锚筋桩及锚杆在既有挡土墙边坡加固中的综合应用

卢利涛，杨文敬，冯小路

(1.广西交通设计集团有限公司，广西 南宁 530029；2.广西地产集团有限公司，广西 南宁 530029)

0 引言

“放坡+坡脚挡土墙”是公路建设过程中挖方边坡常用的防护形式，该类边坡滑移往往会引起坡脚处挡土墙的移动或倾覆。针对挡土墙的加固是处理该类边坡滑移的重点与难点，常用方法一般是放缓边坡，当场地无法放坡时，则采用锚杆(或锚索)进行处治加固[1]。但由于单独的锚杆(或锚索)加固，受力单一，往往效果不佳或造价较高，对此，采用锚筋桩+锚杆组合的方式加固挡土墙是一个不错的选择。此类组合形式是一种新型挡土墙加固形式，既避免了锚杆过密、锚固较深的缺点，又能有效增加挡土墙的抗滑以及抗倾覆能力，其适用性强，实际应用效果佳，得以在工程中广泛应用。

1 工程概况

百色市百隆高速公路永乐出口连接线道路改造工程已运营通车，其一桩号段右侧挖方边坡高约30 m，原设计坡脚采用7～10 m高的重力式挡土墙，由下而上按1∶1.75、1∶2.0、1∶2.0放坡，每级坡高10 m，坡间设置2 m宽平台，坡面采用挂网喷锚全封闭防护。

边坡岩土体主要由第四系碎石土及滑坡堆积层组成，下伏基岩为三叠系河口组第一段(T2h1)粉砂岩，强-中风化，薄层状构造，岩质较软，岩体极破碎，节理裂隙非常发育，多夹有泥质、炭质岩。

该挖方边坡于2018年12月投入使用，2019年4月遭遇多日连续暴雨后，边坡出现滑坡迹象，顶部出现多处拉裂缝，坡面混凝土面出现破损，下部挡土墙出现位移，挡土墙前方排水渠盖板隆起。通过在挡土墙墙顶设置多个监测点，检测到其水平位移在不断发展扩大，且位移速率逐渐加快。

2 滑移原因分析

根据现场查勘及地层揭露，该山体岩土性质较差，边坡本身稳定性一般。下伏基岩为强-中风化粉砂岩，岩体极破碎，节理裂隙非常发育，且裂隙中多夹有泥质、炭质，遇水软化。该岩土层在边坡开挖过程中受到较大扰动，边坡坡面在施工过程中就出现过不同程度的裂缝。

遭遇连续降雨后，坡顶多处出现裂缝，且有积水，边坡封闭混凝土面因土体滑移而出现破损，露出内部土体，土体多呈松散状，较潮湿；下部挡土墙也出现明显位移和错位。

初步分析认为，虽然边坡坡面已经封闭，但部分排水措施尚未完成，雨水从坡顶处渗入边坡土体，加重滑体重度，并软化滑带土，使滑带土成为饱水状态；滑床为不透水层，在界面附近形成径流，容重增大，c、φ值降低，使得上部堆积土体易在该接触面产生滑动；滑体传至挡土墙墙背的下滑推力的水平分力大于或等于挡土墙提供的抗滑力，导致挡土墙产生位移。

综上，该滑坡属推移式滑坡，主因是雨水渗入边坡土体，使边坡岩土参数产生变化，导致下滑推力增大，进而致使边坡及下部挡土墙出现滑移。

3 加固方案及设计

重力式挡土墙主要是依靠其自身重力产生的抗滑力来抵挡上部边坡传递下来的滑动力，当滑动力大于或等于抗滑力时，挡土墙就会产生失稳及滑动位移。加固重力式挡土墙的主要本质为增加抗滑力或减少滑动力。

重力式挡土墙常用加固措施为锚固法。锚固法适用于有锚固条件的边坡，在其整体稳定性和支护结构抗滑移、抗倾覆、支护结构及构件承载力等不满足要求时进行加固[2]。考虑到现场墙背岩土体多以中风化粉砂岩为主，能够为锚杆提供较好的锚固力，决定采用锚固法对该挡土墙进行加固。

锚筋桩相对较少用于既有挡土墙加固。其加固原理为假设单根锚筋桩破坏面是一个以桩底中心点为锥顶、锥角45°的“倒锥表面”，破坏面以上的锥体有效自重与锚筋桩的上拔力维持静力平衡[3]。锚筋桩多以群桩的形式进行加固。本项目挡土墙墙背回填材料为无砂混凝土，通过在挡土墙后侧设置数排锚筋桩，并将所有锚筋桩通过钢筋连接成一个整体框架结构。该框架结构将挡土墙墙背回填的无砂混凝土与下部稳定岩土层紧密连接，两者形成一个有效整体，相当于再增设了一道新的钢筋混凝土挡土墙，减小了上部边坡传递至重力式挡土墙的滑动力。

锚杆与锚筋桩两者共同作用，有机结合，能够有效地增强边坡的稳定性，减小挡土墙的滑动位移。如图1所示。

图1 既有挡土墙边坡加固方案设计图

3.1 锚杆加固措施

在现状挡土墙墙身上，自下而上设置三排锚杆，锚杆长6～12 m，水平间距为1.5～2.0 m，垂直间距为2～2.5 m，锚杆向下倾角为25°，最下排锚杆锚头设置在路面以上1.0 m高度。锚杆穿越挡土墙墙身及墙背的无砂混凝土进入稳定岩土层中，把挡土墙与后部岩土体连接起来，将挡土墙“拉”住，防止挡土墙进一步位移。在实际施工中应注意锚杆与锚筋桩需错位布置，防止交叉相碰，影响加固效果。

3.2 锚筋桩加固措施

原挡土墙施工时在挡墙顶部后侧预留有宽约2.5～4 m的平台，且墙背后主要回填材料为无砂混凝土。本次边坡加固工程中以锚筋桩形成桩群加固，加固锚筋桩设置在该平台上。桩位按横向孔间距1.0～1.5 m、纵向孔间距1.5 m，呈品字形横向布置3排锚筋桩。结合挡土墙位移监测结果及推测滑坡面位置，锚筋桩桩长分为18 m、24 m两种类型，两种桩长的锚筋桩均穿越滑动面进入下方稳定岩层，其中滑坡轴线及附近采用24 m桩长，其他两侧采用18 m桩长。如图2所示。

图2 锚筋桩平面布置图(mm)

如图3所示，单个锚筋桩采用5根φ28 mm主钢筋通过φ16 mm钢筋焊接在一起，焊接筋每段长300 mm，焊接间隔为2 000 mm。锚筋桩顶部框架采用φ36 mm纵向钢筋、φ18 mm横向钢筋焊接，整个锚筋桩平台采用C30现浇混凝土封闭。

图3 锚筋桩构造示意图

4 岩土参数反演推算及边坡稳定分析

4.1 岩土参数反演推算

参考地勘提供的力学参数，考虑山体滑动的实际边界条件及已施工的工程措施等环境因素，该滑坡主要滑动面可能位于碎石土与强风化粉砂岩接触面附近。以该推论为基础，运用已知安全系数求解c、φ值的计算模式，采用反演法推算滑坡体、滑坡面抗剪参数。

本文采用理正岩土计算软件的边坡稳定计算模块，对暴雨工况进行参数反演计算。因现状边坡已出现滑动迹象，假定边坡稳定性系数K≤1.0，以c、φ值其中的一个参数建议值(如碎石土采用c=0 kPa)为基准，根据以往经验不断迭代另外一个参数，采取穷举法选出在该边坡稳定性系数下较为合理的参数[4]。之后根据工况设定多个不同的K值，得出不同边坡稳定性系数下的c、φ值，经多次反算后选出一组较为贴合实际的c、φ值。地勘资料提供边坡各岩土层物理力学参数建议值与反演法推算出的参数见表1。

表1 边坡各岩土层物理力学推算参数表

4.2 边坡稳定性计算

结合工程区域的地质情况及当地自然环境等资料，考虑三种计算工况(天然工况、暴雨工况及地震工况)：天然工况主要是考虑边坡土体自重因素；暴雨工况主要考虑边坡土体自重及在暴雨作用下边坡土体参数和水压力等因素；地震工况主要考虑边坡土体自重及地震作用等因素。

利用理正岩土软件，选取多个剖面，采用折线滑动法计算其稳定性系数。各剖面各工况稳定性计算结果见表2。

表2 各剖面稳定性系数计算结果表

由表2可知，该边坡工程安全等级为一级，天然工况属于持久工况，暴雨工况属于短暂工况，地震工况属于偶然工况，对比规范相对应工况的稳定安全系数限值，剖面7-7′及8-8′在天然工况下属于欠稳定状态，在暴雨工况下属于不稳定状态，在地震工况下属于稳定状态。

5 注意事项

(1)市场上采用的锚杆设计过于固定，与具体地质条件不相适应。锚杆长度只有6 m、9 m或12 m几种，缺乏针对性。杆长应充分考虑边坡可能的破坏形式、滑面深度、下滑力大小而综合确定。杆长应是可变的，如在6～12 m按具体条件取值。

(2)锚杆与锚筋桩间距固定，与实际地质条件适应性差。设计时应规定其间距有一个可变的范围，并提出其网度选择的原则，视实际地质条件指定各坡段采用的网度。

(3)设计断面上锚长组合缺乏针对性。如碎石土或砂土可能的破坏形式为平面破坏，布置形式总体应为上长下短；黏性土破坏形式为圆弧剪切破坏，布置形式总体应为中部长、上下短。

(4)锚筋桩与锚杆主筋直径固定，不合理。主筋大小应与设计抗拔力直接相关，应有一个可变范围，以免造成浪费或达不到设计受力要求。

6 结语

(1)经以上加固方案工程处治后，该路段已通车运营两年多，经历了两个雨季考验。监测资料显示，并未发现挡土墙明显变形，边坡稳定，处治效果良好。

(2)在锚杆的设置上，将部分坡体滑移推力传入深部稳定岩土层，加强了边坡抗滑能力，有效降低了挡土墙的抗滑及抗倾覆的负担，对挡土墙和边坡的加固效果良好[5]。

(3)在锚筋桩的设置上，通过深部稳定岩土层锚固力替代部分重力，有效加强了挡土墙的抗滑及抗倾覆作用，同时减少了挡土墙对地基承载能力的要求。

(4)在挡土墙基础中布置锚筋桩，避免了常规加固方案的基坑开挖，施工简便快捷，场地适应性强，非常适用于维修加固施工场地狭窄的路段。该方法对道路交通及边坡影响较小，为既有挡土墙加固提供了一个新的思路。