu)可運(yùn)用于高填方邊坡失穩(wěn)加固，加固效果較好， 可為類似工程提供借鑒。