浅析路基边坡支挡设计相关问题

郭万红

0 引言

路基边坡就广义来说是指公路在路基建设场地或其周边,由于路基的建设(开挖、填筑、采集填料或废方堆积等)施工所形成的人工边坡和对正常营运的安全或稳定有影响的自然边坡。路基边坡处理不当,一方面会发生边坡地质灾害,如落石、崩塌、滑坡等,影响公路安全营运;另一方面,由于植被及表土破坏或大量松散弃土,易引起水土流失、农田受淹、河流阻塞、水质污染等恶化环境事件发生[1]。

1 路基边坡处治常用技术分析

目前,路基边坡加固的类型一般分为辅助工程措施和主体工程措施。前者主要有边坡排水系统,通常是外截内排,坡面封闭,恢复植被,改变地形等辅助手段;后者主要是设置支挡结构,维持和恢复其自然力学平衡,常用的有重力式挡土墙、抗滑桩、锚杆挡土墙、土钉墙、锚喷网、板桩式挡土墙、预应力锚索、加筋挡墙等,在实际应用中,往往采用多种加固措施的组合。常见的有预应力锚索与抗滑桩的组合,简称锚拉抗滑桩;预应力锚索与绿化结合,简称格构地梁锚索等。

1)放缓边坡。放缓边坡是边坡处治的常用措施之一,通常为首选措施。它的优点是施工简便、经济、安全可靠。边坡失稳破坏通常是由于边坡过高、坡度太陡所致。通过削坡,削掉一部分边坡不稳定岩土体,使边坡坡度放缓,稳定性提高。2)支挡。支挡(挡墙、抗滑桩等)是边坡处治的基本措施。对于不稳定的边坡岩土体,使用支挡结构(挡墙、抗滑桩等)对其进行支挡,是一种较为可靠的处治手段。它的优点是可从根本上解决边坡的稳定性问题,达到根治的目的。3)加固主要包括:注浆加固,锚杆加固,土钉加固,预应力锚索加固等几种方式。4)防护。边坡防护包括植物防护和工程防护,其中工程防护主要有砌体封闭防护、喷射素混凝土防护和挂网锚喷防护。5)排水,截水沟。为防止边坡以外的水流进入坡体对坡面进行冲刷,影响边坡稳定性,通常在边坡外缘设置截水沟,以拦截坡外水流。

2 路基设计新思路——抗滑桩、锚杆联合加固

边坡处治工程中的抗滑桩是通过桩身将上部承受的坡体推力传给桩下部的侧向土体或岩体,依靠桩下部的侧向阻力来承担边坡的下推力,而使边坡保持平衡或稳定。抗滑桩与一般桩类似,但主要是承担水平荷载。抗滑桩也是边坡处治工程中常见常用的处治方案之一。

2.1 抗滑桩设计要求和设计内容

抗滑桩设计要求:抗滑桩提供的阻滑力要使整个滑坡体具有足够的稳定性,即滑坡体的稳定安全系数满足相应规范规定的安全系数或可靠指标,同时保证坡体不从桩顶滑出,不从桩间挤出;抗滑桩桩身要有足够的强度和稳定性,即桩的断面要有足够的刚度,桩的应力和变形满足规定要求;桩周的地基抗力和滑体的变形在容许范围内;抗滑桩的埋深及锚固深度、桩间距、桩结构尺度和桩断面尺寸都比较适当,安全可靠,施工可行、方便,造价较经济。

抗滑桩的设计内容:进行桩群的平面布置,确定桩位、桩间距等平面尺度;拟定桩型、桩埋深、桩长、桩断面尺寸;根据拟定的结构确定作用于抗滑桩上的力系;确定桩的计算宽度,选定地基反力系数,进行桩的受力和变形计算;进行桩截面的配筋计算和一般的构造设计;提出施工技术要求,拟定施工方案,计算工程量,编制概(预)算等。

2.2 抗滑桩设计荷载的确定

作用于抗滑桩的外力有滑坡推力、桩前滑体抗力和锚固段地层抗力。桩侧摩阻力和粘聚力以及桩身重力和桩底反力可不计算。

1)滑坡推力作用于滑面以上的桩背上,其方向假定与桩穿过滑面点处的切线方向平行。滑坡推力的计算采用不平衡推力传递系数法计算所得的桩所在坡体坡足处的不平衡推力。通常假定每根桩所承担的滑坡推力等于两桩中心间距宽度范围内的滑坡推力,即将前述方法计算所得的滑坡推力值乘以桩间距。滑坡推力在桩背上的分布和作用点位置与滑坡的类型、部位、地层性质、变形情况及地基反力系数等因素有关。

2)地基反力的确定。当桩前土体不能保持稳定可能滑走时,不考虑桩前土体对桩的反力,仅考虑滑面以下地基土对桩的反力,抗滑桩嵌固于滑面以下的地基中,相当于悬臂桩。桩将滑坡推力传递给滑面以下的桩周土(岩)时,桩的锚固段前后岩(土)体受力后发生变形,并由此产生岩(土)体的反力。反力的大小与岩(土)体的变形状态有关。处于弹性阶段时可按弹性抗力计算,处于塑性阶段变形时,情况则比较复杂,但地基反力应不超过锚固段地层土的侧向容许承载能力。另外,桩与地基土间的摩阻力、粘着力、桩变形引起的竖向压力一般来说对桩的安全有利,通常略去不计。为简化计算,桩的自重和桩底应力等也略去不计。

2.3 抗滑桩的设计

抗滑桩的平面布置指的是桩的平面位置和桩间距。一般根据边坡的地层性质、推力大小、滑动面坡度、滑动面以上的厚度、施工条件、桩型和桩截面大小以及可能的锚固深度以及锚固段的地质条件等因素综合考虑决定。对滑坡治理工程,抗滑桩原则上布置在滑体的下部,即在滑动面平缓、滑体厚度较小、锚固段地质条件较好的地方,同时也要考虑到施工的方便。对于抗滑桩的间距来说,合适的桩间距应该使桩间滑体具有足够的稳定性,在下滑力作用下不致从桩间挤出。可按在能形成土拱的条件下,两桩间土体与两侧被桩所阻止滑动的土体的摩阻力不少于桩所承受的滑坡推力估计。一般采用的间距为6 m～10 m。当桩间采用了结构连接来阻止桩间楔形土体的挤出,则桩间距完全决定于抗滑桩的抗滑力和桩间滑体的下滑力。对于桩的锚固深度来说,桩埋入滑面以下稳定地层内的适宜锚固深度与该地层的强度、桩所承受的滑坡推力、桩的相对刚度以及桩前滑面以上滑体对桩的反力等因素有关。原则上由桩的锚固段传递到滑面以下地层的侧向压应力不得大于该地层的容许侧向抗压强度、桩基底的压应力不得大于地基的容许承载力来确定。锚固深度不足,抗滑桩不足以抵抗滑体推力,容易引起桩的失效。但锚固过深则又造成工程浪费,并增加了施工难度。可采取缩小桩的间距,减小每根桩所承受的滑坡推力,或增加桩的相对刚度等措施来适当减少锚固深度。

适用于抗滑桩的桩型有钢筋混凝土桩和钢管桩、H型钢桩等,最常用的是钢筋混凝土桩。抗滑桩桩型的选择应根据滑坡性质、滑坡处地质条件、滑坡推力大小、工程造价施工条件和工期要求等因素综合考虑,按安全、可靠、经济、方便原则,结合设计人员的工程经验来选择。1)钢筋混凝土桩。钢筋混凝土桩是抗滑桩用得最多的桩型,断面形式有圆形、矩形。圆形断面可机械钻孔成桩,也可人工挖孔成桩,桩径根据滑坡推力和桩间距而定。矩形断面可充分发挥其抗弯刚度大的优点,适用于滑坡推力较大,需要较大刚度的地方。滑坡推力大,桩间距大,选择桩径较大或桩断面尺寸较大的桩,反之则选桩径小的桩。2)钢管桩。钢管桩一般为打入式桩,其特点是强度高、抗弯能力大、施工快、可快速形成桩排或桩群。桩在水平荷载作用下,不仅桩身宽度内的桩侧岩(土)体受挤压,而且桩身宽度以外一定范围内的土体也受到影响,呈现出空间受力状态:岩(土)体的影响范围随之不同。

[1] 赵永军.高等级公路路基边坡的病害防治[J].黑龙江交通科技,2009(10):35-36.

[2] 杨景权,胡 宇.东北地区公路路基边坡病害分析及防护措施[J].黑龙江交通科技,2009(8):51-52.