桩锚结构在边坡支护上的应用分析

潘祖高

（贵州大学资源与环境工程学院 贵州贵阳 550025）

1 前言

由于我国经济的快速发展，施工过程中形成大量人工边坡，因此边坡治理工程尤为重要。常见的边坡支护形式有支挡结构、锚固工程及两者的结合应用。其中支挡结构包括挡土墙、挡土桩、抗滑桩和地下连续墙；锚固工程包括系统锚杆、全长粘结型锚杆、摩擦型锚杆、预应力锚杆等；而两者共同作用的支护形式包括锚拉桩锚定板式挡土墙、预应力格构锚索等，[1]桩锚支护结构是其中常见的一类。桩锚结构是将桩和锚索联合用于边坡抗滑的支挡结构，桩基埋入稳定岩层中，抗滑能力优,支挡面积大，锚索抗拉作用好，它的应用大大减少了抗滑桩的截面和埋置深度[2]。本文以贵州某地区失稳抢险工程为例，在现场勘察和试验基础上，分析该失稳边坡的结构特征，分析桩锚结构在边坡工程上应用。

2 失稳边坡概况

研究的失稳边坡位于贵州省某县西城区湘江路和娄山路交汇处，由于拟建的农贸市场工程开挖后，在建筑物西侧形成高陡顺向岩土混合边坡，于2013年2月27日凌晨4时发生塌方事故，损毁边坡西侧道路及挡土墙，但距离塌方区边界6.8m处一居民房屋暂无变形迹象。根据详细调查，边坡长125m，高15.0m，开挖产状9°∠83°，由强风化和中风化泥质灰岩，上覆1m～2m素填土和红粘土，无放坡条件。该边坡可分为两段：已塌方区（A-B段）和强烈变形区（B-C段）。A-B段外侧有约1600m3的塌方堆积物，坡顶南面2.8m处有2层楼住房，南东面10m处有6层楼民住宅。B-C段边坡长85m，其强中风化接触面见明显剪出口，开挖线18m处为一层楼材料加工厂。

3 失稳边坡的地质条件

据区域地质资料及地表调查，边坡位于扬子准地台（一级单元）四川台坳，为单斜构造，岩层产状较稳定连续，调查区无大的构造断裂。地势大致呈南高北低，坡度17°~35°，地形简单，地貌类型单一。场地岩土由素填土、红粘土及三叠系下统茅草铺组（T1m）薄至中厚层泥质灰岩组成。地表水主要表现为雨后地表水和居民生活污水，自南向北汇集流出场地。地下水类型主要为松散岩类孔隙水、岩溶裂隙水。

4 失稳边坡的结构特征分析

4.1 边坡失稳原因

边坡稳定性的影响因素包括内在因素和外在因素，内在因素包括地层、地质构造、岩土体结构、水的作用等；外在因素包括边坡形态的改造、气象变化、振动作用、工程载荷以及人为原因等[3]。该边坡失稳的主要原因是内在因素，边坡开挖后形成以岩层产状为主、产状为10°∠19°的结构面，且边坡发育产状分别为270°∠81°、160°∠78°的节理，为张节理，节理面较粗糙，结合差，这是边坡失稳的前提条件；其次在长期的生活污水和强暴雨作用下，结构面受到软化，强度降低，加上人工因素（堆载、车载荷等），最终导致边坡了失稳塌方。

4.2 边坡稳定性评价

采用赤极投影对边坡进行定性分析。边坡发育两组节理，Ⅰ组为的产状为270°∠81°；Ⅱ组节理产状160°∠78°，岩层产状10°∠19°，坡面产状9°∠83°。结果表明，两组节理位于边坡开挖方向对侧，边坡沿节理裂隙切割、形成楔崩塌卸荷现象可能性较小。该边坡为顺向坡，现场清晰可见强～中风化接触面表面平直光滑，有水流渗出，上覆于中风化泥质灰岩的杂填土、红粘土，及破碎的强风化泥质灰岩沿该接触面发生塌方。边坡沿强～中风化接触面继续塌方可能性大。

该边坡的滑动形式为沿外倾结构面直线滑动。故定量分析时采用直线滑动法计算其稳定性。计算结果表明，A-B段上覆杂填土层、红粘土层、强～中风化接触面及中风化泥质灰岩层面稳定性系数分别为0.08、0.13、0.87、1.24。B-C段边坡上覆杂填土层、红粘土层、强～中风化接触面，中风化泥质灰岩层面稳定性系数分别为0.11、0.15、0.96、1.28。故两段边坡的上覆杂填土层、红粘土层、强～中风化接触面、中风化泥质灰岩岩层面均为不稳定状态。

4.3 受力分析

作用在支挡结构上的力主要为土压力或者滑坡推力。土压力即土体或挖土坑壁原状土对支挡结构产生的侧向压力。当用支挡结构治理滑坡时，坡体存在软弱夹层或结构面时，此时作用在支挡结构上的载荷即为滑坡推力。因此需要分别计算土压力和滑坡推力，取两者的最大值。计算时，取最不利边坡进行计算。对于支护结构变形控制严格或a＜0.5H时，计算侧向土压力按静止土压力进行计算。对于对沿外倾结构面（岩层面）的边坡，其主动岩石压力合力标准值。

经计算发现A-B段中侧向土压力比滑坡推力大,为Eo’=722.03kKN/m。在B-C段中，侧向土压力比滑坡推力大,为Eo’=818.58kN/m。综上所述，该塌方边坡的最大下滑力为818.58kN/m。

5 桩锚支护的应用

5.1 支护措施的选用

本工程中，原则上可采用的支护形式主要有为坡率法、挡土桩、抗滑桩、锚杆（索）、桩锚支护、桩和墙等形式。坡率法指通过控制边坡的高度和坡度而无须对边坡进行整体加固就能使边坡达到自身稳定的边坡设计方法，需有放坡条件。挡土墙是整治中小型滑坡中应用最为广泛而且较为有效的措施之一，常见型式有重力式挡土墙、锚杆式挡土墙、加筋土挡土墙、板桩式挡土墙等。抗滑桩是承受侧向荷载的支撑建筑物,是在滑坡中设置穿过滑面进入下部稳定滑床的桩,利用锚固段阻止坡体的滑动[4]。其中埋入滑动面以下稳定岩层中的称为锚固段，其上称为受力段,受力段承受滑坡推力,传递给锚固段,在滑床的桩周地层产生反力嵌住桩身[5]。适用于滑坡推力较大的情况。锚杆(索)是另一种安置在岩土层深处的受拉杆件,它的一端与工程构筑物连接,一端与稳定岩层连接,以承受土压力等产生的载荷[6]。桩锚支护是指锚索和抗滑桩的联合支护形式。抗滑桩锚将滑坡推力传递到基岩中，锚索插入稳定的岩层，这样大量减少了抗滑桩的截面面积和配筋，在中小型边坡中得到大量应用。

由于场地限制，无放坡条件，故无法采用削坡的方式进行支护。由于坡高15m，且部分地段已经塌陷，为抢险工程、又无场地要求，故无法使用挡土墙进行支护；同时经过计算发现，滑坡推力较小，且泥质灰岩为较稳定岩体，应合理利用，故完全采用抗滑桩进行造价高，不经济。因边坡上侧存在公路、民房等重要建筑物，而单纯的锚索支护，亦不能满足抢险要求。而桩锚支护的联合使用，施工时间短，费用比单纯的抗滑桩要少，而比锚索支护要安全。综上所述，本工程采用桩锚支护形式，经济合理安全。

5.2 桩锚支护参数的确定

5.2.1 锚索支护参数确定

通过计算下滑力取下滑力中的大值F=818.58KN/m，支护最大坡高H=15.0m。锚索按纵横间距为Sx=3.0m、Sy=3.0m、入射角a=15°布置。通过计算，侧向岩土压力水平分力标准值为60.64(KN/m2)。锚索所受水平拉力标准值为545.76KN/根，轴向拉力设计值为734.51KN/根。取φ15.24钢绞线，钢绞线面积S=139mm2。对于边坡工程重要性系数，取1.0，永久性支护锚杆抗拉工作条件系数取0.69，经计算锚杆数n=7.54，取n=8，计算出锚固长度取6.0m满足要求。

5.2.2 抗滑桩立柱参数确定

根据《混凝土结构及砌体结构》规定对于等截面等跨连续梁进行内力计算：排桩上预应力锚索施加较大预应力，锚索支承点位移很小，立柱可按支承于刚性锚索上的连续梁计算内力[7]。通过计算，发现桩的最大弯矩Mmax=613.98kN·m、最大剪力为Vmax=982.37kN，均在滑动面附近。故截面弯矩设计值M＝767.48kN·m，截面剪力设计值V＝1227.96kN。

设桩混凝土强度等级位C30，纵向受力钢筋为φ25二级钢筋20根，间距258mm均匀布置，箍筋为φ10，桩直径1.2m×1.5m，纵向钢筋保护层厚30mm，该参数满足弯矩及剪力验算截面满足要求，不需要采用双筋截面。采用24Ф25钢筋，满足受拉钢筋截面面积计算，按构造配置箍筋，则取S=300mm。满足基础承载力验算、施工后整体稳定性计算要求。

5.2.3 桩锚支护的确定

根据周边环境及地质工程特征，在A-B段和B-C段均采用桩锚进行支护。其中桩轴心间距3.0m，桩径1.2×1.5m，桩底进入地下室底板标高以下嵌岩1.5m。锚索于桩顶以下2.0m处置，锚孔直径130mm，入射角15°，锚索采用8φ15.24，锚固段进入中风化岩层深度不小于6.0m，灌注M30水泥砂浆。桩间采用挂网喷浆护面，喷射砼强度为C25，喷射厚度为150mm；桩间设置泄水孔，间距为2m，孔径为100PVC管，外倾5%。

6 结语

该边坡开挖后形成以岩层产状为主、产状为10°∠19°的结构面，且边坡发育产状分别为270°∠81°、160°∠78°的张节理，在长期的生活污水和强暴雨作用下，结构面受到软化，强度降低，加上人工因素（坡面堆载、车载荷等），最终导致边坡了失稳塌方。通过稳定性计算，发现该边坡上覆杂填土层、红粘土层、强～中风化接触面、中风化泥质灰岩岩层面均为不稳定状态。由于边坡工程地质要求，采用坡率法、挡土墙、抗滑桩、锚杆（索）结构等结构，均不合理。故本边坡采用桩锚支护的形式进行治理，分析表明该支护措施经济、合理、安全。

[1]赵其华,彭社琴.岩土支挡和锚固工程[M].四川：四川大学出版社,2008,10,13.

[2]王萍.滑坡治理方法及实例分析[J].西部探矿工程,2006,12：297-198.

[3]姜德义,朱合华,杜云贵.边坡稳定性分析与滑坡防治[M].重庆：重庆大学出版社,2005.21,38.

[4]陈文豪.抗滑桩受力分析及设计计算.[J].路基工程,2008,1:149-151.

[5]刘成宇.土力学[M].北京：中国铁道出版社,2002.

[6]黄明.混凝土结构及砌体结构(第二版)[M].重庆：重庆大学出版社,2005,403.

[7]彭振斌,陈昌富..岩土工程设计计算与施工[M].武汉:中国地质大学出版社,1997.