佟秀文

（中鐵二十二局集團第一工程有限公司，黑龍江哈爾濱 154006）

0 引言

在對深路塹進行挖掘施工期間，不可避免地會擾動整個邊坡結(jié)構(gòu)及力場，破壞其完整性及穩(wěn)固性，進一步降低其力學指標，導(dǎo)致邊坡土質(zhì)松散，無法維持穩(wěn)固的形態(tài)，加之降水、大風等環(huán)境因素也將進一步降低邊坡巖土結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，產(chǎn)生裂隙、斷層等現(xiàn)象，造成邊坡結(jié)構(gòu)失穩(wěn)，影響鐵路建設(shè)安全。相關(guān)技術(shù)人員通過引進預(yù)應(yīng)力錨索樁板墻的施工方式，可使錨索、抗滑樁、邊坡巖土形成統(tǒng)一整體，并重新分配重量，能夠有效規(guī)避坡體下滑風險，進而達到邊坡加固的目的。

1 實例分析

本文以X 線DIK125+700—DIK126+075 路段為例，該鐵路段邊坡地勢陡峭且表面覆蓋大量植被，巖土結(jié)構(gòu)為碎裂巖+人工填筑粉質(zhì)黏土，其中碎裂巖層大多由灰褐色、灰黃色的變質(zhì)砂巖構(gòu)成，屬于一級破碎程度，輕輕錘擊巖體就會發(fā)生結(jié)構(gòu)面斷裂情況，10m 以上的巖體其應(yīng)力值σ0大小約為400kPa，10m以下的巖體其應(yīng)力值σ0大小約為600kPa；人工填筑粉質(zhì)黏土則主要表現(xiàn)為灰黃色的普通填料?？紤]到該路段的邊坡較高，因此技術(shù)人員主要利用預(yù)應(yīng)力錨索樁板墻的施工形式開展深路塹邊坡治理作業(yè)，確保鐵路通車安全。

2 加固機理

通常情況下，當邊坡土體挖開后，其坡面釋放的壓力將遠遠大于坡體內(nèi)部釋放的壓力，此時若是使用預(yù)應(yīng)力錨索樁板墻施工方式，將有效限制邊坡下滑情況，同時其支擋結(jié)構(gòu)也會發(fā)生相應(yīng)形變，產(chǎn)生反作用力，防止坡體進一步發(fā)生崩塌、滑落等病害，進而使其重新恢復(fù)成穩(wěn)定狀態(tài)，起到加固邊坡的作用。具體的加固機理如下。

2.1 擋土板與土體之間的相互作用

由于抗滑樁前側(cè)存在一定的臨空面，因此即使利用抗滑樁限制了坡體下滑趨勢，但樁與樁之間的巖土受到重力作用，仍會發(fā)生局部形變，為有效避免此部分影響施工安全，需要在樁與樁之間加裝擋土板限制邊坡形變。

2.2 抗滑樁與土體之間的相互作用

由于在土方開挖環(huán)節(jié)極易擾動邊坡結(jié)構(gòu)，因此在重力的影響下，邊坡巖土將使得已經(jīng)固定好的抗滑樁發(fā)生形變，重新調(diào)整內(nèi)力，抵消巖土下滑力，此時樁間土壤將逐漸放緩滑動趨勢直至停止。從實際情況來看，由于不同區(qū)域的土體所受到的約束力不同，因此越靠近抗滑樁的土體其剝落現(xiàn)象越不明顯，樁間及樁后的土體其抗剪力不同，進而在局部范圍內(nèi)形成土拱，以此可將樁間土壤受到的下滑力轉(zhuǎn)移至樁體，起到一定的抗滑作用，確保坡體的穩(wěn)固性。

2.3 預(yù)應(yīng)力錨索與土體之間的相互作用

預(yù)應(yīng)力錨索的兩端被分別固定在加固物及穩(wěn)定地層中，由此將形成全新受力結(jié)構(gòu)，可充分發(fā)揮砂漿、巖體、錨索的膠合作用，及時傳遞張拉力并牽制坍滑體，滿足邊坡加固的要求。

2.4 預(yù)應(yīng)力錨索與抗滑樁之間的相互作用

在抗滑樁加裝預(yù)應(yīng)力錨索后，樁體逐漸形成簡支或彈性支撐形式，增大了抗滑樁的彎矩，因此抗滑樁的埋入深度及截面積可適當減小。同時，抗滑樁背部的受力方式逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槭芾?，加之受到預(yù)應(yīng)力影響，可有效提高抗滑樁穩(wěn)固性。另外，抗滑樁也可有效阻擋巖土下滑，避免預(yù)應(yīng)力錨索再次出現(xiàn)松弛問題，充分發(fā)揮二者的協(xié)同作業(yè)優(yōu)勢，保障邊坡作業(yè)安全[1]。

3 預(yù)應(yīng)力錨索樁板墻的設(shè)計

3.1 設(shè)計參數(shù)

3.1.1 錨索最優(yōu)方位角

通過計算預(yù)應(yīng)力錨索張拉部分lz在滑動面上的法向投影數(shù)值hz，可得到其阻滑力Fm的大小，具體計算公式如下：

式（1）～式（2）中：α+β 表示錨索最優(yōu)方位角；α 表示滑動面與水平面夾角；β 表示錨索與水平面夾角；ζ 表示Fm與lz的比值。若是錨索的剪切力及拉斷力同時被破壞，則此時的α+β=60°+φ/2，φ表示滑動面內(nèi)摩擦角。為保證在盡量減小剪切位移量的同時使錨索處于受拉屈服狀態(tài)，此時α+β=（45～55°）+φ/2，通過計算可知，β 取值約為20°，因此可選用8 根規(guī)格為φ15.2 的鋼絞線制作強度等級約為1.86×103MPa的錨索。

3.1.2 錨索預(yù)應(yīng)力

通過分析滑面處樁身彎矩為零時樁頂位移數(shù)值，可精確判定錨索預(yù)應(yīng)力值大小，依據(jù)抗滑樁受力條件，該工程選擇的錨索張拉力大小約為300kN。

3.1.3 錨固段錨固長度

該錨固段主要可分為錨固、自由、張拉三個部分，其總長度即為三個環(huán)節(jié)的長度之和，其長度大小與砂漿+周圍巖體的極限抗剪力、巖體間的極限抗剪力、砂漿+鋼絞線的極限抗剪力大小有關(guān)，分別計算不同狀況下的極限抗剪力，并取最小值計算錨固長度，可得到錨索極限抗拔力Tu的計算公式。

若砂漿及鋼絞線緊密相連，則D 表示鋼絞線直徑；若錨索會發(fā)生孔內(nèi)滑動問題，則D 表示鉆孔直徑；LM表示錨固段長度；τ()z 表示阻抗剪應(yīng)力在內(nèi)錨固段長度方向上的分布參數(shù)。該工程中僅需在抗滑樁后加設(shè)一根錨索，因此可計算其D 取值150mm，LM取值10m，錨索總長取值20m。

3.1.4 抗滑樁錨固長度

抗滑樁最小錨固長度hm的計算公式如下。

式（4）中：Fk表示抗滑樁滑坡推力；[ ]σ 表示側(cè)壁容許應(yīng)力；Bp表示抗滑樁計算寬度，Bp=b+1，b 表示抗滑樁設(shè)計寬度；h1表示抗滑樁受荷端長度。通過計算可知，hm的取值約為3m。由于錨桿擋墻施工結(jié)構(gòu)特殊，因此影響Fk取值的因素較多，依據(jù)相關(guān)設(shè)計規(guī)范及實際工程土質(zhì)狀況，可將Fk取值設(shè)為1.2。

3.2 作業(yè)原則

第一，需做好施工流程及指導(dǎo)方案的編制工作，嚴格依據(jù)現(xiàn)有鐵路建設(shè)規(guī)定標準，科學安排施工步驟，合理劃分施工進度，確保工程建設(shè)的規(guī)范性及條理性，同時，依據(jù)工藝技術(shù)設(shè)計平行及交叉作業(yè)方案，有效提高施工效率，確保其可在規(guī)定工期內(nèi)完成作業(yè)。第二，需做好質(zhì)量把控，依據(jù)單位內(nèi)部及行業(yè)要求設(shè)計質(zhì)量保障機制，并將其貫穿落實到實際施工建設(shè)中，保證各作業(yè)流程均符合圖紙規(guī)范，提高施工質(zhì)量。第三，注意施工安全，落實安全第一的理念，增強施工人員安全意識，確保施工期間穿戴好各類安全保護裝置，特殊工種需持證上崗，避免發(fā)生重大安全事故。第四，合理調(diào)配建材、設(shè)備等資源，選擇滿足施工要求的設(shè)備及建材規(guī)格，保證施工合理化，提高施工效率。第五，遵守法律規(guī)章制度，避免對當?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境造成破壞，樹立可持續(xù)發(fā)展理念，落實文明建設(shè)、綠色施工要求[2]。

3.3 工程設(shè)計

3.3.1 樁板墻

該工程主要利用錨索樁板式擋土墻加固方法，其樁截面尺寸為2.5m×3.5m，各抗滑樁間的距離應(yīng)控制在5m，樁長約23m，樁身及擋板可選用規(guī)格為C20的普通鋼筋混凝土，樁間可選擇預(yù)制槽型擋板，擋土板板長需控制在2m，且板厚約0.35m。擋板后續(xù)額外加設(shè)厚約30cm 的砂夾卵石作為反濾層，并在底部的擋板下層加設(shè)厚約30cm 的厚夯填黏土作為防滲層，樁頂平臺可利用規(guī)格為M5 的漿砌片石進行封閉，挖樁護壁則可選擇規(guī)格為C1S 的素混凝土材料，確保護壁的厚度達到25～30cm。

3.3.2 預(yù)應(yīng)力錨索

第一，需在錨固樁頂部加設(shè)一排預(yù)應(yīng)力錨索，可在5-22 號抗滑樁距樁頂2m 左右的區(qū)域設(shè)計錨固支點，連接一根長約20m 的錨索，此時需保證其錨固段的錨索長度約為10m，并控制錨索鉆孔深度，使其保持在23.5m，錨索與水平夾角之間的度數(shù)需控制在15～20°，且其錨孔孔徑大小約為15cm。第二，需確保錨索的張拉噸位約300kN，設(shè)計其預(yù)應(yīng)力噸位約700kN。第三，選擇規(guī)格為φ15.2mm、強度為1860MPa 的高強度鋼絞線8 根，并將其綁扎為一根錨索，并在錨孔外預(yù)留長約150cm 的張拉區(qū)間，且孔底的沉渣段長需控制在50cm。第四，需在樁頂加裝寬約5m 的平臺，并在邊坡上利用錨索格梁的方式進行加固，此時錨索的錨固段長度可控制在8m，錨索與水平夾角之間的度數(shù)需保持在30°，錨索設(shè)計張拉力大小約為100kN。錨索需按照矩形的方式進行統(tǒng)一排列，其水平及豎直間距分別為4m 及3m。鋼筋混凝土格梁的規(guī)格約為40cm×40cm，采用矩形布設(shè)的方式，其格梁節(jié)點需加設(shè)預(yù)應(yīng)力錨索，此時錨索鉆孔直徑約為13cm[3]。

3.3.3 施工過程及注意事項

(1)需重視樁板墻施工

首先，應(yīng)提前做好準備工作，整平孔口，并挖掘地表降水排水溝渠，防止出現(xiàn)滲漏問題。若是在雨季施工，則應(yīng)提前加裝好雨篷等防雨設(shè)施，與地面相距50cm 以內(nèi)的巖土則應(yīng)提前做好襯砌作業(yè)，同時準備好各類設(shè)備及建材，架設(shè)通風、照明、排水等裝置，并依據(jù)施工需要設(shè)計施工流程。另外,也需要提前加設(shè)可觀測邊坡形變狀態(tài)的觀測樁，提前為施工人員的安全撤離規(guī)劃路線，做好安全防護作業(yè)。

其次，保證抗滑樁開挖及支護作業(yè)質(zhì)量。為保證邊坡穩(wěn)固性，在挖掘樁孔時，可選擇跳兩根樁的開挖方式，以人工挖掘為主，利用電動搖頭爬桿清理廢渣。具體的開挖及支護流程如下：利用分節(jié)開挖的方式，以0.5～2m 為間距，確保每挖完一節(jié)就立即開展支護作業(yè)，若是圍巖較為破碎且含水量較多，則可依據(jù)需要適當縮短分節(jié)長度；可選擇就地灌注混凝土的方式完成側(cè)壁支護工作，嚴格按照規(guī)定要求進行灌注，并在混凝土灌注24～36h 后拆除混凝土模板支架；若是圍巖周邊土質(zhì)環(huán)境較為松軟，且存在滑動現(xiàn)象，則施工人員可在護壁內(nèi)側(cè)沿著邊坡的方向加裝臨時支撐橫桿，及時做好加固檢測作業(yè)，一旦發(fā)現(xiàn)橫撐受力形變問題，則應(yīng)立即引導(dǎo)施工人員撤離現(xiàn)場；若是使用爆破開挖的方式，相關(guān)施工人員需積極引進并落實各類減震措施。

再次，需做好抗滑樁的混凝土灌注作業(yè)。施工人員應(yīng)提前檢查斷面的清潔性，依據(jù)施工方案做好鋼筋放樣。整個施工流程嚴禁出現(xiàn)中斷問題，可利用鋼筋籠的方式，使其在樁孔內(nèi)進行固定搭接，此時應(yīng)確保搭接口遠離土石分界面及滑動面?；炷恋恼駬v及拆模作業(yè)應(yīng)依據(jù)規(guī)定進行設(shè)計，若是邊坡出現(xiàn)明顯的滑坡現(xiàn)象或需要縮短工期，則可更換為凝固時間較短的混凝土。

最后，當混凝土澆筑完成后，若其強度大于規(guī)定標準的70%，則可開展后續(xù)的土石方作業(yè)。在澆筑混凝土期間，需提前在抗滑樁上預(yù)留錨索孔，并使其與水平方向的夾角成20°，符合施工要求[4]。

(2)應(yīng)做好預(yù)應(yīng)力錨索作業(yè)

第一，應(yīng)提前開展拉拔試驗，檢測砂漿與巖體之間的抗剪強度，以此驗證、設(shè)計錨固段長度，確保最終的拉拔試驗結(jié)果滿足預(yù)先設(shè)定的施工標準。第二，開展錨索作業(yè)前應(yīng)提前確定錨孔位置并標注編號，嚴禁在施工作業(yè)期間隨意調(diào)整錨孔位置。第三，在鉆孔前應(yīng)調(diào)整鉆桿位置，保證其與錨索方向始終一致。在鉆孔期間為避免出現(xiàn)塌孔問題，可選擇跟管鉆進的方式，及時利用高壓風清理錨孔，排出粉塵、巖屑等雜質(zhì)。第四，編制錨索前需做好除銹、除污作業(yè)，嚴禁受損鋼絞線應(yīng)用到工程中，及時掛牌標注，確保錨索與錨孔一一對應(yīng)。第五，需選擇一次注漿法進行作業(yè)，加涂防銹油并套上波紋管，在向管內(nèi)灌滿黃油后可進行封閉，應(yīng)一次灌滿錨固及張拉端，嚴禁出現(xiàn)縫隙，保證其張拉強度在規(guī)定標準的70%以上。第六，張拉作業(yè)前需調(diào)整配套設(shè)備，提前使用15%的拉力完成預(yù)張拉，確保錨索順直緊實。第七，張拉作業(yè)可分為25%、50%、75%、100%、110% 五個等級，除最后環(huán)節(jié)需保持15min，其他環(huán)節(jié)均需維持5min，在張拉鎖定10d，需進行補張拉，使其起到補償預(yù)應(yīng)力損失的作用。第八，封孔注漿結(jié)束后，需預(yù)留3cm 的鋼絞線，剪去多余部分，完成封堵作業(yè)。

4 質(zhì)量控制與驗收

其一，在鉆孔階段需控制孔深小于20cm，孔斜誤差小于3%，孔口位置誤差小于10cm。其二，承壓墊座應(yīng)始終垂直，最大誤差不超過0.5。其三，張拉壓力精度應(yīng)大于1.5 級，且配套設(shè)備誤差需小于2%，最大張拉力低于鋼絞線標準受力強度的75%。其四，驗收及竣工可合并檢查，抽樣檢測環(huán)節(jié)所選樣品數(shù)量應(yīng)為總錨數(shù)的5%，測得預(yù)應(yīng)力數(shù)值應(yīng)在設(shè)計值的3%～5%范圍內(nèi)。其五，需按照來料數(shù)的10%檢測鋼絞線質(zhì)量，其中3%用于靜載試驗，5%用于硬度檢測，10%用于外觀檢測。通過檢測可知，此次工程作業(yè)滿足預(yù)先設(shè)計的作業(yè)標準，驗收合格，可繼續(xù)完成后續(xù)的土方石挖掘作業(yè)。

5 結(jié)語

綜上而言，本文以實際工程為例，探究了預(yù)應(yīng)力錨索樁板墻在鐵路深路塹邊坡中的實際應(yīng)用，通過計算錨索最優(yōu)方位角、錨索預(yù)應(yīng)力、錨固段錨固長度、抗滑樁錨固長度等參數(shù)，設(shè)計工藝流程、注意事項、質(zhì)量驗收等方案，以此確保在正常推進鐵路施工作業(yè)、保障人員安全的同時，減少土方石挖掘、填筑工作量，提高施工經(jīng)濟性，確保其滿足現(xiàn)代化鐵路施工建設(shè)需求。