多級框架梁和抗滑樁聯(lián)合作用下邊坡支護方案研究

黃鄭文

(中鐵大橋局集團第六工程有限公司，湖北武漢 430000)

滑坡具有很復(fù)雜的工程地質(zhì)特性，尤其是坡腳開挖后坡體的自穩(wěn)能力差，易造成局部滑塌、位移等病害；倘若遇到暴雨或地震，極易形成大規(guī)模的滑坡，破壞性極大，嚴重威脅居民人身和財產(chǎn)安全[1]。在滑坡防止中主要的工程措施有抗滑樁、框架梁和擋土墻等。錨索框架梁為近年來在邊坡加固中廣泛應(yīng)用的復(fù)合支護結(jié)構(gòu)，將錨索這一柔性支護手段和框架梁結(jié)合起來，在實際工程中取得了良好的支護效果[2]。錨索抗滑樁也是滑坡治理工程中常用的一種支擋結(jié)構(gòu)物，相對普通的抗滑樁，其在受力狀態(tài)上的優(yōu)點很明顯[3]。

近年來，國內(nèi)外學(xué)者對邊坡支護工程做了大量研究[4]。韓愛民[5]等對預(yù)應(yīng)力錨桿框架梁支護體系的力學(xué)響應(yīng)及其對設(shè)計參數(shù)的敏感性問題進行了研究。戴自航[6]等將預(yù)應(yīng)力錨索框架梁加固邊坡按三維問題進行穩(wěn)定性分析，揭示其加固滑坡的機理。李德宏[7]等研究了圓形錨索抗滑樁在滑坡治理中的應(yīng)用。楊波[8]等采用強度折減的有限元法討論了雙排抗滑樁在三種典型滑坡的計算與受力規(guī)律分析。目前大多研究為單獨研究錨索框架梁或單獨研究錨索抗滑樁的力學(xué)性能和方案設(shè)計，對兩者聯(lián)合作用下的邊坡支護研究較少。

本文以深圳外環(huán)高速公路深挖路塹邊坡支護為工程背景，展開在多級錨索框架梁和錨索抗滑樁聯(lián)合作用下邊坡支護的研究，為今后同類深挖路塹邊坡的支護設(shè)計提供參考。

1 工程概況

深圳外環(huán)高速公路深圳段一期工程K24+706.570～K24+742.083段觀光路跨線橋38#、39#橋墩布設(shè)于現(xiàn)狀觀光路邊坡上，需對現(xiàn)狀觀光路邊坡進行開挖削坡，后施工橋梁樁基、承臺、橋墩。在設(shè)計樁號K24+725現(xiàn)狀觀光路左側(cè)第三級邊坡坡頂有一處110 kV高壓鐵塔(目前已通電)?，F(xiàn)狀觀光路為通車的城市主干道，車流量較大。

觀光路現(xiàn)狀邊坡的地質(zhì)勘察資料揭示：第一層為厚約0.9 m左右的亞黏土：灰黃、褐紅、淺黃色，稍濕-濕，可-硬塑狀態(tài)；第二層為厚約10.7 m左右全風(fēng)化混合巖：褐紅、褐黃色，原巖結(jié)構(gòu)基本破壞，但可辨認，巖芯呈土柱狀，堅硬狀態(tài)；第三層為強風(fēng)化混合巖：褐黃色，原巖結(jié)構(gòu)大部分破壞，巖石裂隙極發(fā)育，巖芯呈土柱狀、土夾塊狀，27.9～30.1 m段見有較多的弱風(fēng)化巖塊，其它地段含少量弱風(fēng)化巖塊，合金鉆進容易。邊坡現(xiàn)狀如圖1所示。

圖1 邊坡現(xiàn)狀

2 邊坡穩(wěn)定性分析

本項目邊坡穩(wěn)定性分析、驗算采用理正巖土6.0計算軟件。計算方法采用簡化Bishop法和Janbu法。由于邊坡大部分為全風(fēng)化混合巖和強風(fēng)化混合巖，巖體碎裂，為土質(zhì)、類土質(zhì)邊坡，因此滑動面采用圓弧滑動面考慮。根據(jù)JGJ D30-2015《公路路基設(shè)計規(guī)范》，選取正常工況和暴雨工況兩個計算工況，正常工況邊坡穩(wěn)定性安全系數(shù)應(yīng)大于1.35，暴雨工況邊坡穩(wěn)定性安全系數(shù)應(yīng)大于1.20。參數(shù)選取快剪指標(biāo)，兩個工況各土層具體參數(shù)如表1所示。

支護方案采用開挖第一級邊坡采用樁板墻支護，樁頂以上第二、三、四級邊坡采用錨索框架梁加固聯(lián)合支護。經(jīng)計算，正常工況下邊坡安全系數(shù)Fs=1.680，暴雨工況下邊坡安全系數(shù)Fs=1.240，均滿足規(guī)范要求?；峦屏ψ饔们闆r下，錨索抗滑樁樁側(cè)地基最大的橫向土反力為869.587 kPa；庫侖土壓力作用情況下，錨索抗滑樁樁側(cè)地基最大的橫向土反力為624.981 kPa。兩者均小于橫向容許承載力，滿足規(guī)范要求。

表1 巖土參數(shù)

3 支護方案

3.1 支護結(jié)構(gòu)設(shè)計

3.1.1 總體布置

為保證開挖邊坡的整體穩(wěn)定，確保前緣橋梁墩臺的施工及高速公路運營期間的安全，在充分結(jié)合開挖邊坡的地形和地層特征的前提下，在深外環(huán)高速路左側(cè)，沿路線方向布置一排錨索樁板墻，在38#橋墩承臺兩側(cè)垂直路線方向各布置一排樁板墻。錨索樁板墻頂部邊坡按照1∶0.75坡率進行放坡，最高為3級邊坡，分級高度為10 m，平臺寬2.0 m，平臺處設(shè)置平臺排水溝，樁頂以上邊坡采用錨索框梁加固，同時在塹頂外5 m處設(shè)置截水溝。

現(xiàn)狀觀光路為四級邊坡，邊坡第一級高度為5 m，設(shè)置錨索樁板墻支護；第二級分級高度為10 m，坡率為1∶0.75，設(shè)置錨索框架梁支護(僅設(shè)置一排錨索)，第三級分級高度為10 m，坡率為1∶0.75,設(shè)置錨索框架梁支護(僅設(shè)置一排錨索)，第四級最大高度6 m，設(shè)置錨索框架梁支護(僅設(shè)置一排錨索)；坡頂距離高壓塔基礎(chǔ)最近距離為17.6 m?？傮w布置如圖2所示。

圖2 邊坡支護方案總體布置

3.1.2 錨索抗滑樁

在深外環(huán)高速路路基左側(cè)，布置一排錨索樁板墻，在38#橋墩承臺兩側(cè)垂直路線方向各布置一排樁板墻。本工程共設(shè)置抗滑樁12根(1#～12#)，其中錨索抗滑樁7根(3#、4#、5#、9#、10#、11#、12#)，抗滑樁5根(1#、2#、6#、7#、8#)(圖3)?？够瑯稙镃30鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，現(xiàn)場澆筑，樁中心間距為5.6 m，樁截面為2.0 m×3.0 m，樁長16.0 m，其中路塹開挖后形成的懸臂段長8.0 m，嵌巖段長8.0 m。其中錨索抗滑樁的兩排預(yù)應(yīng)力錨索分別位于樁頂下1.0 m處和3.0 m處，設(shè)計采用8束1×7φs15.24鋼絞線，錨固角度第一排20 °，第二排22 °，設(shè)計錨固力為700 kN，總長度22 m，其中自由段長12 m，錨固段長10 m(圖4)?？够瑯稇冶鄱沃g設(shè)置擋土板，其截面尺寸為0.3 m×1.0 m，單塊長3.4 m，共需設(shè)置樁間擋土板80塊。其中5#與9#樁之間根據(jù)現(xiàn)場施工平臺位置動態(tài)過渡，過渡區(qū)采用錨索框架加固。

圖3 抗滑樁平面布置

圖4 錨索抗滑樁橫斷面示意

3.1.3 錨索框架梁

左側(cè)錨索樁板墻頂部以上邊坡分級高度為10 m，平臺寬2 m，坡率自下而上分別為樁頂上第一級1∶0.75，第二級1∶0.75，第三級1∶0.75。坡面錨索采用5束1×7φs15.24鋼絞線，設(shè)計錨固力為550 kN，總長度20 m，錨固段長度10 m，錨固角度20 °，坡頂一排錨索總長度26 m，錨固段長度10 m，錨固角度20 °。錨索框梁縱橫梁截面尺寸為40 cm×40 cm，采用C25混凝土澆筑。立面布置如圖5所示，橫斷面布置如圖6所示。

圖5 錨索框架梁立面布置

圖6 錨索框架梁橫斷面

3.2 施工方案研究

主體施工順序安排如下：頂級邊坡開挖→頂級邊坡錨索框梁→截、排水溝→下部邊坡開挖→下部邊坡錨索框梁→平臺排水溝→錨索抗滑樁→樁前土體開挖。

3.2.1 抗滑樁施工

抗滑樁施工工序：點位測放，孔口段開挖與鎖口盤制作，樁身開挖與護壁，鋼筋籠制作(安放)，混凝土澆筑?？够瑯妒┕げ扇√鴺妒┕?，根據(jù)樁孔實際開挖揭露的地層、滑面位置動態(tài)調(diào)整樁長和配筋。

抗滑樁應(yīng)跳樁分節(jié)開挖，按設(shè)計做好鎖口盤和每節(jié)護壁。樁孔護壁采用C30混凝土澆筑，為提高護壁混凝土的早期強度，可加入適量早強劑。澆筑護壁混凝土?xí)r，必須保證護壁不侵入樁截面凈空以內(nèi)。樁孔開挖過程中應(yīng)隨時校準(zhǔn)其垂直度和凈空尺寸。樁孔挖到設(shè)計標(biāo)高后進行驗槽、澆筑封底混凝土，并應(yīng)保證封底混凝土厚度。樁身混凝土應(yīng)邊灌注、邊振搗，全樁混凝土應(yīng)不間斷澆筑完成。當(dāng)孔內(nèi)有地下水且不易抽干時，應(yīng)采用水下混凝土灌注法進行混凝土澆筑。

3.2.2 預(yù)應(yīng)力錨索施工

預(yù)應(yīng)力錨索施工工序為：開挖→修坡→成孔→錨索體制作及安裝。

邊坡施工要求邊挖邊加固，即開挖一級，防護一級，不得一次開挖到底。坡面修整好后，測設(shè)孔位，準(zhǔn)備鉆孔設(shè)備進行鉆孔。鉆孔要求干鉆，禁止采用水鉆，以確保錨索施工不致于惡化邊坡土體的工程地質(zhì)條件和保證孔壁的粘結(jié)性能。鉆孔速度根據(jù)使用鉆機性能和錨固地層嚴格控制，防止鉆孔扭曲和變徑。對完成的鉆孔進行清理并檢查滿足設(shè)計要求后安裝鋼絞線。沿錨索軸線方向每隔2.0 m設(shè)置3個定位支架以保證錨索有足夠地保護層。錨筋尾端防腐采用刷漆、涂油等防腐措施處理。

3.2.3 錨索框架梁施工

錨索框架梁施工工序為：測放孔位→鉆孔→清孔→錨索制安→注漿→挖槽→支模→綁扎鋼筋→澆筑框架梁、肋→養(yǎng)護→框架內(nèi)砌筑漿砌片石。

錨索孔位測放力求準(zhǔn)確，偏差不得超過±5 cm，鉆孔垂直于坡面，傾角允許偏差±2，成孔后用高壓空氣(0.2～0.4 MPa)清孔。錨索框架施工分片進行，每片長6.0 m，相臨兩片之間設(shè)置2 cm伸縮縫，內(nèi)填浸瀝青木條，深度15 cm。兩根豎肋及其所連三根橫梁組成一片框架，每片框架梁整體澆筑，一次完成，框架之間的空格用漿砌片石充填并與梁齊平。每片錨索框架放線時，按豎肋對應(yīng)公路里程放線，并使豎肋投影垂直于路線，橫梁與豎肋垂直，每片框架上的錨索孔應(yīng)以第一根豎肋最上部的孔為基準(zhǔn)，(按錨索框梁結(jié)構(gòu)圖確定)，然后再確定其余孔位。

4 邊坡支護監(jiān)測

4.1 監(jiān)測方案

為了保證邊坡施工中的安全和加固后的工程治理效果，為施工提供邊坡穩(wěn)定狀態(tài)或變形特征的信息，指導(dǎo)安全施工，應(yīng)進行邊坡的監(jiān)測設(shè)計。監(jiān)測內(nèi)容包括邊坡變形地表位移、抗滑樁位移、深層水平位移和錨索應(yīng)力。邊坡監(jiān)測項目如表2所示。監(jiān)測點布置如圖7和圖8所示。

表2 邊坡監(jiān)測項目

圖7 監(jiān)測斷面布置

圖8 監(jiān)測點平面布置示意

4.2 監(jiān)測結(jié)果分析

邊坡位移檢測前三級平臺各選取一個監(jiān)測點數(shù)據(jù)，結(jié)果如圖9所示。錨索應(yīng)力同樣選取三個測點(圖10)。

圖9 邊坡水平位移

圖10 錨索應(yīng)力

由圖9、圖10可知，邊坡整體水平位移在1.2～6.4 mm，滿足規(guī)范要求。錨索應(yīng)力較平均，說明錨固效果好。

5 結(jié)論

本文針對深圳外環(huán)高速公路深挖路塹邊坡支護問題，采用多級錨索框架梁和錨索抗滑樁聯(lián)合作用的支護方式。開挖第一級邊坡采用錨索抗滑樁樁板墻支護，樁頂以上第二、三、四級邊坡采用錨索框架梁支護，同時對邊坡穩(wěn)定進行計算、對邊坡變形、抗滑樁位移和錨索應(yīng)力等進行監(jiān)測。根據(jù)計算和監(jiān)測結(jié)果，該支護方案在正常工況和暴雨工況下，均滿足規(guī)范要求，支護效果良好，可為今后同類邊坡支護提供參考。