預應力錨桿框架在復雜環境下邊坡中的應用及問題探討

金文婷

(福建省華力勘測設計有限公司 福建福州 350001)

0 引言

預應力錨桿框架結構，是通過框架梁，將錨桿的錨固力傳遞給穩定坡體，以改變邊坡應力狀態、調用邊坡土體自穩能力的一種主動加固方法。這種加固方法安全可靠、輕巧美觀，社會、經濟效益明顯優于傳統的重型支擋結構，在我國山區公路、鐵路和房屋建筑等工程中已被廣泛應用[1-3]。

本文結合福州市某道路工程中路塹邊坡工程，探討“預應力錨桿框架+生態土袋護坡”在復雜周邊環境下市政邊坡加固處理中的運用，探討總結復雜周邊環境條件下邊坡設計的經驗，并對現階段問題進行探討。

1 工程概況

邊坡位于福州市某道路K0+058-K0+110段右側，坡腳為擬建道路北路，坡頂為已建某小區7#、8#樓(挖孔樁基礎+淺基礎)。邊坡前期已形成，邊坡高度8.00 m～10.00 m，長度約52.00 m，邊坡采用漿砌或干砌擋墻支護。由于擬建道路北路建設需要，該段邊坡需要進一步開挖，開挖后處于不穩定狀態，且坡頂的某小區樁基礎埋深較淺。為確保該小區及道路北路的安全及使用，必須對該邊坡進行治理。

根據地質勘探資料，場地地貌單元為丘陵邊緣地貌，工程地質分區屬坡、殘積區。該邊坡巖土層主要為雜填土、強風化花崗巖、中風化花崗巖。

場地賦水性差，地下水類型主要為淺部填土中上層滯水，基底不同風化程度巖層中的孔隙-裂隙承壓水。勘察期間測得場地地下水水位埋深約在1.90 m～3.60 m之間，主要為場地上部土層中的上層滯水水位，受大氣降水及生活用水的影響較大。其排泄方式主要為天然蒸發和向下入滲，年水位變化幅度在2.00 m左右。賦存于強風化花崗巖及以下的中風化花崗巖構造裂隙中的巖層孔隙-裂隙承壓水，由于風化程度不同，風化孔隙裂隙率和連通性差異較大。其透水性具不均勻性，總體透水性較弱，富水性也較弱。

2 邊坡加固措施方案及效果評價

2.1 邊坡加固分析

根據該段路塹邊坡地質情況，一般可選用重力式擋土墻、預應力錨桿框架、抗滑樁等多種支護結構。由于重力式擋土墻基底較寬，且基底開挖需臨時放坡，而本工程坡頂存在已建建筑且場地空間受限，故僅能采用預應力錨桿框架與抗滑樁支護。而兩種支護形式中，預應力錨桿框架較抗滑樁更加經濟和美觀，故本工程采用預應力錨桿框架的支護結構。框架內設置生態袋護坡，可達到很好的景觀效果。

2.2 邊坡加固方案

該工程從地質、場地條件、經濟分析及景觀效果等方面綜合考慮，采用預應力錨桿框架的支護結構。邊坡坡率1∶0.3～1∶0.5，布設兩排預應力錨桿，錨桿鉆孔直徑130 mm，單孔設計拉力350～450 kN，錨桿水平間距3.00 m，豎向間距3.00 m，最下一道錨桿距離坡腳2.00 m。錨桿框架內設置生態袋護坡，可達到很好的景觀效果。具體加固方案如圖1～圖2所示。

圖1 邊坡加固平面圖

圖2 邊坡加固斷面圖

2.3 穩定性驗算

該工程處于抗震設防烈度7度區，依據《城市道路路基設計規范》(CJJ194-2013)進行邊坡穩定性計算。①正常工況：邊坡處于天然狀態下(要求Fs≥1.20)；②非正常工況Ⅰ：邊坡處于暴雨或連續降雨狀態下(要求Fs≥1.10)；③非正常工況Ⅱ：邊坡處于地震狀態下(要求Fs≥1.05)[4]。土層具體參數如表1所示。

表1 計算參數

利用簡化畢肖普法公式，采用復雜土層計算模塊，計算步長為1.00 m，采用理正巖土計算軟件6.5 PB2版驗算，該邊坡采用預應力錨桿框架加固處理后，穩定安全系數Fs=1.201～1.651，可以到達規范要求的安全范圍。邊坡穩定性驗算計算結果簡圖如圖3所示。

圖3 邊坡穩定性驗算計算結果簡圖

2.4 周邊環境分析及注意事項

該工程坡頂存在已建建筑物，邊坡內部存在防空洞掩體，均會對本工程設計和施工產生一定影響。設計前期收集了建筑物基礎竣工圖資料，并對防空洞走向、埋深進行測量工作，將上述成果整理附至本工程平面圖上。在設計過程中，通過調整錨桿的長度、水平角度和豎向傾斜角度等措施，避開了現有結構。如本工程中東側第三排和第四排錨桿如果水平向正常打設，會觸碰到現有人工挖孔樁基礎；通過向兩側調整兩根錨桿的角度，避開了人工挖孔樁基礎。而東側第二根錨桿由于第三根錨桿調整后距離較近，故也向外側調整一定角度，避免錨桿距離過近產生群錨效應。施工嚴格按照設計圖紙施工，并做好測量放樣工作，避免對已有建構筑物產生影響。

2.5 處理效果評價

目前，該邊坡已經竣工多年，從開始施工至今，經歷了多場臺風和暴雨，預應力錨桿框架均未發生結構變形，邊坡監測各項指標均滿足規范要求，生態土袋長滿植被，無沖刷的現象，坡面綠化效果較好。通過傳感器采集邊坡坡頂沉降量、坡頂水平位移與邊坡深層位移，其變化曲線如圖4所示，坡頂沉降量在竣工初期沉降速率較大，隨后趨于穩定，累計值基本保持在2.5 mm左右；坡頂水平位移隨著時間推移逐漸增大，并最終保持在4.5 mm左右，其余各項位移監測結果也均滿足規范要求，說明該加固方案效果較為理想。

(a)坡頂沉降量累計值 (b)坡頂水平位移累計值

(c)深層位移曲線圖

3 問題探討

3.1 極限粘結強度標準值和基本試驗

土層與錨桿錨固體極限粘結強度標準值[5-6]，在福建地區一般根據經驗取值。該值一般會小于規范值，特別是風化巖和基巖遠低于規范值。究其原因，是綜合考慮了本地區的特殊地質條件及施工工藝水平，而對規范值進行了折減。因為土層與錨桿錨固體極限粘結強度標準值偏低，經計算得到的錨固段長度一般較長，經常會超過規范規定的錨固長度。為了減少錨固段長度并節約造價，錨桿的基本試驗變得尤為重要。

錨桿基本試驗[7]是在錨桿大規模施工前需打設幾根試驗錨桿，針對不同土質每種錨桿一般不少于3組試驗，通過拉拔試驗測得錨桿破壞所需要的錨固力，從而得出每層土與錨桿錨固體的極限粘結強度標準值。

設計施工中應重視錨桿的基本試驗，從試驗中得出土層與錨桿錨固體極限粘結強度標準值，再重新復核計算錨桿錨固段長度，而不僅僅是機械的完成規范規定的試驗內容。

3.2 框架梁伸縮縫

根據《混凝土結構設計規范》[8]規定，混凝土結

構的伸縮縫間距一般不大于20 m，房建及市政項目中，多按照此標準設置伸縮縫。此做法的好處是整個錨桿框架梁可以形成一個整體，整體受力，框架梁有一定的約束效果，單根錨桿損壞不會導致整體失穩。而公路工程中多按照6 m或4 m一個錨桿框架單元設置伸縮縫，該方法的優點是每個單元獨立成為一個整體，若損壞可只更換本單元錨桿及框架梁，便于后期檢修。設計施工應根據實際情況進行調整。

4 結語

本文結合福州市某道路工程路塹邊坡工程實例，探討了預應力“錨桿框架+生態袋護坡”在復雜周邊環境下市政邊坡加固處理中的運用，總結復雜周邊環境條件下邊坡設計的經驗，并對現階段存在的一些問題進行了探討，得出以下結論：

(1)綜合考慮周邊環境情況進行預應力錨桿框架結構設計，該結構的支護效果良好。

(2)土體與錨固體極限粘結強度標準值應結合地區經驗取值，不可照抄規范。

(3)應重視錨桿的基本試驗，并根據試驗結果重新復核錨桿錨固長度。

(4)錨桿框架梁伸縮縫的設置有兩種方式，設計施工應根據實際情況進行調整。