錨索-鋼花管聯(lián)合處置在邊坡中的應(yīng)用

李 雪 李 剛

（1.廣州市高速公路有限公司，廣東廣州 510200；2.鐵建港航局集團(tuán)勘察設(shè)計(jì)院有限公司，廣東廣州510000）

注漿鋼花管由小直徑鋼管排樁發(fā)展而來，通過潛孔鉆或其他成孔設(shè)備在邊坡上成孔，放入開有小孔的鋼花管，壓入水泥漿，形成鋼管混凝土柱體。注漿過程中水泥漿滲透進(jìn)入巖土體，提高巖土體C、Ф值，改善巖土體的物理力學(xué)性能，提高邊坡抗滑力。注漿后鋼花管永久留在邊坡中，鋼花管與水泥漿形成的鋼管混凝土柱體具有抗彎抗剪能力，提高邊坡穩(wěn)定系數(shù)。在注漿鋼花管施工過程中，除成孔設(shè)備稍復(fù)雜以外其余設(shè)備均較小、較簡單、施工速度快、耗資少，能夠達(dá)到提高邊坡穩(wěn)定性的目的，注漿鋼花管被廣泛應(yīng)用于邊坡加固中。

在實(shí)際工程中，將注漿鋼花管與錨桿錨索相結(jié)合，如深汕高速AK261+900～AK262+054段高邊坡，貴州省晴隆至興義高速公路YK17+504～YK17+670右側(cè)挖方邊坡。本文所述錨索-注漿鋼花管聯(lián)合處置技術(shù)與前述兩邊坡治理技術(shù)的不同，上述兩治理方法沒有將錨索與注漿鋼花管相聯(lián)系。鋼花管頂部無約束，位移較大，抗彎能力受到嚴(yán)重影響。本文將注漿鋼花管與錨索聯(lián)合使用，減小注漿鋼花管頂部的位移，提高其抗彎能力。本文利用Midas計(jì)算廣東省某高速公路互通A匝道路堤邊坡治理方案，闡述錨索-注漿鋼花管聯(lián)合處置技術(shù)在邊坡治理中的應(yīng)用及其設(shè)計(jì)理念、計(jì)算過程。

1 工程概況

廣東省某高速公路互通A匝道AK1+015～AK1+060路基為陡坡填方路基，設(shè)有四級邊坡。前三級邊坡每一級邊坡高約8 m，最后一級邊坡10 m，第一級邊坡坡率1∶1.5，后三級邊坡坡率1∶1.75。

路面施工完成后，路面出現(xiàn)兩條裂縫。裂縫1為弧形縱向裂縫樁號范圍AK1+036～AK1+057，貫穿兩側(cè)路肩，長約21 m、寬約1 cm。路面裂縫2樁號范圍AK1+010～AK1+036，位于距右側(cè)土路肩4.5 m處，裂縫長26 m、最大寬度0.8 cm。邊坡坡面防護(hù)骨架多處損壞，一級平臺排水溝與骨架交接處向外擠出約6～9 cm，二級平臺排水溝與骨架交接處向外擠出約12 cm，三級平臺排水溝與急流槽處向外擠出約16 cm，最后一級邊坡下?lián)跬翂敳肯蛲鈨A斜4 cm。

2 分析計(jì)算

2.1 定性分析

根據(jù)邊坡破壞情況中擋土墻頂部向外傾斜4 cm，可以推斷滑坡剪出位置應(yīng)位于擋土墻頂部以下一定深度，并非從擋土墻頂部剪出。根據(jù)路面裂縫可以清楚判斷滑坡的后緣位于裂縫1處。發(fā)現(xiàn)裂縫后，對裂縫進(jìn)行監(jiān)測，在對裂縫的監(jiān)測中發(fā)現(xiàn)裂縫沒有繼續(xù)發(fā)展的跡象。根據(jù)裂縫監(jiān)測情況可以判斷滑坡目前應(yīng)處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，穩(wěn)定系數(shù)位于1.0～1.05。滑面應(yīng)是在填土與原地面的交界附近，邊坡坡面多處損壞可能是滑體上下位移不一致導(dǎo)致或滑坡存在多個(gè)滑面導(dǎo)致的。

2.2 定量分析

本工程定量分析借助有限元計(jì)算軟件MidasGTSNX。計(jì)算中假定土體為各向同性，是理想的彈塑性土體，本構(gòu)采用摩爾-庫倫準(zhǔn)則。支護(hù)前模型主要由全風(fēng)化砂巖（原邊坡土層）、填土、擋土墻組成，支護(hù)后在支護(hù)前模型中加入鋼花管、錨索。

在發(fā)現(xiàn)該段路面出現(xiàn)裂縫、邊坡骨架損毀、擋土墻向外擠出變形后，對該邊坡進(jìn)行補(bǔ)充勘察。根據(jù)補(bǔ)勘室內(nèi)試驗(yàn)資料，填土黏聚力C=21 kPa，內(nèi)摩擦角Ф=14.441°，重度γ=18.5 kN·m。填土前原邊坡為全風(fēng)化砂巖，黏聚力C=37 kPa，內(nèi)摩擦角Ф=22°，重度γ=20 kN·m。

根據(jù)路面兩條裂縫位置以及裂縫段路基斷面圖，本次計(jì)算斷面選取最危險(xiǎn)的斷面AK0+040斷面，計(jì)算方法采用強(qiáng)度折減法計(jì)算邊坡穩(wěn)定系數(shù)。

填土后支護(hù)前潛在滑移面如圖1所示。

圖1 填土后支護(hù)前潛在滑移面

由圖1可知，滑帶上部分在填土與原邊坡交界面附近，下部分逐漸靠近擋土墻頂部，滑帶最低處在擋土墻頂部以下約2 m處，穩(wěn)定系數(shù)為1.021 1，與定性分析基本一致，模型參數(shù)取值合理。計(jì)算結(jié)果中穩(wěn)定系數(shù)與實(shí)際情況不符，可通過調(diào)整參數(shù)取值，使其符合實(shí)際情況。穩(wěn)定系數(shù)小于1，表示參數(shù)取值低于實(shí)際值，應(yīng)調(diào)大參數(shù)取值[1]。

3 處置方案擬定及計(jì)算

本工程中滑坡推力依靠鋼花管注漿后形成的微型樁與錨索共同承擔(dān)。邊坡范圍內(nèi)土路肩布設(shè)一排鋼花管注漿，第一、三級邊坡平臺布置3排鋼花管。橫縱向間距均為1.0 m，管底進(jìn)入原地面8 m，在第一、三級邊坡平臺鋼花管頂部設(shè)置錨索地梁。

原路基填土密實(shí)度不夠，處置方案中為了減小路面沉降，增加行車舒適度，在路面范圍內(nèi)正三角形布置注漿孔，間距為3 m，用于填充路基填料之間的空隙。路面范圍內(nèi)鋼花管注漿主要是為了填充路基填料之間的空隙，在模型中未考慮路面范圍內(nèi)的鋼花管，可作為安全儲備。鋼花管注漿后提高巖土體的C、Ф值改善巖土體的物理力學(xué)性能，提高邊坡抗滑力。邊坡抗滑力的提高幅度未知，故在模型中未進(jìn)行考慮，將其作為安全儲備。

鋼花管注漿后與混凝土形成一個(gè)直徑為鉆孔直徑大小，里面插有鋼管的混凝土柱體，模型中注漿鋼花管用梁單元進(jìn)行模擬，錨索使用植入式桁架單元模擬。

采用強(qiáng)度折減法計(jì)算施工支護(hù)結(jié)構(gòu)后邊坡潛在滑移面，如圖2所示。

圖2 支護(hù)后邊坡潛在滑移面

由圖2可知，在土路肩、第一、三級邊坡施工鋼花管注漿以及錨索后在鋼管混凝土柱、錨索不失效的情況下，邊坡穩(wěn)定系數(shù)為1.350 4，大于規(guī)范要求的安全系數(shù)1.35，施工支護(hù)結(jié)構(gòu)后無明顯潛在滑移面，說明支護(hù)成功。

4 鋼花管選型

根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50010—2010），沿周邊均勻配置縱向普通鋼筋的圓形截面鋼筋混凝土偏心受壓構(gòu)件。

（1）計(jì)算正截面受彎承載力。

式中：A——圓形截面面積，在本工程中為鉆孔截面面積；As——全部縱向普通鋼筋的截面面積，在本工程中為鋼花管截面面積；fc——漿體彎曲抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，本研究取19.1 MPa；fy——鋼管抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，取310 MPa；r——圓形截面半徑，取75 mm；rs——鋼管截面重心所在圓周半徑，取70 mm；α——受壓區(qū)截面面積的在圓心角（rad）與2π的比值；αt——受拉鋼管截面面積與全部鋼管面積比值。

取軸向力設(shè)計(jì)值N=0，Nei以彎矩設(shè)計(jì)值M代替。

鋼管直徑140 mm、壁厚8 mm，代入公式可得α=0.365 7、αt=0.518 6，鋼花管的受彎承載力Mu=47.20 kN·m，大于最大彎矩46.6 kN·m。

（2）錨索配筋及錨固長度計(jì)算。

根據(jù)《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》（GB 50330—2013）錨桿鋼筋截面面積應(yīng)滿足：

錨桿錨固段長度、錨桿桿體與錨固砂漿間的錨固長度應(yīng)滿足：

式中：Kb、K——錨桿的抗拉安全系數(shù)，根據(jù)規(guī)范進(jìn)行取值；Nak——錨桿軸力，本工程為443 kN；As——鋼筋截面面積；fy——鋼筋抗拉強(qiáng)度，本工程選用直徑15.2 mm、抗拉強(qiáng)度為1 860 MPa的鋼絞線；fbki——錨體與巖土層黏結(jié)強(qiáng)度；fbk——鋼筋與錨體水泥砂漿的黏結(jié)強(qiáng)度。

本工程中錨固體與土層黏結(jié)強(qiáng)度，按照中密碎石土取值為200 kPa，灌漿材料選用M30砂漿，鋼筋與水泥砂漿黏結(jié)強(qiáng)度為2.4 MPa，錨孔直徑150 mm。

經(jīng)過計(jì)算，選用7根15.2 mm、強(qiáng)度1 860 MPa鋼絞線，錨固長度取10 m滿足要求。

5 結(jié)語

該高速通車后運(yùn)行安全，尚未發(fā)生邊坡失穩(wěn)情況，說明邊坡在一、三級邊坡平臺設(shè)置豎向注漿鋼花管以及在鋼花管頂部設(shè)置錨索的處置方案滿足工程需要。邊坡穩(wěn)定系數(shù)大于規(guī)范要求安全系數(shù)1.35，說明該處置方案符合規(guī)范要求。鋼花管與錨索聯(lián)合使用，減小注漿鋼花管頂部的位移，提高其抗彎能力，錨索與鋼花管的聯(lián)合使用效果優(yōu)于單獨(dú)使用鋼花管注漿。