锚杆（索）框架梁与锚索抗滑桩联合加固技术在路堑高边坡中的应用

2020-07-25张为

工程建设与设计 2020年13期

张为

（青海省交通规划设计研究院有限公司，西宁810001）

1 引言

随着我国西部山区公路的修建，路堑高边坡不断增多，高边坡所处的环境（地质环境和周边环境）也越来越复杂，对高边坡支护要求也越来越高。锚杆（索）框架梁、锚索抗滑桩组合结构在解决大型复杂路堑高边坡的稳定性中已逐渐得到应用，但其设计方法尚不成熟。

考虑到受力协调，对于抗滑桩与锚杆（索）联合加固结构，笔者认为应遵循以下设计原则：一般情况下，要求普通抗滑桩与全黏接锚杆这种被动受力锚固工程组合，锚索抗滑桩则与预应力锚索这种主动受力的锚固工程组合。从而达到抗滑桩与锚固工程协调受力，防止锚杆（索）与抗滑桩变形不协调而造成其中一种工程受力过大而存在安全隐患。

关于锚索桩的设计计算，讨论焦点集中在锚索设计拉力的确定。目前，国内关于锚索设计拉力及预应力的确定方法较多，桂树强【1】、王化卿等【2】、刘小丽【3】等提出了相应的计算方法。

关于锚杆（索）框架梁、锚索抗滑桩组合结构的设计国内研究较少，大多介绍相关实例，如张歆瑜【4】、蔡俊华【5】的研究。

2 工程实例

2.1 工程概况

本高边坡为某城市过境公路隧道明挖段形成的高边坡（见图1），开挖最大边坡高度42m。路线右下方有一所学校，路线左上方为一村庄，路线无法通过调整平面避免深挖，同时该段在路线前一段为隧道且路线后一段需下穿高架桥，故无法通过调整路线纵坡减小边坡开挖高度。该隧道明挖段待隧道施工后需回填约15m，故整个边坡下部约15m 为临时边坡和上部27m 左右为永久边坡。

图1 原边坡图

隧道明挖段高边坡主要分为2 段：ZK65+050～ZK65+100左侧填土边坡段与ZK65+100～ZK65+171 岩质边坡段。

ZK65+050～ZK65+100 左侧填土边坡段：

“打。”夏国忠见部队的行动已经日军被发现了，立即向战士们发出了战斗的命令。随着他的命令声，“呯”的一声枪响，跟在夏国忠身边的神枪手瞄准那盏探照灯开了枪，随着枪声响起，灯光一下灭了，眼前顿时漆黑一片。

ZK65+050～ZK65+100 左侧斜坡区发育为填土不稳定斜坡，表层岩性主要为杂填土，成分主要为建筑垃圾及生活垃圾堆积形成，填筑时间2011—2017年。填筑土所在原始地貌为沟谷型地貌特征，原始沟谷呈“V”字形形态特征，负地形沟谷走向与线路走向大角度相交，沟低纵坡14°～15°，原始沟谷两侧地形坡度在28°～31°，填筑土基底泥岩，土岩接触面为全风化泥岩及种植土，近坡肩最大堆积厚度近33m。不稳定斜坡填土方量约18200m3。

ZK65+100～ZK65+171 岩质边坡段：

1）强风化泥岩：厚层状，强风化层，岩体完整性差，岩芯破碎，呈粒状、短柱状，散体（碎裂）结构，结合程度很差，为散体边坡结构（Ⅳ类：碎块间结合很差）。

2）中风化泥岩：粉砂泥质结构，中厚层状构造，岩体较完整，岩质较软，岩心大部分呈柱状、短柱状，节长10～72cm，厚度较大。岩层产状：210°∠6°，坡面产状：90°∠19°～21°，为层状斜向边坡结构（Ⅲ类：结构面结合一般）。岩体裂隙发育，主要发育3 组节理，节理产状：118°～124°∠60°～78°（间距0.1～0.9m）、320°～330°∠80°～90°、220°～240°∠70°～85°（间距0.1～0.8m），270°～280°∠80°～90°、90°～100°∠65°～75°（间距0.1～0.8m）。裂面平直，张开度1～3mm，无胶结，裂面风化严重，为湟水背斜形成过程中派生的张裂隙。

2.2 岩土层的主要物理力学指标

岩土层的主要物理力学指标见表1。

2.3 边坡加固方案的拟定

根据现场踏勘成果及地勘成果，针对该边坡开挖施工特征影响坡体稳定的敏感因素及所保护的对象综合分析，本着技术可行、经济合理的原则，在满足边坡的稳定性和工程安全性基础上，提出加固方案的总体思路如下：

整个边坡应先清除ZK65+050～ZK65+100 左侧不稳定填土，之后，第一级直立临时边坡坡高15m，采用锚索抗滑桩收缩坡脚；第二、三级边坡坡高8m，坡比1∶0.75 采用锚杆（索）框架梁；第四级边坡最高坡高约11m，坡比1∶1 采用锚索框架梁控制位移、防止深层滑移影响坡顶住宅安全。

3 边坡锚杆（索）- 框格梁和锚索- 抗滑桩联合加固方案的设计计算

3.1 工况设置

3.1.1 上部永久性边坡

对于边坡整体稳定性，按正常使用状态、正常工况下的荷载作为设计荷载组合。

1）设计工况1：自重。按规范要求，设计安全系数：K=1.30。

2）设计工况2：自重+暴雨。按规范要求，设计安全系数：K=1.10。

3）设计工况3：自重+地震。按规范要求，设计安全系数：K=1.05。

表1 边坡防治工程岩土物理力学参数指标建议值

3.1.2 下部临时边坡（15m）

对于边坡局部稳定性，按正常使用状态下的正常工况下的荷载作为设计荷载组合。

设计工况：按规范要求，设计安全系数：K=1.05。

3.2 设计参数

边坡设计参数主要按极限平衡法对原边坡的稳定性系数进行了反算后，并结合类似工程经验参数对比，依据地勘报告（见表1）综合选取边坡的设计参数。

3.3 边坡稳定性分析

3.3.1 赤平投影分析法

据赤平投影分析（见图2）可知：岩层面与边坡倾向大角度相交，对边坡的稳定影响小，边坡稳定主要受岩体强度控制。

图2 边坡赤平投影图

3.3.2 Bishop 分析法

由于该边坡为规模较大的碎裂结构岩质边坡，且边坡主要为厚层强风化泥岩，可采用简化的Bishop 法进行边坡稳定性分析。

1）危险潜在滑动面的确定。根据地勘报告及类似工程实践经验的定性分析和理正岩土定量分析确定该边坡按2个潜在滑动面控制设计（见图3），但潜在滑动面1 相对潜在滑动面2 为局部稳定性，只需通过潜在滑动面2 进行控制设计，然后对局部潜在滑动面1 进行复核即可。

2）剩余下滑力的确定及分配。经计算，给定剩余下滑力计算安全系数1.1（暴雨工况为最不利工况），剩余下滑力为1941.314kN/m。按剩余下滑力的30%（582.394kN/m）分配给锚杆（索）框架梁：根据剩余下滑力计算结果，考虑预应力锚索沿滑面施加的抗滑力以及垂直滑面产生的法向阻滑力（只做安全储备，不参与计算），可计算所需预应力锚索单宽设计锚固力，根据单宽锚固力，可设计锚索的水平间隔及锚索排数及单根锚索的设计锚固力。

图3 潜在滑动面示意图

按剩余下滑力的70%即1358.920kN/m 分配给锚索桩，需要说明的是：该剩余下滑力是在给定剩余下滑力计算安全系数1.1（暴雨工况）计算所得，与下部临时边坡设计安全系数：K=1.05 不一致，但考虑到下部支挡结构参与整体边坡稳定性分析，应采用永久边坡安全系数为1.1 时计算出的剩余下滑力。

本次设计，取锚索承担整个边坡分配给锚索桩剩余下滑力的15%～25%进行试算、抗滑桩承担分配给锚索桩剩余下滑力的85%～75%进行试算。

3）具体加固措施的确定（见图4）。依据稳定性计算和剩余下滑力计算结果具体措施如下：（1）对ZK65+050～ZK65+100左侧顶部不稳定填土全部清除，并进行挂CF 网植草防护。（2）在第一级15m 直立边坡设置锚索桩，桩长29.0m 布设间距6.0m，截面2.0m×3.0m，桩顶设2 孔6 束锚索。桩间通过挂网喷混防护。（3）在较陡的第二级边坡设置锚杆框架梁。框架网格尺寸为2.5m×2.5m，锚杆现浇框架截面尺寸为40cm×40cm，锚杆长12m，为全长黏结式。（4）在第三、四级边坡上设置预应力锚索框架。竖肋、横梁的横断面为（宽）50cm×（高）50cm，肋与梁节点处设置预应力锚索。单根锚索设计锚固力为450～600kN，锚固长度10m。（5）一般坡面防护：对各级边坡框架内均采用挂CF 网植草绿化防护。