樁錨結(jié)構(gòu)在邊坡支護(hù)上的應(yīng)用分析

潘祖高

（貴州大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院 貴州貴陽 550025）

1 前言

由于我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，施工過程中形成大量人工邊坡，因此邊坡治理工程尤為重要。常見的邊坡支護(hù)形式有支擋結(jié)構(gòu)、錨固工程及兩者的結(jié)合應(yīng)用。其中支擋結(jié)構(gòu)包括擋土墻、擋土樁、抗滑樁和地下連續(xù)墻；錨固工程包括系統(tǒng)錨桿、全長粘結(jié)型錨桿、摩擦型錨桿、預(yù)應(yīng)力錨桿等；而兩者共同作用的支護(hù)形式包括錨拉樁錨定板式擋土墻、預(yù)應(yīng)力格構(gòu)錨索等，[1]樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)是其中常見的一類。樁錨結(jié)構(gòu)是將樁和錨索聯(lián)合用于邊坡抗滑的支擋結(jié)構(gòu)，樁基埋入穩(wěn)定巖層中，抗滑能力優(yōu),支擋面積大，錨索抗拉作用好，它的應(yīng)用大大減少了抗滑樁的截面和埋置深度[2]。本文以貴州某地區(qū)失穩(wěn)搶險工程為例，在現(xiàn)場勘察和試驗(yàn)基礎(chǔ)上，分析該失穩(wěn)邊坡的結(jié)構(gòu)特征，分析樁錨結(jié)構(gòu)在邊坡工程上應(yīng)用。

2 失穩(wěn)邊坡概況

研究的失穩(wěn)邊坡位于貴州省某縣西城區(qū)湘江路和婁山路交匯處，由于擬建的農(nóng)貿(mào)市場工程開挖后，在建筑物西側(cè)形成高陡順向巖土混合邊坡，于2013年2月27日凌晨4時發(fā)生塌方事故，損毀邊坡西側(cè)道路及擋土墻，但距離塌方區(qū)邊界6.8m處一居民房屋暫無變形跡象。根據(jù)詳細(xì)調(diào)查，邊坡長125m，高15.0m，開挖產(chǎn)狀9°∠83°，由強(qiáng)風(fēng)化和中風(fēng)化泥質(zhì)灰?guī)r，上覆1m～2m素填土和紅粘土，無放坡條件。該邊坡可分為兩段：已塌方區(qū)（A-B段）和強(qiáng)烈變形區(qū)（B-C段）。A-B段外側(cè)有約1600m3的塌方堆積物，坡頂南面2.8m處有2層樓住房，南東面10m處有6層樓民住宅。B-C段邊坡長85m，其強(qiáng)中風(fēng)化接觸面見明顯剪出口，開挖線18m處為一層樓材料加工廠。

3 失穩(wěn)邊坡的地質(zhì)條件

據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料及地表調(diào)查，邊坡位于揚(yáng)子準(zhǔn)地臺（一級單元）四川臺坳，為單斜構(gòu)造，巖層產(chǎn)狀較穩(wěn)定連續(xù)，調(diào)查區(qū)無大的構(gòu)造斷裂。地勢大致呈南高北低，坡度17°~35°，地形簡單，地貌類型單一。場地巖土由素填土、紅粘土及三疊系下統(tǒng)茅草鋪組（T1m）薄至中厚層泥質(zhì)灰?guī)r組成。地表水主要表現(xiàn)為雨后地表水和居民生活污水，自南向北匯集流出場地。地下水類型主要為松散巖類孔隙水、巖溶裂隙水。

4 失穩(wěn)邊坡的結(jié)構(gòu)特征分析

4.1 邊坡失穩(wěn)原因

邊坡穩(wěn)定性的影響因素包括內(nèi)在因素和外在因素，內(nèi)在因素包括地層、地質(zhì)構(gòu)造、巖土體結(jié)構(gòu)、水的作用等；外在因素包括邊坡形態(tài)的改造、氣象變化、振動作用、工程載荷以及人為原因等[3]。該邊坡失穩(wěn)的主要原因是內(nèi)在因素，邊坡開挖后形成以巖層產(chǎn)狀為主、產(chǎn)狀為10°∠19°的結(jié)構(gòu)面，且邊坡發(fā)育產(chǎn)狀分別為270°∠81°、160°∠78°的節(jié)理，為張節(jié)理，節(jié)理面較粗糙，結(jié)合差，這是邊坡失穩(wěn)的前提條件；其次在長期的生活污水和強(qiáng)暴雨作用下，結(jié)構(gòu)面受到軟化，強(qiáng)度降低，加上人工因素（堆載、車載荷等），最終導(dǎo)致邊坡了失穩(wěn)塌方。

4.2 邊坡穩(wěn)定性評價

采用赤極投影對邊坡進(jìn)行定性分析。邊坡發(fā)育兩組節(jié)理，Ⅰ組為的產(chǎn)狀為270°∠81°；Ⅱ組節(jié)理產(chǎn)狀160°∠78°，巖層產(chǎn)狀10°∠19°，坡面產(chǎn)狀9°∠83°。結(jié)果表明，兩組節(jié)理位于邊坡開挖方向?qū)?cè)，邊坡沿節(jié)理裂隙切割、形成楔崩塌卸荷現(xiàn)象可能性較小。該邊坡為順向坡，現(xiàn)場清晰可見強(qiáng)～中風(fēng)化接觸面表面平直光滑，有水流滲出，上覆于中風(fēng)化泥質(zhì)灰?guī)r的雜填土、紅粘土，及破碎的強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)灰?guī)r沿該接觸面發(fā)生塌方。邊坡沿強(qiáng)～中風(fēng)化接觸面繼續(xù)塌方可能性大。

該邊坡的滑動形式為沿外傾結(jié)構(gòu)面直線滑動。故定量分析時采用直線滑動法計(jì)算其穩(wěn)定性。計(jì)算結(jié)果表明，A-B段上覆雜填土層、紅粘土層、強(qiáng)～中風(fēng)化接觸面及中風(fēng)化泥質(zhì)灰?guī)r層面穩(wěn)定性系數(shù)分別為0.08、0.13、0.87、1.24。B-C段邊坡上覆雜填土層、紅粘土層、強(qiáng)～中風(fēng)化接觸面，中風(fēng)化泥質(zhì)灰?guī)r層面穩(wěn)定性系數(shù)分別為0.11、0.15、0.96、1.28。故兩段邊坡的上覆雜填土層、紅粘土層、強(qiáng)～中風(fēng)化接觸面、中風(fēng)化泥質(zhì)灰?guī)r巖層面均為不穩(wěn)定狀態(tài)。

4.3 受力分析

作用在支擋結(jié)構(gòu)上的力主要為土壓力或者滑坡推力。土壓力即土體或挖土坑壁原狀土對支擋結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的側(cè)向壓力。當(dāng)用支擋結(jié)構(gòu)治理滑坡時，坡體存在軟弱夾層或結(jié)構(gòu)面時，此時作用在支擋結(jié)構(gòu)上的載荷即為滑坡推力。因此需要分別計(jì)算土壓力和滑坡推力，取兩者的最大值。計(jì)算時，取最不利邊坡進(jìn)行計(jì)算。對于支護(hù)結(jié)構(gòu)變形控制嚴(yán)格或a＜0.5H時，計(jì)算側(cè)向土壓力按靜止土壓力進(jìn)行計(jì)算。對于對沿外傾結(jié)構(gòu)面（巖層面）的邊坡，其主動巖石壓力合力標(biāo)準(zhǔn)值。

經(jīng)計(jì)算發(fā)現(xiàn)A-B段中側(cè)向土壓力比滑坡推力大,為Eo’=722.03kKN/m。在B-C段中，側(cè)向土壓力比滑坡推力大,為Eo’=818.58kN/m。綜上所述，該塌方邊坡的最大下滑力為818.58kN/m。

5 樁錨支護(hù)的應(yīng)用

5.1 支護(hù)措施的選用

本工程中，原則上可采用的支護(hù)形式主要有為坡率法、擋土樁、抗滑樁、錨桿（索）、樁錨支護(hù)、樁和墻等形式。坡率法指通過控制邊坡的高度和坡度而無須對邊坡進(jìn)行整體加固就能使邊坡達(dá)到自身穩(wěn)定的邊坡設(shè)計(jì)方法，需有放坡條件。擋土墻是整治中小型滑坡中應(yīng)用最為廣泛而且較為有效的措施之一，常見型式有重力式擋土墻、錨桿式擋土墻、加筋土擋土墻、板樁式擋土墻等?？够瑯妒浅惺軅?cè)向荷載的支撐建筑物,是在滑坡中設(shè)置穿過滑面進(jìn)入下部穩(wěn)定滑床的樁,利用錨固段阻止坡體的滑動[4]。其中埋入滑動面以下穩(wěn)定巖層中的稱為錨固段，其上稱為受力段,受力段承受滑坡推力,傳遞給錨固段,在滑床的樁周地層產(chǎn)生反力嵌住樁身[5]。適用于滑坡推力較大的情況。錨桿(索)是另一種安置在巖土層深處的受拉桿件,它的一端與工程構(gòu)筑物連接,一端與穩(wěn)定巖層連接,以承受土壓力等產(chǎn)生的載荷[6]。樁錨支護(hù)是指錨索和抗滑樁的聯(lián)合支護(hù)形式。抗滑樁錨將滑坡推力傳遞到基巖中，錨索插入穩(wěn)定的巖層，這樣大量減少了抗滑樁的截面面積和配筋，在中小型邊坡中得到大量應(yīng)用。

由于場地限制，無放坡條件，故無法采用削坡的方式進(jìn)行支護(hù)。由于坡高15m，且部分地段已經(jīng)塌陷，為搶險工程、又無場地要求，故無法使用擋土墻進(jìn)行支護(hù)；同時經(jīng)過計(jì)算發(fā)現(xiàn)，滑坡推力較小，且泥質(zhì)灰?guī)r為較穩(wěn)定巖體，應(yīng)合理利用，故完全采用抗滑樁進(jìn)行造價高，不經(jīng)濟(jì)。因邊坡上側(cè)存在公路、民房等重要建筑物，而單純的錨索支護(hù)，亦不能滿足搶險要求。而樁錨支護(hù)的聯(lián)合使用，施工時間短，費(fèi)用比單純的抗滑樁要少，而比錨索支護(hù)要安全。綜上所述，本工程采用樁錨支護(hù)形式，經(jīng)濟(jì)合理安全。

5.2 樁錨支護(hù)參數(shù)的確定

5.2.1 錨索支護(hù)參數(shù)確定

通過計(jì)算下滑力取下滑力中的大值F=818.58KN/m，支護(hù)最大坡高H=15.0m。錨索按縱橫間距為Sx=3.0m、Sy=3.0m、入射角a=15°布置。通過計(jì)算，側(cè)向巖土壓力水平分力標(biāo)準(zhǔn)值為60.64(KN/m2)。錨索所受水平拉力標(biāo)準(zhǔn)值為545.76KN/根，軸向拉力設(shè)計(jì)值為734.51KN/根。取φ15.24鋼絞線，鋼絞線面積S=139mm2。對于邊坡工程重要性系數(shù)，取1.0，永久性支護(hù)錨桿抗拉工作條件系數(shù)取0.69，經(jīng)計(jì)算錨桿數(shù)n=7.54，取n=8，計(jì)算出錨固長度取6.0m滿足要求。

5.2.2 抗滑樁立柱參數(shù)確定

根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)及砌體結(jié)構(gòu)》規(guī)定對于等截面等跨連續(xù)梁進(jìn)行內(nèi)力計(jì)算：排樁上預(yù)應(yīng)力錨索施加較大預(yù)應(yīng)力，錨索支承點(diǎn)位移很小，立柱可按支承于剛性錨索上的連續(xù)梁計(jì)算內(nèi)力[7]。通過計(jì)算，發(fā)現(xiàn)樁的最大彎矩Mmax=613.98kN·m、最大剪力為Vmax=982.37kN，均在滑動面附近。故截面彎矩設(shè)計(jì)值M＝767.48kN·m，截面剪力設(shè)計(jì)值V＝1227.96kN。

設(shè)樁混凝土強(qiáng)度等級位C30，縱向受力鋼筋為φ25二級鋼筋20根，間距258mm均勻布置，箍筋為φ10，樁直徑1.2m×1.5m，縱向鋼筋保護(hù)層厚30mm，該參數(shù)滿足彎矩及剪力驗(yàn)算截面滿足要求，不需要采用雙筋截面。采用24Ф25鋼筋，滿足受拉鋼筋截面面積計(jì)算，按構(gòu)造配置箍筋，則取S=300mm。滿足基礎(chǔ)承載力驗(yàn)算、施工后整體穩(wěn)定性計(jì)算要求。

5.2.3 樁錨支護(hù)的確定

根據(jù)周邊環(huán)境及地質(zhì)工程特征，在A-B段和B-C段均采用樁錨進(jìn)行支護(hù)。其中樁軸心間距3.0m，樁徑1.2×1.5m，樁底進(jìn)入地下室底板標(biāo)高以下嵌巖1.5m。錨索于樁頂以下2.0m處置，錨孔直徑130mm，入射角15°，錨索采用8φ15.24，錨固段進(jìn)入中風(fēng)化巖層深度不小于6.0m，灌注M30水泥砂漿。樁間采用掛網(wǎng)噴漿護(hù)面，噴射砼強(qiáng)度為C25，噴射厚度為150mm；樁間設(shè)置泄水孔，間距為2m，孔徑為100PVC管，外傾5%。

6 結(jié)語

該邊坡開挖后形成以巖層產(chǎn)狀為主、產(chǎn)狀為10°∠19°的結(jié)構(gòu)面，且邊坡發(fā)育產(chǎn)狀分別為270°∠81°、160°∠78°的張節(jié)理，在長期的生活污水和強(qiáng)暴雨作用下，結(jié)構(gòu)面受到軟化，強(qiáng)度降低，加上人工因素（坡面堆載、車載荷等），最終導(dǎo)致邊坡了失穩(wěn)塌方。通過穩(wěn)定性計(jì)算，發(fā)現(xiàn)該邊坡上覆雜填土層、紅粘土層、強(qiáng)～中風(fēng)化接觸面、中風(fēng)化泥質(zhì)灰?guī)r巖層面均為不穩(wěn)定狀態(tài)。由于邊坡工程地質(zhì)要求，采用坡率法、擋土墻、抗滑樁、錨桿（索）結(jié)構(gòu)等結(jié)構(gòu)，均不合理。故本邊坡采用樁錨支護(hù)的形式進(jìn)行治理，分析表明該支護(hù)措施經(jīng)濟(jì)、合理、安全。

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