典型邊坡支護(hù)方案的研究及工程應(yīng)用

■王 浩 ■中南大學(xué)校本部，湖南 長沙 410006

1 工程概況

某邊坡為切方邊坡，坡底標(biāo)高為40.10m，山體最大標(biāo)高為69.40m，開挖段全長約90m，坡高約3.5～23.5m，山體自然坡度35～45°，該邊坡為巖質(zhì)邊坡，上部粉質(zhì)粘土及少量雜填土層厚0.5～3.2m，下部為強(qiáng)風(fēng)化砂巖夾泥質(zhì)粉砂巖。現(xiàn)場調(diào)查陡坡上薄層狀砂巖風(fēng)化強(qiáng)烈，巖石因受斷裂引張破壞作用，裂隙比較發(fā)育，在人為、不良自然條件或或地震作用下，易引發(fā)危巖崩塌和滑坡;因此，該段邊坡須采取妥善的支護(hù)措施。該邊坡為永久性邊坡，安全等級(jí)為一級(jí)，安全系數(shù)為1.3。

1.1 工程地質(zhì)條件

1.1.1 地形和地貌

場地原始地貌屬剝蝕低山丘陵地貌?？辈炱陂g，擬建邊坡部分鉆孔孔口標(biāo)高介于44.15～68.81m 之間，地表相對(duì)高差24.66m，山體自然坡度30～45°。

1.1.2 地層巖性

據(jù)鉆孔揭露地層，分別為第四系雜填土層、殘積層、泥盆系錫礦山組砂巖夾泥質(zhì)粉砂巖、泥盆系沙河組泥灰?guī)r。

1.2 水文地質(zhì)條件

勘察期間，山坡上所有鉆孔均未測(cè)到地下水水位，坡底部分鉆孔見地下水，地下水類型主要為賦存于雜填土中的上層滯水。地下水補(bǔ)給來源主要為大氣降水和生活污水補(bǔ)給。

2 支護(hù)方案選擇

2.1 抗滑樁

2.1.1 抗滑樁簡介

樁上部承受坡體推力通過樁身傳給下部側(cè)向土體或巖體，邊坡的下推力是依靠樁下部的側(cè)向阻力來承擔(dān)，進(jìn)而使得邊坡穩(wěn)定。整個(gè)滑坡體穩(wěn)定性由于受到來自抗滑樁阻力的作用而大大提高，即大大提高滑坡體的安全穩(wěn)定系數(shù)從而達(dá)到規(guī)定的安全系數(shù)相應(yīng)規(guī)范的可靠指標(biāo)，可以達(dá)到坡體不從樁間擠出和樁頂滑出的要求。此外樁體本身要滿足強(qiáng)度、穩(wěn)定性的要求，即樁體橫斷面要滿足剛度、應(yīng)力應(yīng)變、變形等各項(xiàng)指標(biāo)要求。

2.1.2 抗滑樁作用原理

滑坡體對(duì)樁體的滑坡主動(dòng)推力可以分為兩個(gè)部分，一部分推力從樁體傳至滑坡體中的滑動(dòng)面以下巖體中，使得樁前滑坡的推力大大減小，使得滑體穩(wěn)定性的大大提高;一部分推力由樁體傳至樁前滑破體，由樁前滑動(dòng)面向上的抗滑力和這部分推力相互平衡。簡單的說借助抗滑樁把將滑坡體中未達(dá)到平衡的滑坡推力傳遞到樁周的巖土上。

2.2 樁錨支護(hù)

2.2.1 樁錨支護(hù)簡介

樁的上部或者中部加上錨索，這樣錨索可以承受一部分的下滑力，這樣就可以大大減少抗滑樁的傳遞作用，從而使得樁體所受荷載大大降低，也可以使得樁埋入滑床中的深度降低。原來的懸臂抗滑樁的受力模型變成一端近似鉸接和另一端近似彈性固定端的一種梁式結(jié)構(gòu)模型。其主要結(jié)構(gòu)包括預(yù)應(yīng)力錨索、抗滑樁、錨具等。

2.2.2 樁錨支護(hù)作用原理

通過錨具將施加預(yù)應(yīng)力后的錨索與抗滑樁相連，使得一端穿過滑坡體將滑坡體錨固于滑床內(nèi)，抗滑樁和預(yù)應(yīng)力錨索形成一種聯(lián)合受力的模式。從而錨索拉力和樁體所承受的抗滑力共同平衡滑坡推力，改善抗滑樁靠嵌固段地基抗力以平衡滑坡推力的受力模式，和抗滑樁大懸臂受力受限的受力機(jī)理。

2.3 格構(gòu)式錨桿

2.3.1 格構(gòu)式錨桿的簡介

格構(gòu)式錨桿主要是針對(duì)滑坡的一種滑坡綜合防護(hù)措施，利用現(xiàn)澆鋼筋砼、漿砌塊石、預(yù)制預(yù)應(yīng)力砼進(jìn)行坡面處理，將錨桿或錨索錨固從而使得滑坡達(dá)到穩(wěn)定的方法。

格構(gòu)式錨桿大多時(shí)候利用混凝土框格護(hù)坡，且在框格之內(nèi)種植各種花草，達(dá)到極其美觀和公路環(huán)境美化的效果。這種措施廣泛運(yùn)用于山區(qū)高速公路中的高陡邊坡加固中，可以達(dá)到護(hù)坡和美觀又既安全的雙重效果。

2.3.2 格構(gòu)式錨桿作用機(jī)理

格構(gòu)式錨桿中，網(wǎng)格梁的作用除了限制現(xiàn)有擋墻的位移外，還有傳力作用。如果單獨(dú)使用錨桿加固邊坡，往往會(huì)由于錨桿的拉力過大從而導(dǎo)致應(yīng)力過于集中，引起現(xiàn)有的擋墻變形、破壞，如果擋墻變形過大同時(shí)會(huì)引起錨桿應(yīng)力丟失。若果將二者結(jié)合使用，這樣網(wǎng)格梁相當(dāng)于錨墩，起固定的作用，有效利用網(wǎng)格梁與擋墻有效接觸面積大，使得擋墻在錨桿作用下其變形得到大大限制。

3 方案論證

3.1 技術(shù)對(duì)比

以上三種方案都是無較大技術(shù)難題的典型支護(hù)方案。在邊坡支護(hù)工程實(shí)踐中，三種方法都是較理想的施工方法，其應(yīng)用都較為廣泛。但每種方法均有優(yōu)缺點(diǎn)(見上文三種方案簡介)。從而僅需從工期、經(jīng)濟(jì)這兩方面來進(jìn)行三種方案的優(yōu)選

3.2 經(jīng)濟(jì)比較

根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)及相關(guān)規(guī)范，除技術(shù)方案可行之外，主要是經(jīng)濟(jì)方面的要求。錨桿網(wǎng)格梁支護(hù)造價(jià)是抗滑樁的約40.8%，是樁錨支護(hù)造價(jià)的約69.0%。因此采用錨桿網(wǎng)格梁支護(hù)較為經(jīng)濟(jì)。

3.3 工期對(duì)比

從工期上看，三種方案相差不大，一般同等工程情況下，樁錨支護(hù)所需時(shí)間比抗滑樁支護(hù)多15%左右，錨桿網(wǎng)格梁支護(hù)所需時(shí)間比抗滑樁支護(hù)少15%左右，基本三種方案均能滿足一般工期需要。

3.4 結(jié)論

當(dāng)采用格構(gòu)式錨桿時(shí)，造價(jià)低、工期短、邊坡安全性高。因此選用格構(gòu)式錨桿作為本邊坡工程的最終支護(hù)方案。

4 設(shè)計(jì)方案

4.1 錨桿設(shè)計(jì)

此邊坡共設(shè)計(jì)十排錨桿。

邊坡是二級(jí)邊坡，每級(jí)十米高，中間有一條2 米寬平臺(tái)。設(shè)計(jì)為10排錨桿，垂直和水平間距均為2 米，水平角度為150，孔徑為130mm。

4.2 網(wǎng)格梁設(shè)計(jì)

第一級(jí)格構(gòu)支護(hù)的基礎(chǔ)梁、壓頂梁、肋梁和肋柱設(shè)計(jì)方案4.3 錨桿支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性驗(yàn)算

第二級(jí)邊坡支護(hù)與第一級(jí)邊坡支護(hù)采用同樣的支護(hù)方式并得出相關(guān)數(shù)據(jù)?，F(xiàn)對(duì)錨桿支護(hù)結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性進(jìn)行驗(yàn)算如下

由此可得，該邊坡支護(hù)穩(wěn)定。

5 結(jié)論

在無特殊要求的常見邊坡支護(hù)工程中，格構(gòu)式錨桿有如下優(yōu)點(diǎn)，造價(jià)低、工期短、邊坡安全性高。因此普通的邊坡支護(hù)工程中可選用格構(gòu)式錨桿作為首選支護(hù)方案，其次可選樁錨支護(hù)和抗滑樁支護(hù)。

［1］《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》(GB50330—2002)中國建筑工業(yè)出版社.

［2］隆威等著.《巖土工程預(yù)決算與招投標(biāo)》［M］.長沙:中南大學(xué)出版社，2004.

［3］彭振斌著.《錨固工程設(shè)計(jì)計(jì)算與施工》［M］.武漢.中國地質(zhì)大學(xué)出版社，1997.

［4］陳希哲.《土力學(xué)地基基礎(chǔ)》［M］.北京:清華大學(xué)出版社，1998.