多級框架梁和抗滑樁聯合作用下邊坡支護方案研究

黃鄭文

(中鐵大橋局集團第六工程有限公司，湖北武漢 430000)

滑坡具有很復雜的工程地質特性，尤其是坡腳開挖后坡體的自穩能力差，易造成局部滑塌、位移等病害；倘若遇到暴雨或地震，極易形成大規模的滑坡，破壞性極大，嚴重威脅居民人身和財產安全[1]。在滑坡防止中主要的工程措施有抗滑樁、框架梁和擋土墻等。錨索框架梁為近年來在邊坡加固中廣泛應用的復合支護結構，將錨索這一柔性支護手段和框架梁結合起來，在實際工程中取得了良好的支護效果[2]。錨索抗滑樁也是滑坡治理工程中常用的一種支擋結構物，相對普通的抗滑樁，其在受力狀態上的優點很明顯[3]。

近年來，國內外學者對邊坡支護工程做了大量研究[4]。韓愛民[5]等對預應力錨桿框架梁支護體系的力學響應及其對設計參數的敏感性問題進行了研究。戴自航[6]等將預應力錨索框架梁加固邊坡按三維問題進行穩定性分析，揭示其加固滑坡的機理。李德宏[7]等研究了圓形錨索抗滑樁在滑坡治理中的應用。楊波[8]等采用強度折減的有限元法討論了雙排抗滑樁在三種典型滑坡的計算與受力規律分析。目前大多研究為單獨研究錨索框架梁或單獨研究錨索抗滑樁的力學性能和方案設計，對兩者聯合作用下的邊坡支護研究較少。

本文以深圳外環高速公路深挖路塹邊坡支護為工程背景，展開在多級錨索框架梁和錨索抗滑樁聯合作用下邊坡支護的研究，為今后同類深挖路塹邊坡的支護設計提供參考。

1 工程概況

深圳外環高速公路深圳段一期工程K24+706.570～K24+742.083段觀光路跨線橋38#、39#橋墩布設于現狀觀光路邊坡上，需對現狀觀光路邊坡進行開挖削坡，后施工橋梁樁基、承臺、橋墩。在設計樁號K24+725現狀觀光路左側第三級邊坡坡頂有一處110 kV高壓鐵塔(目前已通電)。現狀觀光路為通車的城市主干道，車流量較大。

觀光路現狀邊坡的地質勘察資料揭示：第一層為厚約0.9 m左右的亞黏土：灰黃、褐紅、淺黃色，稍濕-濕，可-硬塑狀態；第二層為厚約10.7 m左右全風化混合巖：褐紅、褐黃色，原巖結構基本破壞，但可辨認，巖芯呈土柱狀，堅硬狀態；第三層為強風化混合巖：褐黃色，原巖結構大部分破壞，巖石裂隙極發育，巖芯呈土柱狀、土夾塊狀，27.9～30.1 m段見有較多的弱風化巖塊，其它地段含少量弱風化巖塊，合金鉆進容易。邊坡現狀如圖1所示。

圖1 邊坡現狀

2 邊坡穩定性分析

本項目邊坡穩定性分析、驗算采用理正巖土6.0計算軟件。計算方法采用簡化Bishop法和Janbu法。由于邊坡大部分為全風化混合巖和強風化混合巖，巖體碎裂，為土質、類土質邊坡，因此滑動面采用圓弧滑動面考慮。根據JGJ D30-2015《公路路基設計規范》，選取正常工況和暴雨工況兩個計算工況，正常工況邊坡穩定性安全系數應大于1.35，暴雨工況邊坡穩定性安全系數應大于1.20。參數選取快剪指標，兩個工況各土層具體參數如表1所示。

支護方案采用開挖第一級邊坡采用樁板墻支護，樁頂以上第二、三、四級邊坡采用錨索框架梁加固聯合支護。經計算，正常工況下邊坡安全系數Fs=1.680，暴雨工況下邊坡安全系數Fs=1.240，均滿足規范要求。滑坡推力作用情況下，錨索抗滑樁樁側地基最大的橫向土反力為869.587 kPa；庫侖土壓力作用情況下，錨索抗滑樁樁側地基最大的橫向土反力為624.981 kPa。兩者均小于橫向容許承載力，滿足規范要求。

表1 巖土參數

3 支護方案

3.1 支護結構設計

3.1.1 總體布置

為保證開挖邊坡的整體穩定，確保前緣橋梁墩臺的施工及高速公路運營期間的安全，在充分結合開挖邊坡的地形和地層特征的前提下，在深外環高速路左側，沿路線方向布置一排錨索樁板墻，在38#橋墩承臺兩側垂直路線方向各布置一排樁板墻。錨索樁板墻頂部邊坡按照1∶0.75坡率進行放坡，最高為3級邊坡，分級高度為10 m，平臺寬2.0 m，平臺處設置平臺排水溝，樁頂以上邊坡采用錨索框梁加固，同時在塹頂外5 m處設置截水溝。

現狀觀光路為四級邊坡，邊坡第一級高度為5 m，設置錨索樁板墻支護；第二級分級高度為10 m，坡率為1∶0.75，設置錨索框架梁支護(僅設置一排錨索)，第三級分級高度為10 m，坡率為1∶0.75,設置錨索框架梁支護(僅設置一排錨索)，第四級最大高度6 m，設置錨索框架梁支護(僅設置一排錨索)；坡頂距離高壓塔基礎最近距離為17.6 m。總體布置如圖2所示。

圖2 邊坡支護方案總體布置

3.1.2 錨索抗滑樁

在深外環高速路路基左側，布置一排錨索樁板墻，在38#橋墩承臺兩側垂直路線方向各布置一排樁板墻。本工程共設置抗滑樁12根(1#～12#)，其中錨索抗滑樁7根(3#、4#、5#、9#、10#、11#、12#)，抗滑樁5根(1#、2#、6#、7#、8#)(圖3)。抗滑樁為C30鋼筋混凝土結構，現場澆筑，樁中心間距為5.6 m，樁截面為2.0 m×3.0 m，樁長16.0 m，其中路塹開挖后形成的懸臂段長8.0 m，嵌巖段長8.0 m。其中錨索抗滑樁的兩排預應力錨索分別位于樁頂下1.0 m處和3.0 m處，設計采用8束1×7φs15.24鋼絞線，錨固角度第一排20 °，第二排22 °，設計錨固力為700 kN，總長度22 m，其中自由段長12 m，錨固段長10 m(圖4)。抗滑樁懸臂段之間設置擋土板，其截面尺寸為0.3 m×1.0 m，單塊長3.4 m，共需設置樁間擋土板80塊。其中5#與9#樁之間根據現場施工平臺位置動態過渡，過渡區采用錨索框架加固。

圖3 抗滑樁平面布置

圖4 錨索抗滑樁橫斷面示意

3.1.3 錨索框架梁

左側錨索樁板墻頂部以上邊坡分級高度為10 m，平臺寬2 m，坡率自下而上分別為樁頂上第一級1∶0.75，第二級1∶0.75，第三級1∶0.75。坡面錨索采用5束1×7φs15.24鋼絞線，設計錨固力為550 kN，總長度20 m，錨固段長度10 m，錨固角度20 °，坡頂一排錨索總長度26 m，錨固段長度10 m，錨固角度20 °。錨索框梁縱橫梁截面尺寸為40 cm×40 cm，采用C25混凝土澆筑。立面布置如圖5所示，橫斷面布置如圖6所示。

圖5 錨索框架梁立面布置

圖6 錨索框架梁橫斷面

3.2 施工方案研究

主體施工順序安排如下：頂級邊坡開挖→頂級邊坡錨索框梁→截、排水溝→下部邊坡開挖→下部邊坡錨索框梁→平臺排水溝→錨索抗滑樁→樁前土體開挖。

3.2.1 抗滑樁施工

抗滑樁施工工序：點位測放，孔口段開挖與鎖口盤制作，樁身開挖與護壁，鋼筋籠制作(安放)，混凝土澆筑。抗滑樁施工采取跳樁施工，根據樁孔實際開挖揭露的地層、滑面位置動態調整樁長和配筋。

抗滑樁應跳樁分節開挖，按設計做好鎖口盤和每節護壁。樁孔護壁采用C30混凝土澆筑，為提高護壁混凝土的早期強度，可加入適量早強劑。澆筑護壁混凝土時，必須保證護壁不侵入樁截面凈空以內。樁孔開挖過程中應隨時校準其垂直度和凈空尺寸。樁孔挖到設計標高后進行驗槽、澆筑封底混凝土，并應保證封底混凝土厚度。樁身混凝土應邊灌注、邊振搗，全樁混凝土應不間斷澆筑完成。當孔內有地下水且不易抽干時，應采用水下混凝土灌注法進行混凝土澆筑。

3.2.2 預應力錨索施工

預應力錨索施工工序為：開挖→修坡→成孔→錨索體制作及安裝。

邊坡施工要求邊挖邊加固，即開挖一級，防護一級，不得一次開挖到底。坡面修整好后，測設孔位，準備鉆孔設備進行鉆孔。鉆孔要求干鉆，禁止采用水鉆，以確保錨索施工不致于惡化邊坡土體的工程地質條件和保證孔壁的粘結性能。鉆孔速度根據使用鉆機性能和錨固地層嚴格控制，防止鉆孔扭曲和變徑。對完成的鉆孔進行清理并檢查滿足設計要求后安裝鋼絞線。沿錨索軸線方向每隔2.0 m設置3個定位支架以保證錨索有足夠地保護層。錨筋尾端防腐采用刷漆、涂油等防腐措施處理。

3.2.3 錨索框架梁施工

錨索框架梁施工工序為：測放孔位→鉆孔→清孔→錨索制安→注漿→挖槽→支模→綁扎鋼筋→澆筑框架梁、肋→養護→框架內砌筑漿砌片石。

錨索孔位測放力求準確，偏差不得超過±5 cm，鉆孔垂直于坡面，傾角允許偏差±2，成孔后用高壓空氣(0.2～0.4 MPa)清孔。錨索框架施工分片進行，每片長6.0 m，相臨兩片之間設置2 cm伸縮縫，內填浸瀝青木條，深度15 cm。兩根豎肋及其所連三根橫梁組成一片框架，每片框架梁整體澆筑，一次完成，框架之間的空格用漿砌片石充填并與梁齊平。每片錨索框架放線時，按豎肋對應公路里程放線，并使豎肋投影垂直于路線，橫梁與豎肋垂直，每片框架上的錨索孔應以第一根豎肋最上部的孔為基準，(按錨索框梁結構圖確定)，然后再確定其余孔位。

4 邊坡支護監測

4.1 監測方案

為了保證邊坡施工中的安全和加固后的工程治理效果，為施工提供邊坡穩定狀態或變形特征的信息，指導安全施工，應進行邊坡的監測設計。監測內容包括邊坡變形地表位移、抗滑樁位移、深層水平位移和錨索應力。邊坡監測項目如表2所示。監測點布置如圖7和圖8所示。

表2 邊坡監測項目

圖7 監測斷面布置

圖8 監測點平面布置示意

4.2 監測結果分析

邊坡位移檢測前三級平臺各選取一個監測點數據，結果如圖9所示。錨索應力同樣選取三個測點(圖10)。

圖9 邊坡水平位移

圖10 錨索應力

由圖9、圖10可知，邊坡整體水平位移在1.2～6.4 mm，滿足規范要求。錨索應力較平均，說明錨固效果好。

5 結論

本文針對深圳外環高速公路深挖路塹邊坡支護問題，采用多級錨索框架梁和錨索抗滑樁聯合作用的支護方式。開挖第一級邊坡采用錨索抗滑樁樁板墻支護，樁頂以上第二、三、四級邊坡采用錨索框架梁支護，同時對邊坡穩定進行計算、對邊坡變形、抗滑樁位移和錨索應力等進行監測。根據計算和監測結果，該支護方案在正常工況和暴雨工況下，均滿足規范要求，支護效果良好，可為今后同類邊坡支護提供參考。