錨索抗滑樁在道路邊坡防護中的應用

倉金浩

（中核華緯工程設計研究有限公司，江蘇南京 210000）

0 引言

在城市道路事業持續發展的背景下，由于道路邊坡防護與施工順利實施及施工質量具有直接關系，故而其逐漸受到社會關注。因此為增強城市道路建設效果，促進城市道路交通事業健康發展，防止對古建筑地基穩定性產生影響，必須對錨索抗滑樁形成正確認知，充分掌握其設計原理及方法，并嚴格依照規范要求將其應用到道路邊坡防護中，進而為后續施工順利進行提供保障，其對促進城市道路事業健康發展具有重要意義。

1 工程概況

本文列舉的工程處于福建省福州市永泰縣，結合道路工程規劃，可發現該工程道路呈現十字交叉，而在交叉口區域存在一座古建筑。該古建筑占地2000 多平方米，因歷史悠久而無法拆遷，其對保障城市道路建設順利實施極為不利。該工程共有兩條道路，其分別是北江濱路與二環路。其中北江濱路屬于舊路改造，當前。該道路為二級公路省道203，走向為東西，路面實際寬度是12m，結構屬于瀝青路面，雙向兩車道。北海濱路設計方法，依照城市主干路進行設計，設計的使用年限是15a，道路交通量飽和狀態的設計時間是20a；二環路屬于新建城市主干路，其道路實際寬度為30m，結構是瀝青路面，雙向四車道，設計的速度數值是50km/h。通過四階段法對北江濱路開展交通量預測分析及通行能力計算工作，可發現截至交通量飽和設計年末，該道路的高峰交通量預測結果是907pcu/h。將美國道路通行能力手冊中的服務水平分級表作為參考依據，可發現依據雙向四車道對北江濱路進行考慮時，其飽和設計年末交通量飽和度的數值是907/1463=0.62，能夠保持相應的C 級服務水平，交通量屬于穩定車流，存在一定程度的延誤。通過對城市道路交叉口設計規程進行分析，可發現該工程主干路平面與主干路交叉種類屬于平A1型，存在交通信號進行控制，在進口道必須展寬交叉口。在北江濱路出口道路與二環路進口道分別對某條車道進行展寬后，道路紅線將進入古建筑的基礎范圍，因此為避免對古建筑造成破壞，保障城市道路工程整體效益，必須對該范圍內的基礎采取相應的邊坡防護措施。

2 建設條件

通過開展施工現場調查工作及鉆探孔與槽探孔揭露作業，可發現該工程存在的古建筑場地地層可根據不同性質劃分為以下類型：全風化凝灰熔巖、素填土、碎塊狀強風化凝灰熔巖、中風化凝灰熔巖等[1]。施工現場的地震動峰值加速度數值為0.05g，反應譜特征周期數值是0.45s，施工現場的抗震設防烈度通過分析后可發現為Ⅵ度，設計的地震分組屬于第三組，在擬建場地中，不存在活動構造帶通過。此外，在施工現場中不存在引發強震的地質條件。針對擬建道路而言，其沿線屬于殘丘坡地及山間凹地，自然斜坡當前具有良好的穩定性。在后續施工作業中，路基段兩側區域將出現挖方邊坡，而該邊坡存在一定程度的風險性，極有可能導致崩塌及滑坡等地質災害形成。因此為避免上述現象發生，必須及時開展支護作業。通過對上述因素進行分析，可發現該場地整體穩定性相對較差。針對本文列舉的工程而言，其交叉口路面標高的設計數值處在41～42m 的范圍內，邊坡坡頂標高的數值處在50～52m 的范圍內，邊坡高差處在8～10m 的范圍內。

3 邊坡支護方案

邊坡支護方案是道路邊坡防護順利實施的重要基礎，其科學性與防護效果具有密切聯系。因此必須正確認識到邊坡支護方案的重要性，并對其進行科學設計。邊坡防護選擇對預應力錨索抗滑樁支護進行利用，在通常情況下，該方案多是應用于巖質滑床，主要組成部分是預應力錨索組成樁與抗滑樁，屬于錨支擋體系，能夠對滑坡體下滑現象進行有效處理，在施工過程中，應將錨索固定在相應的巖層中[2]。通過實際調查可以發現，目前該種支護方案已被廣泛應用于道路水利工程領域中，并成功取得良好的應用效果。相較于傳統抗法中，該抗滑樁受力狀態整體良好，其能夠在樁頂對拉力進行施加，促使傳統抗滑樁的懸臂受狀態發生轉變，因此其具有更合理的受力狀態，屬于主動抗滑結構。此外，該抗滑樁基礎力學模式能夠等價為其他超靜定結構，存在的特征呈現多樣化，主要有剪力較小、樁身截面尺寸具有良好的合理性及樁身彎矩較小等。針對本文列舉的工程而言，施工單位為確保古建筑結構基礎具備良好的穩定性，對抗滑樁施工方案進行初步設計時，首先選擇對樁頂土石方進行開挖，構建相應的工作面，并進行基坑開挖作業，對樁身進行灌注，在樁身混凝土強度符合設計規范要求的情況下，對樁前土石方進行開挖。但由于該工程施工條件相對較差，故而應對水墨鉆法挖孔施工法進行利用，依照跳樁對抗滑樁基坑進行開挖，對基坑護壁進行設計時，利用鋼筒套，而鋼套筒直徑數值是1.3m，壁厚是12mm，樁身混凝土的實際強度等級是C35。正式進行施工作業時，若發現滑動現象、滑坡段或必須進行快速施工時，應對速凝或早強混凝土進行利用，并在樁與樁之間設置軟式透水管。應在樁頂冠梁區域對砂夾卵石反濾層進行設置，并將反濾層厚度控制在0.3m左右，在其下部區域對夯填黏土防滲層進行設置。

4 錨索抗滑樁設計方法與計算

為提高錨索抗滑樁在道路邊坡防護中的應用效果，工作人員必須充分掌握其設計方法與計算原理，并進行合理使用。針對抗滑樁的設計原則而言，其主要包括以下內容：應盡可能選擇滑坡厚度相對較小，推力較小，錨固段地基具有較高的承載力，且抗滑性良好的地段區域，對樁的平面布置、樁的截面形狀、樁的尺寸及間距等進行確定的過程中，必須進行綜合考量，確保其具有良好的科學性。在設計抗滑樁時，必須充分結合施工現場實際狀況，將地質條件及邊坡形狀監測信息等作為重要參考依據，實施動態化校核，以此提高設計合理性。通過分析預應力錨索抗滑樁的計算，可發現其可根據不同性質劃分為抗滑樁樁身內力的計算與錨索拉力計算，錨索抗滑樁計算模型如圖1 所示。

圖1 錨索抗滑樁計算模型

預應力錨索抗滑樁的受力過程可根據不同性質劃分為兩個階段，其主要內容如下：①主要是抗滑樁施工結束至錨索張拉至設計值階段。在該階段中，錨索預應力屬于集中力，能夠直接作用于抗滑樁，處在錨固面以上的樁體，能夠受到錨索拉力與巖土反力的作用，可將其作為彈性地基梁。②在錨索預應力張拉結束后，抗滑樁與錨索將形成一個系統，對滑坡推力進行共同抵御，并對變形現象進行協調。在該階段中抗滑樁并非錨固段，其等同于在樁頂受到彈性固定支承，因此應依照靜定結構進行計算。

4.1 錨索抗滑樁設計參數

從現實角度出發，可發現抗滑樁的橫截面不僅可以是矩形，而且還可以是圓形，對尺寸的實際數值進行確定時，必須對滑坡推力的大小、地基承載力及樁間距等多項因素進行綜合考量。該工程對抗滑樁截面進行設計時，選擇依照圓形進行設計，直徑控制在1300mm 左右。抗滑樁的間距就有一定的特殊性，其必須符合相關標準，不能過大也不能過小。若間距超出相關標準，將導致土拱效應無法形成，若間距小于相關標準，將引發群樁效應[3]。樁間距的實際數值不僅與樁受到的滑推力具有直接關系，而且還與樁后土體相關數值具有密切聯系。通過對國內外相關文獻資料進行分析，可發現針對圓形樁而言，其最小間距應為圓形樁直徑的2.5 倍，而該工程中的圓形截面抗滑樁間距具有一定的相似性，故而間距確定為3000mm。抗滑樁的錨索不僅可以是單錨，而且也可以是多錨，為防止群錨效應形成，對錨索的間距進行設計的過程中，必須對錨固力與錨固段的錨固能力進行綜合考量。在通常情況下，錨固段間距最佳數值應處在3～6m 的范圍內，最小間距必須大于1.5m。該工程選擇對單樁單錨體系進行利用，而對錨索間距進行設計時，選擇將抗滑樁間距作為參考依據。在確定抗滑樁的埋置深度時，若樁為普通懸臂樁，應確保設計的錨固深度不僅能夠滿足樁周土承載力具有的基本需求，而且與承載力滑坡推力及樁頂允許位移的相關標準相互匹配。若樁為錨索抗滑樁，錨索將承擔大部分滑坡推力，因此樁的錨固深度僅需要滿足地基承載力具有的要求。針對該工程而言，其將錨固樁錨固深度確定為8m。本文列舉的工程選擇通過水泥混凝土對抗滑樁終身進行澆筑，對縱向受力鋼筋進行設置時，選擇利用28 根HRB400，直徑控制在25mmm 左右，保護層的實際厚度是70mm。

4.2 錨索設計應力

對錨索抗滑樁進行設計的過程中，考慮到抗滑樁與錨索的剛度具有較大差別，故而必須對毛索變形量進行嚴格把控，確保其能夠與抗滑樁共同對變形現象進行協調，其在錨索抗滑樁設計中具有重要地位。針對本文列舉的工程而言，其通過分析相關公式選擇對15.24mm 高強度低松弛的鋼絞線進行利用，其實際抗拉強度是1860MPa。

4.3 滑坡推力計算

針對抗滑樁錨固段以上區域而言，其受到的荷載作用主要包括土壓力、水平地震作用及滑坡推力等。其中，對滑坡推力進行計算時，可選擇對傳遞系數法進行利用，確定地震作用的過程中，可將滑坡推力安全系數確定為1.05。由于該工程處在的區域地下水位埋藏程度相對較深，故而不對水作用進行考量[4]。由于計算方式相對較為復雜，對保障設計效率極為不利，故而該工程選擇根據規范要求將抗滑樁后主體劃分為不同的兩個模塊，滑動體重度實際數值是22.000（kN/m3），滑動體飽和重度數值是22.500（kN/m3），安全系數是1.3，不對動水壓力及地震力作用進行考量，巖土抗剪強度的數值為c=13kPa，內摩擦角?=18°，實際計算結果如表1 所示。

表1 滑坡推力計算結果

4.4 樁身內力與變形計算

常見的計算模型可根據不同性質劃分為彈性樁與剛性樁，對普通抗滑樁進行計算的過程中，可選擇對相應的樁錨固深度及變形系數進行綜合考量，以此確認采用的計算模型。對錨索抗滑樁進行計算時，考慮到其存在一定程度的預拉力，且樁截面尺寸與高度實際數值相對較小，故而應對彈性樁計算模型進行利用。通過對滑坡體工程性質與厚度進行結合與分析，可發現應采用矩形對推力分布圖形進行布置，并依照200kN/m 對剩余下滑力進行考慮，將樁間距3m 作為參考依據，以此開展對每根抗滑樁所受推力的計算工作。抗滑樁的實際長度是20m，錨固段長度是8m，對錨固段以上的樁體進行計算時，應將受靜載作用的懸臂梁作為基礎。對錨固段以下的樁身內力及變形進行計算的過程中，應對彈性地基梁模型進行利用，以此提高計算精準性。在實際計算過程中應對公路路基設計規范要求進行深入分析，若發現區域巖層及硬黏土相對較為完整，應將地基系數確定為常數K。若發現樁前滑動面不存在超載，應通過三角形對地基系數進行分布，若發現其存在超載，應采用梯形進行分布。該工程的抗滑樁錨固段土層屬于中風化凝灰熔巖，地基系數對m 法進行利用。本文列舉的工程相關設計參數如表2 所示。

表2 相關設計參數

第1 道錨索水平拉力數值是300.000kN，與樁頂之間的距離是1m，剩余下滑推力直接作用于抗滑樁，針對樁身強度的計算結果而言，主要內容如表3 所示。通過對相關計算結果進行分析，可發現抗滑樁樁頂位移的計算數值是14.79mm，考慮到該邊坡周圍存在古建筑，對變形具有較大的敏感性，故而應將樁頂允許位移的實際數值控制在0.005 倍樁長范圍內，以此滿足位移控制具有的內在需求[5]。

表3 錨索抗內力與位移計算

4.5 地基承載力

該工程地層屬于中風化巖，樁側地基橫向容許承載力是：

式中：KH——水平方向換算系數，與巖土形狀具有密切聯系，數值處在0.5～1.0 的范圍內；μ——折減系數，數值處在0.3～0.45 的范圍內；Re——巖石單軸抗壓極限強度值。此外，應及時開展對抗滑樁斜截面承載能力與正截面承載能力的計算工作，并對裂縫控制進行驗算。

5 施工與監測

施工過程在抗滑樁邊坡防護中具有重要地位，其能夠對防護效果產生直接影響，因此必須對該項環節給予重視。針對預應力錨索抗滑樁施工而言，其采用的施工方法主要包括先樁后錨與先錨后樁。在實際施工中，考慮到錨索極易出現位移現象，故而在通常情況下應對先索后樁施工方法進行利用。錨索的施工流程具體內容如下：①應進行成孔作業。②應對錨索進行安裝，并開展灌漿施工。③在上述作業完成時，應開展張拉鎖定。抗滑樁具體施工流程如下：①應進行抗滑樁井鎖扣，并隔樁進行豎井開挖作業。②應下放鋼筋籠，進行樁身混凝土灌注。③應進行錨索張拉。在完成錨索抗滑樁施工作業后，應選擇數量為總量3%的錨索開展張拉試驗，并將張拉力控制在1～1.1 倍的范圍內，以此對錨固力進行設計[6]。此外，應進行長期應力監測作業，以此為施工質量提供保障。

6 結語

綜上所述，道路邊坡防護是城市道路建設中的重要內容，其能夠對道路建設質量產生直接影響，因此為提高邊坡防護效果，應對錨索抗滑樁形成正確認知，充分掌握其計算方法與設計原理，并嚴格依照規范要求將錨索抗滑樁應用到道路邊坡防護作業中，以此提高防護效果，防止對道路建設中的建筑地基產生影響，進而提高城市道路工程整體效益。基于此，城市及道路交通將實現健康發展。