邊坡支擋結(jié)構(gòu)體系研究現(xiàn)狀

孫燦

新疆煤田地質(zhì)局綜合隊（830000）

邊坡支擋結(jié)構(gòu)體系研究現(xiàn)狀

孫燦

新疆煤田地質(zhì)局綜合隊（830000）

自20世紀70年代以來，巖石高邊坡的治理問題越來越受到人們的重視，但由于邊坡問題本身的復雜性和科學技術(shù)發(fā)展水平的限制、傳統(tǒng)工程設計思路的制約，人們對邊坡的影響因素和形成機理還沒有完全認識清楚，致使一些邊坡治理設計與實際脫節(jié)，或過于夸大保守。這里對目前國內(nèi)外邊坡支擋結(jié)構(gòu)體系研究現(xiàn)狀進行總結(jié)，旨在為工程進行借鑒和指導。

抗滑擋土墻；錨桿（索）；格構(gòu)錨固體系；樁板墻

1 抗滑擋土墻的研究現(xiàn)狀

擋土墻一種用來擋土的墻體或類似于墻體的結(jié)構(gòu)物，是為了保證填土位置或挖方位置穩(wěn)定而修筑的一種永久或臨時性構(gòu)造物?？够瑩跬翂υO計需要解決的主要問題是土壓力計算及擋土墻的整體穩(wěn)定分析問題。支擋結(jié)構(gòu)上的土壓力問題實際上是一個具有垂直表面并且在此表面作用有外荷載的邊坡穩(wěn)定問題，傳統(tǒng)的庫侖土壓力理論使用的分析方法和邊坡穩(wěn)定方法是類似的[1]。

近年來，懸臂式擋土墻、扶壁式擋土墻、錨桿擋土墻、加筋擋土墻等新式擋土墻在工程設計中得到了較多的應用,國內(nèi)外專家進行了不少專題研究。尤其是錨桿擋土墻和加筋擋土墻，將傳統(tǒng)擋土墻的優(yōu)點與新技術(shù)新工藝相結(jié)合，在大幅度提高擋土墻的抗滑穩(wěn)定性的同時，達到節(jié)省工程總投資、節(jié)約材料和土地的效果。錨桿式擋土墻是一種由墻面系、錨桿、回填土組成的輕型擋土結(jié)構(gòu)。錨桿外端與墻面系聯(lián)接，內(nèi)端錨固在土體之中，墻面板所受的土壓力通過錨頭傳至鋼拉桿，再由鋼拉桿周邊砂漿握裹力傳遞至水泥砂漿中，然后再通過錨固段周邊地層的摩擦力傳遞到錨固區(qū)的穩(wěn)定地層中，以承受土壓力或水壓力對建筑物所施加的壓力[2]。

2 錨桿（索）的研究現(xiàn)狀

巖土工程中所使用的錨桿（索）是一種安設在巖土層中深部的受力桿件,一端與工程建筑物相連，另一端錨固在巖土層中,必要時對其施加預應力，以承受土壓力、水壓力或風載荷所產(chǎn)生的拉力，用以有效地承受結(jié)構(gòu)載荷，防止結(jié)構(gòu)變形，從而維護結(jié)構(gòu)建筑物的穩(wěn)定[3]。

預應力錨索是近20年來興起的邊坡加固新技術(shù)。預應力錨索的優(yōu)良特性已為大量的工程實踐所證實，但其設計理論還遠遠滿足不了工程實踐的需要。人們對于預應力錨索作用機理的認識還不甚清楚。對于影響預應力設計的一些關(guān)鍵問題還存在爭議?，F(xiàn)階段有關(guān)預應力錨索的設計計算方法都比較粗略，有待進一步修正和完善，對其理論原理、設計原則和施工工藝還未進行比較深入的研究。

許多學者利用各種力學理論對錨桿的作用機制和錨固能力進行了研究分析。我國孫鈞、孫學毅、李世輝、王明恕、董方庭等教授對錨桿支護機理都進行過深入研究[4]。目前，國內(nèi)外很多學者都側(cè)重于研究加錨節(jié)理巖體的模擬計算方法[5]。英國的Pande等人側(cè)重研究了加錨節(jié)理巖體的模擬計算方法。馬來西亞的L·P·Yap利用有限元法分析了拉拔力作用下巖體注漿錨桿的荷載傳遞機理，并且指出錨桿側(cè)剪應力的均勻分布假設是錯誤的。印度的K·G· Sharma采用等效介質(zhì)的方法應用黏彈塑性理論分析了巖質(zhì)邊坡中錨桿的加固機理。加拿大的B· Benmokran利用室內(nèi)模型實驗分析了錨桿的抗拔機理。GargeV·k對節(jié)理巖體中的錨桿提出了大變形有限元分析法。楊延毅、朱維申、李術(shù)才從斷裂力學的角度分析了錨桿對裂隙巖體的加固機制。宋宏偉等人于2002年發(fā)現(xiàn)錨桿在非連續(xù)巖塊的錨固中受到剪切時存在錨固巖塊分離的力學現(xiàn)象，這種現(xiàn)象稱為“導軌作用”。該作用使兩巖塊分離或出現(xiàn)分離趨勢，使相互作用力變小甚至為零，削弱節(jié)理面的抗剪強度，對錨固效果產(chǎn)生負面影響。該發(fā)現(xiàn)對傳統(tǒng)的錨桿作用提出了質(zhì)疑。北京建筑設計總院的程良奎、范景倫等人提出了“巖土錨固墻”的新概念。

3 格構(gòu)錨固體系的研究現(xiàn)狀

混凝土格構(gòu)錨固體系集傳統(tǒng)的格構(gòu)護坡和錨索(桿)加固為一體，利用鋼筋混凝土格構(gòu)梁進行坡面防護，并結(jié)合錨桿或錨索進行深層加固，形成一種有效的復合抗滑護坡體系。預應力錨索的錨固力是通過格構(gòu)梁施加到坡體上的，坡體受壓變形，必然會產(chǎn)生反作用力。目前通常采用日本PC工法的預應力錨索格構(gòu)的計算方法和設計理論，假定地基反力是均勻分布的，故各個錨索的設計拉力是相等的。而且大多數(shù)設計很少提到其所依據(jù)的外力，幾乎都是采用邊坡剩余推力一種外力的計算方法，這也是不切合實際的。

目前，對預應力格構(gòu)錨固的研究較少，計算方法沿用一般地基梁的算法，將格構(gòu)拆成橫梁和豎梁來研究和計算?，F(xiàn)有預應力格構(gòu)錨固的計算方法，主要是對預應力格構(gòu)錨（桿）索的受力形式或結(jié)構(gòu)形式進行簡化,基于若干假設進行分析計算的，沒有形成設計可普遍采用的公式和算法。倒梁法是將坡面反力視為作用在格構(gòu)梁上的均勻分布的荷載，把錨索作用點看作支座，將格構(gòu)作為倒置的交叉格構(gòu)梁體系進行計算，并且認為橫梁和豎梁是相互獨立的連續(xù)梁[6]。這種計算方法忽略了巨大錨索力作用下格構(gòu)梁體系的變形所引起底部反力的不均勻分布，通常使設計過于保守。

4 錨桿（索）擋土墻及樁板墻的研究現(xiàn)狀

錨桿（索）擋土墻是利用錨桿技術(shù)形成的一種擋土結(jié)構(gòu)物。它的一端與工程結(jié)構(gòu)物聯(lián)結(jié)，另一端通過鉆孔、插入錨桿、灌漿、養(yǎng)護等工序錨固在穩(wěn)定的地層中,以承受土壓力對結(jié)構(gòu)物所施加的推力，依靠錨桿與地層間的錨固力(即錨桿的抗拔力)承受土壓力，維持擋土墻的平衡。按墻面的結(jié)構(gòu)形式可分為柱板式錨桿擋土墻和壁板式錨桿擋土墻。柱板式錨桿擋土墻是由擋土板、肋柱和錨桿組成，壁板式錨桿擋土墻是由墻面板(壁面板)和錨桿組成。錨桿擋土墻適用于墻高較高、缺乏石料的地區(qū)或挖基困難的地段，也可用于具有錨固條件的路塹墻，對地基承載力要求不高、墻高較高時，可分級建造[7]。

20世紀70年代初，在枝柳線上首先將樁板式擋土墻應用在路塹邊坡中，后來在南昆等線上應用到路堤中。由于經(jīng)驗的不斷積累，這項技術(shù)日臻成熟，1992年鐵路系統(tǒng)有關(guān)單位分別編制了路塹式、路肩式樁板墻通用圖。為了減少錨固樁用工人數(shù)和路堤填方，后來出現(xiàn)了變截面式樁板墻。1994年巖質(zhì)地基單線和雙線路肩式樁板墻通用圖的頒布，使這一形式得到了進一步推廣。

預應力錨索樁板墻作為新型支擋結(jié)構(gòu)，其內(nèi)力計算方法在中外文獻中所見甚少。但是，我國現(xiàn)階段對水平推力樁、抗滑樁及預應力錨索樁內(nèi)力計算研究己取得一定成果，有一定的借鑒意義和參考價值。錨索樁板墻結(jié)構(gòu)的設計計算方法目前還不成熟,一般都按照預應力錨索抗滑樁的方法加以計算，而后者與承受填土壓力的樁-錨-板結(jié)構(gòu)是有所不相同的。結(jié)構(gòu)的設計計算方法應綜合考慮樁身位移、樁與填土的相互作用、預應力和土壓力的關(guān)系等,在此基礎上提出的設計計算方法才較為符合實際情況。我們知道，錨索樁板墻結(jié)構(gòu)的設計理論與滑坡治理中的錨索樁是有很大差別的，因為該結(jié)構(gòu)上的土壓力與填土關(guān)系很大,而且還與結(jié)構(gòu)位移有關(guān)，問題是十分復雜的，以往完全套用滑坡整治中的錨索樁的計算方法是不盡合理的，雖說有成功的工程實例，但不說明其理論完善。

[1]陳祖煜.土力學經(jīng)典問題的極限分析上、下限解[J].巖土工程學報,2002,24(1).

[2]陳忠達.公路擋土墻設計[M].北京:人民交通出版社,2000.

[3]周維恒主編.高等巖石力學[M].北京:中國水利水電出版社,1990.

[4]陸士良.錨桿錨固力與錨固技術(shù)[M].北京:煤炭工業(yè)出版社,1998.

[5]閻莫名,徐禎祥,蘇自約主編.巖土錨固技術(shù)的新發(fā)展[M].北京:人民交通出版社,2000.

[6]王全才,李傳珠,趙肅營,等.黃土滑坡錨固技術(shù)研究[J].鐵道工程學報,1996,50(2).

[7]於汝山.巖質(zhì)高邊坡復合支擋體系研究[博士學位論文].武漢:中國地質(zhì)大學,2009.