淺析路基邊坡支擋設(shè)計相關(guān)問題

郭萬紅

0 引言

路基邊坡就廣義來說是指公路在路基建設(shè)場地或其周邊,由于路基的建設(shè)(開挖、填筑、采集填料或廢方堆積等)施工所形成的人工邊坡和對正常營運的安全或穩(wěn)定有影響的自然邊坡。路基邊坡處理不當(dāng),一方面會發(fā)生邊坡地質(zhì)災(zāi)害,如落石、崩塌、滑坡等,影響公路安全營運;另一方面,由于植被及表土破壞或大量松散棄土,易引起水土流失、農(nóng)田受淹、河流阻塞、水質(zhì)污染等惡化環(huán)境事件發(fā)生[1]。

1 路基邊坡處治常用技術(shù)分析

目前,路基邊坡加固的類型一般分為輔助工程措施和主體工程措施。前者主要有邊坡排水系統(tǒng),通常是外截內(nèi)排,坡面封閉,恢復(fù)植被,改變地形等輔助手段;后者主要是設(shè)置支擋結(jié)構(gòu),維持和恢復(fù)其自然力學(xué)平衡,常用的有重力式擋土墻、抗滑樁、錨桿擋土墻、土釘墻、錨噴網(wǎng)、板樁式擋土墻、預(yù)應(yīng)力錨索、加筋擋墻等,在實際應(yīng)用中,往往采用多種加固措施的組合。常見的有預(yù)應(yīng)力錨索與抗滑樁的組合,簡稱錨拉抗滑樁;預(yù)應(yīng)力錨索與綠化結(jié)合,簡稱格構(gòu)地梁錨索等。

1)放緩邊坡。放緩邊坡是邊坡處治的常用措施之一,通常為首選措施。它的優(yōu)點是施工簡便、經(jīng)濟、安全可靠。邊坡失穩(wěn)破壞通常是由于邊坡過高、坡度太陡所致。通過削坡,削掉一部分邊坡不穩(wěn)定巖土體,使邊坡坡度放緩,穩(wěn)定性提高。2)支擋。支擋(擋墻、抗滑樁等)是邊坡處治的基本措施。對于不穩(wěn)定的邊坡巖土體,使用支擋結(jié)構(gòu)(擋墻、抗滑樁等)對其進行支擋,是一種較為可靠的處治手段。它的優(yōu)點是可從根本上解決邊坡的穩(wěn)定性問題,達到根治的目的。3)加固主要包括:注漿加固,錨桿加固,土釘加固,預(yù)應(yīng)力錨索加固等幾種方式。4)防護。邊坡防護包括植物防護和工程防護,其中工程防護主要有砌體封閉防護、噴射素混凝土防護和掛網(wǎng)錨噴防護。5)排水,截水溝。為防止邊坡以外的水流進入坡體對坡面進行沖刷,影響邊坡穩(wěn)定性,通常在邊坡外緣設(shè)置截水溝,以攔截坡外水流。

2 路基設(shè)計新思路——抗滑樁、錨桿聯(lián)合加固

邊坡處治工程中的抗滑樁是通過樁身將上部承受的坡體推力傳給樁下部的側(cè)向土體或巖體,依靠樁下部的側(cè)向阻力來承擔(dān)邊坡的下推力,而使邊坡保持平衡或穩(wěn)定?？够瑯杜c一般樁類似,但主要是承擔(dān)水平荷載。抗滑樁也是邊坡處治工程中常見常用的處治方案之一。

2.1 抗滑樁設(shè)計要求和設(shè)計內(nèi)容

抗滑樁設(shè)計要求:抗滑樁提供的阻滑力要使整個滑坡體具有足夠的穩(wěn)定性,即滑坡體的穩(wěn)定安全系數(shù)滿足相應(yīng)規(guī)范規(guī)定的安全系數(shù)或可靠指標(biāo),同時保證坡體不從樁頂滑出,不從樁間擠出;抗滑樁樁身要有足夠的強度和穩(wěn)定性,即樁的斷面要有足夠的剛度,樁的應(yīng)力和變形滿足規(guī)定要求;樁周的地基抗力和滑體的變形在容許范圍內(nèi);抗滑樁的埋深及錨固深度、樁間距、樁結(jié)構(gòu)尺度和樁斷面尺寸都比較適當(dāng),安全可靠,施工可行、方便,造價較經(jīng)濟。

抗滑樁的設(shè)計內(nèi)容:進行樁群的平面布置,確定樁位、樁間距等平面尺度;擬定樁型、樁埋深、樁長、樁斷面尺寸;根據(jù)擬定的結(jié)構(gòu)確定作用于抗滑樁上的力系;確定樁的計算寬度,選定地基反力系數(shù),進行樁的受力和變形計算;進行樁截面的配筋計算和一般的構(gòu)造設(shè)計;提出施工技術(shù)要求,擬定施工方案,計算工程量,編制概(預(yù))算等。

2.2 抗滑樁設(shè)計荷載的確定

作用于抗滑樁的外力有滑坡推力、樁前滑體抗力和錨固段地層抗力。樁側(cè)摩阻力和粘聚力以及樁身重力和樁底反力可不計算。

1)滑坡推力作用于滑面以上的樁背上,其方向假定與樁穿過滑面點處的切線方向平行?；峦屏Φ挠嬎悴捎貌黄胶馔屏鬟f系數(shù)法計算所得的樁所在坡體坡足處的不平衡推力。通常假定每根樁所承擔(dān)的滑坡推力等于兩樁中心間距寬度范圍內(nèi)的滑坡推力,即將前述方法計算所得的滑坡推力值乘以樁間距。滑坡推力在樁背上的分布和作用點位置與滑坡的類型、部位、地層性質(zhì)、變形情況及地基反力系數(shù)等因素有關(guān)。

2)地基反力的確定。當(dāng)樁前土體不能保持穩(wěn)定可能滑走時,不考慮樁前土體對樁的反力,僅考慮滑面以下地基土對樁的反力,抗滑樁嵌固于滑面以下的地基中,相當(dāng)于懸臂樁。樁將滑坡推力傳遞給滑面以下的樁周土(巖)時,樁的錨固段前后巖(土)體受力后發(fā)生變形,并由此產(chǎn)生巖(土)體的反力。反力的大小與巖(土)體的變形狀態(tài)有關(guān)。處于彈性階段時可按彈性抗力計算,處于塑性階段變形時,情況則比較復(fù)雜,但地基反力應(yīng)不超過錨固段地層土的側(cè)向容許承載能力。另外,樁與地基土間的摩阻力、粘著力、樁變形引起的豎向壓力一般來說對樁的安全有利,通常略去不計。為簡化計算,樁的自重和樁底應(yīng)力等也略去不計。

2.3 抗滑樁的設(shè)計

抗滑樁的平面布置指的是樁的平面位置和樁間距。一般根據(jù)邊坡的地層性質(zhì)、推力大小、滑動面坡度、滑動面以上的厚度、施工條件、樁型和樁截面大小以及可能的錨固深度以及錨固段的地質(zhì)條件等因素綜合考慮決定。對滑坡治理工程,抗滑樁原則上布置在滑體的下部,即在滑動面平緩、滑體厚度較小、錨固段地質(zhì)條件較好的地方,同時也要考慮到施工的方便。對于抗滑樁的間距來說,合適的樁間距應(yīng)該使樁間滑體具有足夠的穩(wěn)定性,在下滑力作用下不致從樁間擠出?？砂丛谀苄纬赏凉暗臈l件下,兩樁間土體與兩側(cè)被樁所阻止滑動的土體的摩阻力不少于樁所承受的滑坡推力估計。一般采用的間距為6 m～10 m。當(dāng)樁間采用了結(jié)構(gòu)連接來阻止樁間楔形土體的擠出,則樁間距完全決定于抗滑樁的抗滑力和樁間滑體的下滑力。對于樁的錨固深度來說,樁埋入滑面以下穩(wěn)定地層內(nèi)的適宜錨固深度與該地層的強度、樁所承受的滑坡推力、樁的相對剛度以及樁前滑面以上滑體對樁的反力等因素有關(guān)。原則上由樁的錨固段傳遞到滑面以下地層的側(cè)向壓應(yīng)力不得大于該地層的容許側(cè)向抗壓強度、樁基底的壓應(yīng)力不得大于地基的容許承載力來確定。錨固深度不足,抗滑樁不足以抵抗滑體推力,容易引起樁的失效。但錨固過深則又造成工程浪費,并增加了施工難度。可采取縮小樁的間距,減小每根樁所承受的滑坡推力,或增加樁的相對剛度等措施來適當(dāng)減少錨固深度。

適用于抗滑樁的樁型有鋼筋混凝土樁和鋼管樁、H型鋼樁等,最常用的是鋼筋混凝土樁。抗滑樁樁型的選擇應(yīng)根據(jù)滑坡性質(zhì)、滑坡處地質(zhì)條件、滑坡推力大小、工程造價施工條件和工期要求等因素綜合考慮,按安全、可靠、經(jīng)濟、方便原則,結(jié)合設(shè)計人員的工程經(jīng)驗來選擇。1)鋼筋混凝土樁。鋼筋混凝土樁是抗滑樁用得最多的樁型,斷面形式有圓形、矩形。圓形斷面可機械鉆孔成樁,也可人工挖孔成樁,樁徑根據(jù)滑坡推力和樁間距而定。矩形斷面可充分發(fā)揮其抗彎剛度大的優(yōu)點,適用于滑坡推力較大,需要較大剛度的地方?；峦屏Υ?樁間距大,選擇樁徑較大或樁斷面尺寸較大的樁,反之則選樁徑小的樁。2)鋼管樁。鋼管樁一般為打入式樁,其特點是強度高、抗彎能力大、施工快、可快速形成樁排或樁群。樁在水平荷載作用下,不僅樁身寬度內(nèi)的樁側(cè)巖(土)體受擠壓,而且樁身寬度以外一定范圍內(nèi)的土體也受到影響,呈現(xiàn)出空間受力狀態(tài):巖(土)體的影響范圍隨之不同。

[1] 趙永軍.高等級公路路基邊坡的病害防治[J].黑龍江交通科技,2009(10):35-36.

[2] 楊景權(quán),胡 宇.東北地區(qū)公路路基邊坡病害分析及防護措施[J].黑龍江交通科技,2009(8):51-52.