锚固桩跳桩防护施工对高边坡的影响

唐双林

（中铁十一局集团 第五工程有限公司，重庆  400037）

锚固桩跳桩防护施工对高边坡的影响

唐双林

（中铁十一局集团 第五工程有限公司，重庆  400037）

某桥墩台桩基处于顺层岩体并为高边坡，由于工期限制，采用桩基与边坡加固共同施工的锚固桩跳桩防护施工方案。因为施工工序导致高边坡受力状态不同，结合有限元分析，得到在正常工况、锚索+奇数锚固桩加固边坡、坡面刷坡及承台开挖3种工况下，边坡稳定系数及水平方向位移。根据现场实测数据分析，采用锚固桩跳桩防护施工方案不但能保证顺层高边坡稳定性，同时可有效缩短工期，取得良好效果。

高边坡；变形监测；预应力锚索；锚固桩加固；跳桩防护

1 工程概况

某桥址位于河谷呈“U”形，落差达80.7 m，山体陡立，墩侧山体坡度达25°～40°。整个桥墩所处的山体均有顺层情况，承台处地表揭露有4层较厚的顺层，厚层中间夹有薄层黄泥填充，层间粘结力差，扰动后易滑塌。施工时为加快施工进度，提早进入承台施工，采用桩基与边坡加固共同施工的锚固桩跳桩防护施工方案。研究该方案在不同工况下的边坡稳定系数及水平方向位移，以保障施工现场的安全。

2 施工方案

由于承台基坑开挖对整个山体顺层扰动较大，所以确定锚固桩桩顶边坡与堑顶边坡顺层加固方案为：采用锚索与纵梁相结合的方式，每孔锚索8束；锚固桩桩基锚固深度10 m，共10根（见图1）。

因坡面防护施工受地形限制较大，施工风险较高，机械化利用程度低，综合考虑后采用先对顺层进行锚索施工，然后施作奇数锚固桩，施工完毕后立即进行承台开挖，偶数锚固桩与墩身同时施工的跳桩防护施工方案。奇、偶数锚固桩示意见图2。

锚固桩跳桩防护施工方案施工顺序为：（1）顺层锚索施工；（2）奇数锚固桩施工；（3）坡面刷坡及承台开挖；（4）主墩桩基与偶数锚固桩施工。

3 边坡稳定计算

根据施工顺序建模，由于主墩桩基与偶数锚固桩施工（顺序（4））是在坡面刷坡及承台开挖（顺序（3））满足要求的情况下进行的，故模拟建模时不考虑顺序（4）。

图1 边坡加固立面

3.1 强度折减法

强度折减法在计算最小安全系数时，认为边坡的弹性模量E和泊松比ν不变，将粘聚力c和内摩擦角φ按式（1）逐渐减小，直到计算发散为止，将发散时的Fs作为最小安全系数。在计算边坡的安全系数时，首先关注边坡上任意单元的高斯点A，并将该点的应力状态用莫尔圆表现[1]（见图3）。

图2 奇、偶数锚固桩示意图

3.2 计算模型

根据现场实际情况，计算3种施工工况，即：正常工况（工况1，模拟施工顺序（1））、锚索+奇数锚固桩加固边坡（工况2，模拟施工顺序（2））、坡面刷坡及承台开挖（工况3，模拟施工顺序（3）），利用Midas GTS NX软件进行计算。

为避免边界范围对有限元计算精度的影响，采用郑颖人等[2]建议的计算范围：当坡脚左端边界距离为坡高的1.5倍，坡顶到右端边界距离为坡高的2.5倍，且上下边界总高不低于2倍坡高时，计算精度较为理想。

采用6面体实体单元进行网格划分，共有59 079个单元，34 619个节点，模型底部全约束（见图4）。

3.3 计算参数

整体模型计算物理参数见表1。

3.4 计算结果

桥墩坡面山体在3种工况下的稳定系数、水平方向位移（对34 619个节点进行分析，提取最大、最小位移）计算结果见表2。

计算表明：2#桥墩坡面山体在正常工况下，原始边坡的稳定系数1.02不能满足要求；在使用锚索+奇数号锚固桩加固边坡后稳定系数达到1.75；坡面刷坡及承台开挖稳定系数为1.28，满足规范要求，锚固桩跳桩防护施工方案可行。

图3 强度折减法示意图

图4 有限元模型

表1 整体模型计算物理参数

表2 3种工况下稳定系数、水平方向位移

4 现场监测

4.1 测点布置

根据工况3理论计算结果可知（见图5），水平方向最大位移发生在奇数号锚固桩之间的边坡位置处，且最大值在3#、5#锚固桩间，监测时重点对该位置进行布点监测[3-5]。3#、5#锚固桩间布置21个测点，测点编号为1#—21#（见图6）。

4.2 监测结果

监测结果表明：7#测点为水平最大值，其值为1.9 mm，该点与理论计算工况3中水平方向位移最不利（9421#点，计算水平方向位移为1.81 mm）结果基本一致。7#测点水平方向位移见图7。

图5 工况3下水平方向位移云图

图6 3#、5#锚固桩测点布置

5 结论

根据理论计算和现场监测，得出以下结论：

（1）实际监测结果与有限元计算结果基本一致，最大水平方向位移约为1.9 mm。在未施工偶数锚固桩的情况下，可进行承台基坑开挖。

图7 7#测点水平方向位移

（2）在正常施工条件下，按设计工况，原始边坡处于不稳定状况，经过预应力锚索与奇数锚固桩加固后，满足《铁路路基设计规范》的安全系数控制要求。

（3）在施工完成奇数锚固桩及坡面预应力锚索的情况下，稳定系数为1.28，能够满足先施工奇数锚固桩后坡面刷坡及承台开挖的要求，承台施工完成后应立即施作偶数锚固桩。

[1] 吴海真，顾冲时. 联合运用改进的极限平衡法和动  态规划法分析边坡稳定性[J]. 水利学报，2007，  38(10)：1 272-1 277.

[2] 郑颖人，赵尚毅，张鲁渝. 用有限元强度折减法进  行边坡稳定分析[J]. 中国工程科学，2002，4(10)：  57-61.

[3] 肖武权，阮波. 滑坡整治中锚固桩的优化设计方法[J].  中国铁道科学，2006，27(6)：7-11.

[4] 刘建吾. 滑坡治理中锚固桩的设计施工与监测[J].   山西建筑，2009(4)，35-10.

[5] 姚男，邓辉，王小群，等. 软弱夹层岩质桥台边坡变  形稳定性分析[J]. 中国铁路，2010(8)：58-60.

责任编辑  李葳

Impact of One-pile-spaced Construction of Anchoring Slope on High Slope

TANG Shuanglin
（5th Engineering Company of China Railway 11th Bureau Co Ltd，Chongqing 400037，China）

The abutment foundation of one bridge is located on bedding rocks and high slope, due to the limit of construction duration, the solution of one-pile-spaced anchoring pile construction by simultaneous strengthening with pile foundation and slope. Since the construction consequence leads to diferent stress states of high slope, the author, using fnite element analysis, concludes the stability coefcient and horizontal displacement of slope under three working conditions as normal operation, slope strengthening with anchoring able + odd number anchoring pile, and slope cutting with bearing platform excavation. Based on actually measured data, the second method not only ensures the stability of bedding rock and high slope, but also shortens duration, achieving good results.

high slope protection；deformation monitoring；pre-stressed cable；strengthening of anchoring pile；one-pile-spaced protection

U455.4

：A

：1001-683X（2017）06-0079-04

10.19549/j.issn.1001-683x.2017.06.079

2017-02-11

唐双林（1976—），男，高级工程师。

E-mail：258624906@qq.com