锚索抗滑桩在道路边坡防护中的应用

仓金浩

（中核华纬工程设计研究有限公司，江苏南京 210000）

0 引言

在城市道路事业持续发展的背景下，由于道路边坡防护与施工顺利实施及施工质量具有直接关系，故而其逐渐受到社会关注。因此为增强城市道路建设效果，促进城市道路交通事业健康发展，防止对古建筑地基稳定性产生影响，必须对锚索抗滑桩形成正确认知，充分掌握其设计原理及方法，并严格依照规范要求将其应用到道路边坡防护中，进而为后续施工顺利进行提供保障，其对促进城市道路事业健康发展具有重要意义。

1 工程概况

本文列举的工程处于福建省福州市永泰县，结合道路工程规划，可发现该工程道路呈现十字交叉，而在交叉口区域存在一座古建筑。该古建筑占地2000 多平方米，因历史悠久而无法拆迁，其对保障城市道路建设顺利实施极为不利。该工程共有两条道路，其分别是北江滨路与二环路。其中北江滨路属于旧路改造，当前。该道路为二级公路省道203，走向为东西，路面实际宽度是12m，结构属于沥青路面，双向两车道。北海滨路设计方法，依照城市主干路进行设计，设计的使用年限是15a，道路交通量饱和状态的设计时间是20a；二环路属于新建城市主干路，其道路实际宽度为30m，结构是沥青路面，双向四车道，设计的速度数值是50km/h。通过四阶段法对北江滨路开展交通量预测分析及通行能力计算工作，可发现截至交通量饱和设计年末，该道路的高峰交通量预测结果是907pcu/h。将美国道路通行能力手册中的服务水平分级表作为参考依据，可发现依据双向四车道对北江滨路进行考虑时，其饱和设计年末交通量饱和度的数值是907/1463=0.62，能够保持相应的C 级服务水平，交通量属于稳定车流，存在一定程度的延误。通过对城市道路交叉口设计规程进行分析，可发现该工程主干路平面与主干路交叉种类属于平A1型，存在交通信号进行控制，在进口道必须展宽交叉口。在北江滨路出口道路与二环路进口道分别对某条车道进行展宽后，道路红线将进入古建筑的基础范围，因此为避免对古建筑造成破坏，保障城市道路工程整体效益，必须对该范围内的基础采取相应的边坡防护措施。

2 建设条件

通过开展施工现场调查工作及钻探孔与槽探孔揭露作业，可发现该工程存在的古建筑场地地层可根据不同性质划分为以下类型：全风化凝灰熔岩、素填土、碎块状强风化凝灰熔岩、中风化凝灰熔岩等[1]。施工现场的地震动峰值加速度数值为0.05g，反应谱特征周期数值是0.45s，施工现场的抗震设防烈度通过分析后可发现为Ⅵ度，设计的地震分组属于第三组，在拟建场地中，不存在活动构造带通过。此外，在施工现场中不存在引发强震的地质条件。针对拟建道路而言，其沿线属于残丘坡地及山间凹地，自然斜坡当前具有良好的稳定性。在后续施工作业中，路基段两侧区域将出现挖方边坡，而该边坡存在一定程度的风险性，极有可能导致崩塌及滑坡等地质灾害形成。因此为避免上述现象发生，必须及时开展支护作业。通过对上述因素进行分析，可发现该场地整体稳定性相对较差。针对本文列举的工程而言，其交叉口路面标高的设计数值处在41～42m 的范围内，边坡坡顶标高的数值处在50～52m 的范围内，边坡高差处在8～10m 的范围内。

3 边坡支护方案

边坡支护方案是道路边坡防护顺利实施的重要基础，其科学性与防护效果具有密切联系。因此必须正确认识到边坡支护方案的重要性，并对其进行科学设计。边坡防护选择对预应力锚索抗滑桩支护进行利用，在通常情况下，该方案多是应用于岩质滑床，主要组成部分是预应力锚索组成桩与抗滑桩，属于锚支挡体系，能够对滑坡体下滑现象进行有效处理，在施工过程中，应将锚索固定在相应的岩层中[2]。通过实际调查可以发现，目前该种支护方案已被广泛应用于道路水利工程领域中，并成功取得良好的应用效果。相较于传统抗法中，该抗滑桩受力状态整体良好，其能够在桩顶对拉力进行施加，促使传统抗滑桩的悬臂受状态发生转变，因此其具有更合理的受力状态，属于主动抗滑结构。此外，该抗滑桩基础力学模式能够等价为其他超静定结构，存在的特征呈现多样化，主要有剪力较小、桩身截面尺寸具有良好的合理性及桩身弯矩较小等。针对本文列举的工程而言，施工单位为确保古建筑结构基础具备良好的稳定性，对抗滑桩施工方案进行初步设计时，首先选择对桩顶土石方进行开挖，构建相应的工作面，并进行基坑开挖作业，对桩身进行灌注，在桩身混凝土强度符合设计规范要求的情况下，对桩前土石方进行开挖。但由于该工程施工条件相对较差，故而应对水墨钻法挖孔施工法进行利用，依照跳桩对抗滑桩基坑进行开挖，对基坑护壁进行设计时，利用钢筒套，而钢套筒直径数值是1.3m，壁厚是12mm，桩身混凝土的实际强度等级是C35。正式进行施工作业时，若发现滑动现象、滑坡段或必须进行快速施工时，应对速凝或早强混凝土进行利用，并在桩与桩之间设置软式透水管。应在桩顶冠梁区域对砂夹卵石反滤层进行设置，并将反滤层厚度控制在0.3m左右，在其下部区域对夯填黏土防渗层进行设置。

4 锚索抗滑桩设计方法与计算

为提高锚索抗滑桩在道路边坡防护中的应用效果，工作人员必须充分掌握其设计方法与计算原理，并进行合理使用。针对抗滑桩的设计原则而言，其主要包括以下内容：应尽可能选择滑坡厚度相对较小，推力较小，锚固段地基具有较高的承载力，且抗滑性良好的地段区域，对桩的平面布置、桩的截面形状、桩的尺寸及间距等进行确定的过程中，必须进行综合考量，确保其具有良好的科学性。在设计抗滑桩时，必须充分结合施工现场实际状况，将地质条件及边坡形状监测信息等作为重要参考依据，实施动态化校核，以此提高设计合理性。通过分析预应力锚索抗滑桩的计算，可发现其可根据不同性质划分为抗滑桩桩身内力的计算与锚索拉力计算，锚索抗滑桩计算模型如图1 所示。

图1 锚索抗滑桩计算模型

预应力锚索抗滑桩的受力过程可根据不同性质划分为两个阶段，其主要内容如下：①主要是抗滑桩施工结束至锚索张拉至设计值阶段。在该阶段中，锚索预应力属于集中力，能够直接作用于抗滑桩，处在锚固面以上的桩体，能够受到锚索拉力与岩土反力的作用，可将其作为弹性地基梁。②在锚索预应力张拉结束后，抗滑桩与锚索将形成一个系统，对滑坡推力进行共同抵御，并对变形现象进行协调。在该阶段中抗滑桩并非锚固段，其等同于在桩顶受到弹性固定支承，因此应依照静定结构进行计算。

4.1 锚索抗滑桩设计参数

从现实角度出发，可发现抗滑桩的横截面不仅可以是矩形，而且还可以是圆形，对尺寸的实际数值进行确定时，必须对滑坡推力的大小、地基承载力及桩间距等多项因素进行综合考量。该工程对抗滑桩截面进行设计时，选择依照圆形进行设计，直径控制在1300mm 左右。抗滑桩的间距就有一定的特殊性，其必须符合相关标准，不能过大也不能过小。若间距超出相关标准，将导致土拱效应无法形成，若间距小于相关标准，将引发群桩效应[3]。桩间距的实际数值不仅与桩受到的滑推力具有直接关系，而且还与桩后土体相关数值具有密切联系。通过对国内外相关文献资料进行分析，可发现针对圆形桩而言，其最小间距应为圆形桩直径的2.5 倍，而该工程中的圆形截面抗滑桩间距具有一定的相似性，故而间距确定为3000mm。抗滑桩的锚索不仅可以是单锚，而且也可以是多锚，为防止群锚效应形成，对锚索的间距进行设计的过程中，必须对锚固力与锚固段的锚固能力进行综合考量。在通常情况下，锚固段间距最佳数值应处在3～6m 的范围内，最小间距必须大于1.5m。该工程选择对单桩单锚体系进行利用，而对锚索间距进行设计时，选择将抗滑桩间距作为参考依据。在确定抗滑桩的埋置深度时，若桩为普通悬臂桩，应确保设计的锚固深度不仅能够满足桩周土承载力具有的基本需求，而且与承载力滑坡推力及桩顶允许位移的相关标准相互匹配。若桩为锚索抗滑桩，锚索将承担大部分滑坡推力，因此桩的锚固深度仅需要满足地基承载力具有的要求。针对该工程而言，其将锚固桩锚固深度确定为8m。本文列举的工程选择通过水泥混凝土对抗滑桩终身进行浇筑，对纵向受力钢筋进行设置时，选择利用28 根HRB400，直径控制在25mmm 左右，保护层的实际厚度是70mm。

4.2 锚索设计应力

对锚索抗滑桩进行设计的过程中，考虑到抗滑桩与锚索的刚度具有较大差别，故而必须对毛索变形量进行严格把控，确保其能够与抗滑桩共同对变形现象进行协调，其在锚索抗滑桩设计中具有重要地位。针对本文列举的工程而言，其通过分析相关公式选择对15.24mm 高强度低松弛的钢绞线进行利用，其实际抗拉强度是1860MPa。

4.3 滑坡推力计算

针对抗滑桩锚固段以上区域而言，其受到的荷载作用主要包括土压力、水平地震作用及滑坡推力等。其中，对滑坡推力进行计算时，可选择对传递系数法进行利用，确定地震作用的过程中，可将滑坡推力安全系数确定为1.05。由于该工程处在的区域地下水位埋藏程度相对较深，故而不对水作用进行考量[4]。由于计算方式相对较为复杂，对保障设计效率极为不利，故而该工程选择根据规范要求将抗滑桩后主体划分为不同的两个模块，滑动体重度实际数值是22.000（kN/m3），滑动体饱和重度数值是22.500（kN/m3），安全系数是1.3，不对动水压力及地震力作用进行考量，岩土抗剪强度的数值为c=13kPa，内摩擦角ϕ=18°，实际计算结果如表1 所示。

表1 滑坡推力计算结果

4.4 桩身内力与变形计算

常见的计算模型可根据不同性质划分为弹性桩与刚性桩，对普通抗滑桩进行计算的过程中，可选择对相应的桩锚固深度及变形系数进行综合考量，以此确认采用的计算模型。对锚索抗滑桩进行计算时，考虑到其存在一定程度的预拉力，且桩截面尺寸与高度实际数值相对较小，故而应对弹性桩计算模型进行利用。通过对滑坡体工程性质与厚度进行结合与分析，可发现应采用矩形对推力分布图形进行布置，并依照200kN/m 对剩余下滑力进行考虑，将桩间距3m 作为参考依据，以此开展对每根抗滑桩所受推力的计算工作。抗滑桩的实际长度是20m，锚固段长度是8m，对锚固段以上的桩体进行计算时，应将受静载作用的悬臂梁作为基础。对锚固段以下的桩身内力及变形进行计算的过程中，应对弹性地基梁模型进行利用，以此提高计算精准性。在实际计算过程中应对公路路基设计规范要求进行深入分析，若发现区域岩层及硬黏土相对较为完整，应将地基系数确定为常数K。若发现桩前滑动面不存在超载，应通过三角形对地基系数进行分布，若发现其存在超载，应采用梯形进行分布。该工程的抗滑桩锚固段土层属于中风化凝灰熔岩，地基系数对m 法进行利用。本文列举的工程相关设计参数如表2 所示。

表2 相关设计参数

第1 道锚索水平拉力数值是300.000kN，与桩顶之间的距离是1m，剩余下滑推力直接作用于抗滑桩，针对桩身强度的计算结果而言，主要内容如表3 所示。通过对相关计算结果进行分析，可发现抗滑桩桩顶位移的计算数值是14.79mm，考虑到该边坡周围存在古建筑，对变形具有较大的敏感性，故而应将桩顶允许位移的实际数值控制在0.005 倍桩长范围内，以此满足位移控制具有的内在需求[5]。

表3 锚索抗内力与位移计算

4.5 地基承载力

该工程地层属于中风化岩，桩侧地基横向容许承载力是：

式中：KH——水平方向换算系数，与岩土形状具有密切联系，数值处在0.5～1.0 的范围内；μ——折减系数，数值处在0.3～0.45 的范围内；Re——岩石单轴抗压极限强度值。此外，应及时开展对抗滑桩斜截面承载能力与正截面承载能力的计算工作，并对裂缝控制进行验算。

5 施工与监测

施工过程在抗滑桩边坡防护中具有重要地位，其能够对防护效果产生直接影响，因此必须对该项环节给予重视。针对预应力锚索抗滑桩施工而言，其采用的施工方法主要包括先桩后锚与先锚后桩。在实际施工中，考虑到锚索极易出现位移现象，故而在通常情况下应对先索后桩施工方法进行利用。锚索的施工流程具体内容如下：①应进行成孔作业。②应对锚索进行安装，并开展灌浆施工。③在上述作业完成时，应开展张拉锁定。抗滑桩具体施工流程如下：①应进行抗滑桩井锁扣，并隔桩进行竖井开挖作业。②应下放钢筋笼，进行桩身混凝土灌注。③应进行锚索张拉。在完成锚索抗滑桩施工作业后，应选择数量为总量3%的锚索开展张拉试验，并将张拉力控制在1～1.1 倍的范围内，以此对锚固力进行设计[6]。此外，应进行长期应力监测作业，以此为施工质量提供保障。

6 结语

综上所述，道路边坡防护是城市道路建设中的重要内容，其能够对道路建设质量产生直接影响，因此为提高边坡防护效果，应对锚索抗滑桩形成正确认知，充分掌握其计算方法与设计原理，并严格依照规范要求将锚索抗滑桩应用到道路边坡防护作业中，以此提高防护效果，防止对道路建设中的建筑地基产生影响，进而提高城市道路工程整体效益。基于此，城市及道路交通将实现健康发展。