锚索肋板墙在公路工程中的应用探索

2021-06-03杨柯张文成

科学与信息化 2021年14期

杨柯张文成

中交第一公路勘察设计研究院有限公司陕西西安 710075

引言

锚索肋板墙是一种类似于锚杆挡土墙[1]的加固技术，又可称板肋式锚索挡墙和锚索挡墙[2]，主要由基础、肋柱、挡土板和锚索组成。基础可采用浆砌片石或素混凝土构成，基础需置于稳定岩土层内，肋柱和挡土板采用一体式浇筑，锚索在肋柱竖向间隔布置，锚固段深入稳定岩土体内。锚索肋板墙使用条件：可以应用在墙后坡体破碎、易冲刷、易剥落或需限制墙后岩土体剥落掏空的支护环境中，既可以应用在路堑边坡支护，也可用于路堤边坡防护。锚索肋板墙在国内的应用较少，工程经验较少，本文以KKH二期赫韦利扬至塔科特段公路工程的几处应用为例，分析总结锚索肋板墙在设计和施工中的注意事项，以期为类似工程提供参考。

1 锚索肋板墙在工程中的应用案例

KKH二期塔科特至赫韦利扬段公路工程位于巴基斯坦北部开伯尔- 普赫图赫瓦省。是亚洲公路AH4((Urumqi- -Karachi)的重要组成部分，是中巴经济走廊的陆路通道的核心路段，也是巴基斯坦公路网南北主要骨架的组成部分。设计标准采用为中国现行规范体系。锚索肋板墙在此工程中应用5处，各工点主要特征如下：

第一处为路堑滑坡治理，路堑边坡高度51m，地处低中山沟谷区，根据勘察资料显示，该处为滑坡地段，滑坡体在平面上呈“簸箕状”，滑体沿公路方向宽约95m，纵向垂直于公路长约60m，滑体平均厚度约6米，总方量约3.42×104m3，为小型浅层滑坡，地形坡度下部约40～50°，上部15～30°；地层岩性：上部为灰褐色、松散至中密碎石土，稍湿，局部有地下水出露处成湿、很湿状态；下伏基岩为强风化千枚岩，风化严重，岩体破碎，完整性差。岩土特点：土层含水潮湿，自稳性差，抗冲刷能力差，易被冲刷垮塌。该处边坡第一级采用锚索肋板墙加固。

第二处为路堑边坡治理，边坡最大高度42m，分级高度10m，第四级边坡一坡到顶，根据现场开挖揭露，边坡内未见稳定地下水分布，边坡上部为第四系残坡积层碎石土，厚度0.5～1.5m；下伏基岩为千枚岩，基岩节理发育，强风化厚度大，开挖揭露和降雨后风化加剧，边坡发生滑塌，坡面局部形成深约1.5m高2.0～3.0m的凹腔，滑塌范围逐渐扩大。岩土特点：岩体易二次风化，完整性差，易被冲刷垮塌。该处边坡一级采用路堑墙防护，二级采用锚索肋板墙加固，三级边坡采用锚杆框架，第四级边坡放缓边坡后植草。

第三～五处为填方路基加固，填方边坡高度11.5～19m；工程地处中低山峡谷区，受Nandihar河流下切影响，河流两岸地形陡峭，自然坡度约为40～55°；地层岩性：上部为灰黄色、松散至中密碎石土，呈干燥至稍湿状；下伏基岩为强风化花岗片麻岩，片麻理反倾坡内，岩体较破碎，完整性较差。岩土特点：土体结构松散，自稳性差，抗冲刷能力差，易被冲刷溜塌，承载力较低。区内未见断裂发育，区域构造稳定性较好。此三处路堤边坡采用锚索肋板墙进行防护。

锚索肋板墙在该工程中的应用，主要用于无黏性的碎石土类和完整性差的软岩岩质边坡支护，无黏性土密实干燥状态下稳定性好，承载力高，但松散且含水时自稳性差、承载力低，锚索肋板墙从结构上能有效限制墙后岩土垮塌及冲刷破坏，即能控制整体稳定，又能限制局部破坏；从经济方面来讲，虽略高于传统锚索框架，但相比于桩板墙可以节省投资。

2 锚索肋板墙方案设计

根据锚索肋板墙所在位置的岩土特征及边坡破坏特征，分别计算剩余下滑力和土压力，以较大值作为锚索的设计荷载，并视环境特征考虑增加附加荷载等。下面以前述5处锚索肋板墙其中1处路堤边坡为例，设计如下：

2.1 参数选取

设计过程所需的岩土体物理力学参数主要用于剩余下滑力、土压力、锚索设计和承载力计算等。本工程中取压实填土天然容重为20.0kN/m3，饱和容重为21.0kN/m3，天然状态黏聚力C值取5～10KPa之间，内摩擦角φ值取25°～32°之间。其他荷载按25Kpa取值。

2.2 稳定性计算

分别计算墙后填土沿原始地面滑移产生的下滑力和墙后土压力，以较大值作为设计下滑力。

根据《公路路基设计规范》JTG D0-2015第3.6.10路堤沿斜坡地基或软弱层带滑动的稳定性分析，采用不平衡推力法进行计算[3]。

分别三种工况下剩余下滑力：正常工况：路基投入运营后经常发生或持续时间长的工况；非正常工况Ⅰ：路基处于暴雨或连续降雨状态下的工况；非正常工况Ⅱ：路基遭遇地震等荷载作用的工况[4]。

表1 路基稳定性计算成果一览表

依据确定的设防安全系数，以填土界面按照折线形模型的不平衡推力法，计算确定该路基的剩余下滑力为411KN/m。

根据《建筑边坡工程技术规范》GB50330-2013第6.2.3和第6.2.11[5]公式计算墙后填土的主动土压力[6]，计算得肋板墙所受主动土压力为471KN/m。

两者取大值，因而锚索肋板墙所受的力为471KN/m。

2.3 锚索肋板墙设计

2.3.1 锚索设计。锚索肋板墙单片框架宽5.98m，高度11.5m，肋柱间距3.0m。

根据《公路路基设计规范》JTG D30-2015第5.5边坡锚固[7]章节进行锚索设计计算。在横梁竖肋节点处设锚索，单片框架布设4排8孔6束Φs15.2锚索，锚索倾角25°，锚索长度为20m，锚固段长10m，锚索孔直径130mm，砂浆强度为M30，锚索设计荷载为600KN，锁定荷载为500KN。

2.3.2 肋柱和挡土板设计。肋柱和挡土板采用C25混凝土整体浇筑而成，挡土板厚度为40cm，单片宽5.98m，高度11.5m；肋柱间距3.0m，肋柱宽60cm，厚度70cm，肋柱和挡土板面侧、背侧布置竖向通长受力钢筋，受力钢筋连接宜采用机械连接或焊接，锚索沿肋柱竖向间隔3m布置。挡土板布置梅花型泄水孔，在泄水孔进水测设置反滤层或反滤包[8]。

图1 锚索肋板墙设计示意图

3 施工工序

当锚索肋板墙用为路堑边坡时的施工工序：施工准备、测量放样—基础施工—锚索钻孔、清孔—锚索制作—锚索安放、注浆—肋板墙钢筋绑扎、立模—浇筑肋板墙—安装锚头钢垫板—锚索张拉—封锚。

当锚索肋板墙用为路堤边坡时，因墙后需回填土方，回填土方需在墙体浇筑养护之后进行，考虑施工难度及墙体稳定性等因素，建议肋板墙分节浇筑施工，单节浇筑高度可控制在3m左右，施工工序可参考下图：

图2 施工工序图

4 效果分析

在锚索肋板墙实施过程中和实施完成后对基础、墙体、路面进行了长期的沉降观测；①根据锚索肋板墙锚索张拉前后的观测数据分析，在锚索未张拉前墙体沉降较大，在锚索张拉后竖向沉降逐渐减小，大多观测点在张拉完成1月左右逐渐趋于稳定；②根据墙体和墙后填土的沉降观测来看，墙后填土沉降略大于墙体沉降量，墙后填土沉降主要与墙后填土填筑质量密切相关，压实度高则沉降变形相对较小。

从已完的几处应用中来看，锚索肋板墙与前后段浆砌挡土墙衔接平顺，施工相对简单，支护效果良好，经济性较优。