路基高邊坡錨桿組合支護防滑移施工技術

鮮超 XIAN Chao；王朝齊 WANG Chao-qi

（中交路橋建設有限公司，北京 100000）

0 引言

我國高速公路交通建設里程長、規模大和投資大，在近幾年飛速發展，備受人們的關注。隨著國家西部大開發的持續深入，對交通的要求越來越高，為了適應日益增長的交通量，不斷增大的行車密度，以及高速公路、一級公路等高等級公路沿線工程建設的需要，我們必須對既有高速公路、一級公路進行改造。河北地區的基礎設施建設如火如荼，交通、水利、市政等項目建設取得了顯著成就[1-2]。我國地質條件復雜，加之人類工程活動影響，使得我國公路高邊坡地質災害頻發。由于其中滑坡、崩塌等地質災害一直是我國公路建設中的一個重大工程難題。因此，需要保證既有道路的行車安全、暢通和提高通行能力[3]。如何對高邊坡進行支護設計和施工已成為高速公路建設的重要課題之一。目前國內的高速公路邊坡工程主要采用預應力錨桿、錨索、抗滑樁等支擋結構進行加固和穩定處理，但傳統支擋結構受環境、氣候等因素影響較大，支護效果不能滿足要求[4-5]。

錨桿組合支護防滑移施工技術就是針對既有道路安全保障能力差，特別是在我國一些山區或多雨地區公路高邊坡工程中經常出現山體滑坡、滑移等地質災害的情況而研發出來的。該技術以錨桿為主要支護結構，能夠有效地防止邊坡滑動變形和滑坡等地質災害發生[6]。錨桿組合支護技術適用于各種土質、多種坡度、多種環境條件下的巖質和土坡等各種類型的邊坡工程，尤其是對高邊坡、大坡道工程具有較好的效果[7-8]。該技術以其在山區復雜地質條件下施工進度快、工程質量好、工程成本低和安全性能高等優點而成為我國山區公路高邊坡加固改造的首選措施之一。本研究提出了一種新型的路基高邊坡錨桿組合支護防滑移施工技術，并應用于某高速公路路基高邊坡工程中。

1 錨桿組合支護防滑移施工技術研究

1.1 路基高邊坡穩定性計算

在路基高邊坡穩定性計算中，傳統的施工技術中主要使用的是有限單元法和數值分析方法，這兩種計算方法在實際使用的過程中計算速度快，能夠彌補極限平衡法和有限單元法的不足。由于采用了可靠度理論進行邊坡穩定性驗算，可以使計算結果更加符合實際情況[9]。在實際工程中，邊坡穩定主要考慮以下幾個方面：第一、天然狀態下的邊坡穩定性。天然狀態下的邊坡不會出現失穩破壞現象，只需要考慮邊坡自身重力作用下的穩定[10-12]。第二、地震作用下的邊坡穩定。當地震發生時，地震波以上百公里每秒的速度進行傳播，速度快，強度大，嚴重影像路基高邊坡的穩定性。當遇到極端的暴雨天氣時，也容易導致邊坡失穩破壞。針對以上考慮，對邊坡穩定性進行計算，使用圓弧法模擬路基高邊坡的滑移狀態，穩定系數如下：

上式中，存在：

其中，Ks為邊坡穩定系數，Gi為第i 計算條塊的單位巖土體的重量，Gbi表示第i 滑體地表建筑的單位寬度，pwi表示第i 條塊的動水壓力，ai表示巖土體內摩擦角標準值，θi表示地面傾角，Ri表示滑體的抗滑力。

在高邊坡設計中需要考慮的因素比較多，既要考慮其整體穩定性、局部穩定性和抗滑穩性，還要考慮其地震作用、降雨作用等影響因素。在計算時需要從多個方面進行綜合考慮，才能保證邊坡穩定[13]。對于不同的邊坡巖體情況、坡體結構類型、坡體坡度和坡體高度等都會對邊坡穩定系數產生不同程度的影響。另外，邊坡巖土體參數和土性參數等都會對邊坡穩定系數產生一定影響。因此，在對邊坡進行穩定性計算時要綜合考慮各方面因素來確定計算方法和計算參數。

1.2 設計錨桿組合支護模型

在對邊坡進行錨桿加固之前，要先對邊坡進行穩定性計算，以此確定錨桿的數量、間距和傾角。其次，根據設計要求對錨桿的材料進行選擇。對于高邊坡，在選擇錨桿時，可以優先選用鋼筋錨桿和鋼鉸線錨桿，并且要對其長度、直徑以及抗拉強度進行合理計算[14]。再次，確定預應力的大小。最后，在對錨桿的布置方式進行設計時，應該結合巖質邊坡的結構特征、土體性質以及坡面形態等因素來確定。本文采用MC 模型來描述土體和延時的剪切破壞，如圖1 所示。

圖1 MC 模型示意圖

圖1 中，在確定了支護方式之后，屈服函數從A 到B的破壞包絡線表示為：

上式中，σ1、σ3表示不同面上的主應力，c 為粘聚力，N?表示彈性增量。應根據現場的實際情況進行合理設計。主要包括以下幾個方面：首先要對錨桿的排距以及長度進行確定，并且要保證其錨固深度和間距都能滿足要求。要根據現場實際情況對錨桿的傾角進行合理設計，采用分段式加固方案進行設計。在此基礎上，需要考慮到邊坡坡面的坡度以及地質條件等因素。在施工前還應該對預應力錨桿進行試壓。對于邊坡部分來說，在進行加固之前首先要對坡面進行處理，這樣才能保證后期加固的效果；其次是在坡面上鋪設砂礫墊層來增加邊坡的穩定性；最后還要設置排水孔和泄水孔等設施來排除坡體內多余的水。在對邊坡進行加固之后還應該在坡面上設置排水系統以及泄水孔等設施。如果坡面有過多的水流或者是地下水源通過的話，那么就應該及時排除這些積水；另外，在邊坡加固完成之后還需要對坡面進行灑水養護工作。

為了防止邊坡在受到外部荷載的時候產生變形現象，還應該在邊坡上部設置一定數量的護坡措施。一般情況下采用擋墻等防護設施來達到這個目的。如果是一些較為復雜的巖質邊坡工程的話，那么可以采用錨桿支護和混凝土擋墻等防護措施來實現防護目的。

1.3 錨桿框架梁支護防滑移施工

錨桿框架梁施工前，應按設計要求對錨桿框架梁進行復核，并做好標記[15]。防滑移施工技術如圖2 所示。

圖2 防滑移施工技術

根據路基高邊坡工程的特點，選擇錨桿框架梁類型作為合適的解決方案。錨桿框架梁具有良好的承載能力和穩定性，能夠有效地抵抗邊坡的滑坡和塌方等地質災害，并提供可靠的支撐和固定。根據實際情況，邊坡高度為20m。采用1∶1.5 的邊坡坡度來平衡邊坡的穩定性和美觀性。根據工程要求，每一層邊坡設定錨桿數量為20 根，錨桿的間距為2m。總共需要設置10 層錨桿。選擇直徑為25mm 的鋼筋作為錨桿材料，并將其埋入邊坡內部至少6m 深度，以確保牢固的固定效果。根據結構設計，框架梁的尺寸為1.2m 高、0.8m 寬，使用優質的混凝土材料進行施工。在框架梁上預留適當的孔洞，通過螺栓將錨桿牢固地連接到框架梁上，以提供穩定的支撐作用。

至此完成路基高邊坡錨桿組合支護防滑移施工技術的設計。

2 工程實例分析

2.1 工程背景

以河北省承德市某高速公路中某施工合同段建設工程為研究對象，項目地處承德市下轄境內村鎮，總體里程較長且地勢陡峭。所處區域路塹區出露巖層為震旦系白云質灰巖（Z2t），巖層面產狀130∠39°，受構造影響，節理裂較發育，巖芯表面溶蝕現象較明顯。路塹區屬構造剝蝕低山地貌，山體自然坡度較陡。項目內斜坡高程范圍641.6～720.3m，相對高差約為78.7m，整體地形坡度23°～45°，延伸寬度為3～8m，存在一定安全隱患。

2.2 工程參數

在實際路基的防滑施工過程中，傳統的錨固方式無法滿足支撐需求，因此應充分的考慮到支護的各項參數，具體如下：

①錨桿長度：以鉆機直徑30mm 為例，綜合考慮到拉斷力、摩擦力、間排距等因素，最終選取規格為2.5m。

②錨桿直徑：根據現場的施工環境條件進行選擇，且要保證鉆孔桿體差值，確定直徑長度為22mm。

③預緊力：要求預緊力在屈服荷載45%以上，保證整體的承載能力，設定為65kN。

④金屬網噴：按照實際需求設置金屬網片規格和連接方式，噴層厚度進行調整，保證巖體位置的穩固。

在不同支護項目中由于環境因素的不同，可根據實際情況進行各項參數的調整，確保施工和運行的安全穩定。

2.3 防滑移性能分析

在工程進行前需要布控觀測站，用于記錄表面位移，形變程度和錨索受力狀態等，在坡面一側布置5 處不同點位，進行標記作為觀測目標，每處錨桿位置配有測力計裝置，每日對各項數據進行觀察記錄。分析各處活動狀態和變化規律，判斷錨桿框架的應用效果，也為后續設計施工修改提供相應的參考依據，觀測示意圖見圖3。

圖3 邊坡模型示意圖

錨桿防護在整體施工過程中相對簡單便捷，但是效果顯著，是防滑移的重要手段。

按照上述方式方法進行觀測，對收集到的數據信息進行整理分析結果如下：

由圖4 圖5 可以看出，抽取的觀測點A、C、E 在項目初期形變較為明顯，隨著時間的推移，形變速率呈現下降趨勢，最后逐漸保持穩定。

圖4 位移速度變化曲線

圖5 位移累計變化曲線

錨桿C 點最大的形變速率可以達到21mm/d，結合周邊環境了解到此時處于回風較大階段。及時在形變嚴重的初期三處平均形變仍然可以控制在14mm/d 以內。一月內整體的平均累計變化量為106.8mm。

圖5 中曲線在時間在19d 之后趨于相對平衡，形變速率較小，路基高邊坡達到穩定狀態。

由圖6 可以看出錨桿不同位置的荷載分布并不均勻，從整體曲線變化趨勢表現判斷出中間位置為最大的承重點，兩側相對較小。伴隨著時間的延長錨桿受力也在逐漸增加，起到有效的防護作用。

圖6 錨桿B 應變力變化曲線

在圖7 中埋設21 天時，應力曲線變化加劇，而其他時段受力平緩穩定，表明此處可能遭受撞擊，失去保護作用，應及時處理恢復支護效果。

圖7 錨桿D 應變力變化曲線

圖8 選取了不同預埋時間錨固力變化曲線，可以看出在同一時段，隨著錨桿位置深度的增加，錨固力呈現下降趨勢，錨桿頂部受拉力較大，而錨桿深度形變較小，整體平衡穩定，達到持續支護作用，本文設計施工技術可以有效的控制路基高邊坡的移滑。

圖8 錨桿不同深度錨固力

3 結束語

近年來，錨桿組合支護防滑移施工技術得到了快速發展，它不僅能夠有效地控制高邊坡變形破壞，而且還能大大提高施工效率和質量，節省工程造價。因此，在我國山區高邊坡加固工程中廣泛采用錨桿組合支護防滑移施工技術進行治理，具有重要的現實意義。錨桿組合支護防滑移施工技術雖然不是一項獨立的技術，但它和其他一些技術方法如擋土墻、錨固樁等綜合應用能夠較好地解決不同土質邊坡的加固問題。同時，由于錨桿的固定性較強，所以它還能夠在一定程度上提高邊坡的穩定性，有效地解決了邊坡滑移現象。尤其是在我國一些山區或多雨地區，由于受到自然環境、地質條件及施工工藝等因素的限制，采用錨桿組合支護防滑移施工技術來加固高邊坡是非常有效的措施之一。另外，采用錨桿組合支護防滑移施工技術還能夠提高邊坡工程質量，使之更好地適應高等級公路的需要。總之，隨著錨桿組合支護防滑移施工技術在我國山區或多雨地區高邊坡加固改造工程中的廣泛應用，將會對我國公路交通事業發展產生深遠影響。