錨索肋板墻在公路工程中的應(yīng)用探索

楊柯 張文成

中交第一公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司 陜西 西安 710075

引言

錨索肋板墻是一種類似于錨桿擋土墻[1]的加固技術(shù)，又可稱板肋式錨索擋墻和錨索擋墻[2]，主要由基礎(chǔ)、肋柱、擋土板和錨索組成。基礎(chǔ)可采用漿砌片石或素混凝土構(gòu)成，基礎(chǔ)需置于穩(wěn)定巖土層內(nèi)，肋柱和擋土板采用一體式澆筑，錨索在肋柱豎向間隔布置，錨固段深入穩(wěn)定巖土體內(nèi)。錨索肋板墻使用條件：可以應(yīng)用在墻后坡體破碎、易沖刷、易剝落或需限制墻后巖土體剝落掏空的支護(hù)環(huán)境中，既可以應(yīng)用在路塹邊坡支護(hù)，也可用于路堤邊坡防護(hù)。錨索肋板墻在國內(nèi)的應(yīng)用較少，工程經(jīng)驗(yàn)較少，本文以KKH二期赫韋利揚(yáng)至塔科特段公路工程的幾處應(yīng)用為例，分析總結(jié)錨索肋板墻在設(shè)計(jì)和施工中的注意事項(xiàng)，以期為類似工程提供參考。

1 錨索肋板墻在工程中的應(yīng)用案例

KKH二期塔科特至赫韋利揚(yáng)段公路工程位于巴基斯坦北部開伯爾- 普赫圖赫瓦省。是亞洲公路AH4((Urumqi- -Karachi)的重要組成部分，是中巴經(jīng)濟(jì)走廊的陸路通道的核心路段，也是巴基斯坦公路網(wǎng)南北主要骨架的組成部分。設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)采用為中國現(xiàn)行規(guī)范體系。錨索肋板墻在此工程中應(yīng)用5處，各工點(diǎn)主要特征如下：

第一處為路塹滑坡治理，路塹邊坡高度51m，地處低中山溝谷區(qū)，根據(jù)勘察資料顯示，該處為滑坡地段，滑坡體在平面上呈“簸箕狀”，滑體沿公路方向?qū)捈s95m，縱向垂直于公路長約60m，滑體平均厚度約6米，總方量約3.42×104m3，為小型淺層滑坡，地形坡度下部約40～50°，上部15～30°；地層巖性：上部為灰褐色、松散至中密碎石土，稍濕，局部有地下水出露處成濕、很濕狀態(tài)；下伏基巖為強(qiáng)風(fēng)化千枚巖，風(fēng)化嚴(yán)重，巖體破碎，完整性差。巖土特點(diǎn)：土層含水潮濕，自穩(wěn)性差，抗沖刷能力差，易被沖刷垮塌。該處邊坡第一級采用錨索肋板墻加固。

第二處為路塹邊坡治理，邊坡最大高度42m，分級高度10m，第四級邊坡一坡到頂，根據(jù)現(xiàn)場開挖揭露，邊坡內(nèi)未見穩(wěn)定地下水分布，邊坡上部為第四系殘坡積層碎石土，厚度0.5～1.5m；下伏基巖為千枚巖，基巖節(jié)理發(fā)育，強(qiáng)風(fēng)化厚度大，開挖揭露和降雨后風(fēng)化加劇，邊坡發(fā)生滑塌，坡面局部形成深約1.5m高2.0～3.0m的凹腔，滑塌范圍逐漸擴(kuò)大。巖土特點(diǎn)：巖體易二次風(fēng)化，完整性差，易被沖刷垮塌。該處邊坡一級采用路塹墻防護(hù)，二級采用錨索肋板墻加固，三級邊坡采用錨桿框架，第四級邊坡放緩邊坡后植草。

第三～五處為填方路基加固，填方邊坡高度11.5～19m；工程地處中低山峽谷區(qū)，受Nandihar河流下切影響，河流兩岸地形陡峭，自然坡度約為40～55°；地層巖性：上部為灰黃色、松散至中密碎石土，呈干燥至稍濕狀；下伏基巖為強(qiáng)風(fēng)化花崗片麻巖，片麻理反傾坡內(nèi)，巖體較破碎，完整性較差。巖土特點(diǎn)：土體結(jié)構(gòu)松散，自穩(wěn)性差，抗沖刷能力差，易被沖刷溜塌，承載力較低。區(qū)內(nèi)未見斷裂發(fā)育，區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性較好。此三處路堤邊坡采用錨索肋板墻進(jìn)行防護(hù)。

錨索肋板墻在該工程中的應(yīng)用，主要用于無黏性的碎石土類和完整性差的軟巖巖質(zhì)邊坡支護(hù)，無黏性土密實(shí)干燥狀態(tài)下穩(wěn)定性好，承載力高，但松散且含水時(shí)自穩(wěn)性差、承載力低，錨索肋板墻從結(jié)構(gòu)上能有效限制墻后巖土垮塌及沖刷破壞，即能控制整體穩(wěn)定，又能限制局部破壞；從經(jīng)濟(jì)方面來講，雖略高于傳統(tǒng)錨索框架，但相比于樁板墻可以節(jié)省投資。

2 錨索肋板墻方案設(shè)計(jì)

根據(jù)錨索肋板墻所在位置的巖土特征及邊坡破壞特征，分別計(jì)算剩余下滑力和土壓力，以較大值作為錨索的設(shè)計(jì)荷載，并視環(huán)境特征考慮增加附加荷載等。下面以前述5處錨索肋板墻其中1處路堤邊坡為例，設(shè)計(jì)如下：

2.1 參數(shù)選取

設(shè)計(jì)過程所需的巖土體物理力學(xué)參數(shù)主要用于剩余下滑力、土壓力、錨索設(shè)計(jì)和承載力計(jì)算等。本工程中取壓實(shí)填土天然容重為20.0kN/m3，飽和容重為21.0kN/m3，天然狀態(tài)黏聚力C值取5～10KPa之間，內(nèi)摩擦角φ值取25°～32°之間。其他荷載按25Kpa取值。

2.2 穩(wěn)定性計(jì)算

分別計(jì)算墻后填土沿原始地面滑移產(chǎn)生的下滑力和墻后土壓力，以較大值作為設(shè)計(jì)下滑力。

根據(jù)《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》JTG D0-2015第3.6.10路堤沿斜坡地基或軟弱層帶滑動的穩(wěn)定性分析，采用不平衡推力法進(jìn)行計(jì)算[3]。

分別三種工況下剩余下滑力：正常工況：路基投入運(yùn)營后經(jīng)常發(fā)生或持續(xù)時(shí)間長的工況；非正常工況Ⅰ：路基處于暴雨或連續(xù)降雨?duì)顟B(tài)下的工況；非正常工況Ⅱ：路基遭遇地震等荷載作用的工況[4]。

表1 路基穩(wěn)定性計(jì)算成果一覽表

依據(jù)確定的設(shè)防安全系數(shù)，以填土界面按照折線形模型的不平衡推力法，計(jì)算確定該路基的剩余下滑力為411KN/m。

根據(jù)《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》GB50330-2013第6.2.3和第6.2.11[5]公式計(jì)算墻后填土的主動土壓力[6]，計(jì)算得肋板墻所受主動土壓力為471KN/m。

兩者取大值，因而錨索肋板墻所受的力為471KN/m。

2.3 錨索肋板墻設(shè)計(jì)

2.3.1 錨索設(shè)計(jì)。錨索肋板墻單片框架寬5.98m，高度11.5m，肋柱間距3.0m。

根據(jù)《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》JTG D30-2015第5.5邊坡錨固[7]章節(jié)進(jìn)行錨索設(shè)計(jì)計(jì)算。在橫梁豎肋節(jié)點(diǎn)處設(shè)錨索，單片框架布設(shè)4排8孔6束Φs15.2錨索，錨索傾角25°，錨索長度為20m，錨固段長10m，錨索孔直徑130mm，砂漿強(qiáng)度為M30，錨索設(shè)計(jì)荷載為600KN，鎖定荷載為500KN。

2.3.2 肋柱和擋土板設(shè)計(jì)。肋柱和擋土板采用C25混凝土整體澆筑而成，擋土板厚度為40cm，單片寬5.98m，高度11.5m；肋柱間距3.0m，肋柱寬60cm，厚度70cm，肋柱和擋土板面?zhèn)?、背?cè)布置豎向通長受力鋼筋，受力鋼筋連接宜采用機(jī)械連接或焊接，錨索沿肋柱豎向間隔3m布置。擋土板布置梅花型泄水孔，在泄水孔進(jìn)水測設(shè)置反濾層或反濾包[8]。

圖1 錨索肋板墻設(shè)計(jì)示意圖

3 施工工序

當(dāng)錨索肋板墻用為路塹邊坡時(shí)的施工工序：施工準(zhǔn)備、測量放樣—基礎(chǔ)施工—錨索鉆孔、清孔—錨索制作—錨索安放、注漿—肋板墻鋼筋綁扎、立?！獫仓甙鍓Α惭b錨頭鋼墊板—錨索張拉—封錨。

當(dāng)錨索肋板墻用為路堤邊坡時(shí)，因墻后需回填土方，回填土方需在墻體澆筑養(yǎng)護(hù)之后進(jìn)行，考慮施工難度及墻體穩(wěn)定性等因素，建議肋板墻分節(jié)澆筑施工，單節(jié)澆筑高度可控制在3m左右，施工工序可參考下圖：

圖2 施工工序圖

4 效果分析

在錨索肋板墻實(shí)施過程中和實(shí)施完成后對基礎(chǔ)、墻體、路面進(jìn)行了長期的沉降觀測；①根據(jù)錨索肋板墻錨索張拉前后的觀測數(shù)據(jù)分析，在錨索未張拉前墻體沉降較大，在錨索張拉后豎向沉降逐漸減小，大多觀測點(diǎn)在張拉完成1月左右逐漸趨于穩(wěn)定；②根據(jù)墻體和墻后填土的沉降觀測來看，墻后填土沉降略大于墻體沉降量，墻后填土沉降主要與墻后填土填筑質(zhì)量密切相關(guān)，壓實(shí)度高則沉降變形相對較小。

從已完的幾處應(yīng)用中來看，錨索肋板墻與前后段漿砌擋土墻銜接平順，施工相對簡單，支護(hù)效果良好，經(jīng)濟(jì)性較優(yōu)。

圖3 施工完成效果圖

5 結(jié)束語

錨索肋板墻設(shè)計(jì)時(shí)需分別計(jì)算剩余下滑力和巖石（土）壓力，以較大值作為設(shè)計(jì)作用荷載；

錨索在張拉過程中和張拉后可能存在應(yīng)力損失，建議進(jìn)行超張拉和補(bǔ)張拉處理；

錨索肋板墻應(yīng)用在路堤邊坡中時(shí)，因墻后需逐層壓實(shí)回填，故建議錨索肋板墻上下分節(jié)施工，單節(jié)高度3m左右，做好混凝土施工縫處理；

錨索肋板墻應(yīng)用在路堤邊坡中時(shí)，墻后有大量的回填土，受填土材料、工藝等的影響，填土存在沉降問題，建議延緩路面施工，使墻后回填土有充分的自由沉降時(shí)間，之后再進(jìn)行補(bǔ)償張拉鎖定；

本工程4處錨索肋板墻已完工，還有1處正在施工，根據(jù)施工過程及工后監(jiān)測來看，墻體沉降變形、墻體位移均較小，支護(hù)加固效果好，有效的解決高差大、地形陡、土質(zhì)差的路塹和路堤邊坡加固處理問題。