錨桿掛網(wǎng)在黑山南北高速公路復(fù)理石邊坡防護中的應(yīng)用

周家文，余建榮

(中交第一公路勘察設(shè)計研究院有限公司，陜西 西安 710075)

國內(nèi)路基邊坡除坡率較緩，可以直接采用植草防護外，其它邊坡多采用混凝土骨架防護，防護使用效果較好。但是對于環(huán)保景觀要求較高的國家，規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)不允許將大量混凝土應(yīng)用于路基邊坡防護中。但作為公路建設(shè)項目，征地費用較高，為了減少占地，邊坡不可能無條件放緩到穩(wěn)定狀態(tài)，因而防護措施不可或缺。作為混凝土骨架防護的替代措施，在黑山南北高速項目路基邊坡防護中大量采用了錨桿+掛網(wǎng)的防護形式，該種防護措可以極大減少圬工使用量，經(jīng)后期噴薄植草后景觀綠化效果較好，環(huán)境效益較高。鄭三省，張自康，易亞平等研究了錨桿掛網(wǎng)噴混凝土、錨桿掛網(wǎng)噴播植草在邊坡防護中的應(yīng)用[2-4]，羅雪貴，武富強，楊嘉凱等研究了預(yù)應(yīng)力錨索+系統(tǒng)掛網(wǎng)錨桿在人工高邊坡支護中的應(yīng)用[5]。結(jié)合黑山南北高速在建項目分析錨桿掛網(wǎng)的防護效果及施工過程中應(yīng)注意的問題。

1 工程概況

黑山南北高速公路是中國—中東歐合作的具體實踐，是“一帶一路”倡議落地的重要項目，其中Smokovac-Matesevo段先行實施，路線長度約41 km。黑山南北高速公路Smokovac-Matesevo段共分為4個標(biāo)段，一二標(biāo)為灰?guī)r區(qū)，三四標(biāo)為復(fù)理石地層，巖性主要為砂泥巖互層、泥灰?guī)r等，以某一段復(fù)理石邊坡的防護為例進行闡述。

黑山南北高速公路RK29+630～RK29+695段右幅右側(cè)為兩級路塹邊坡，邊坡上部為殘積覆蓋層，厚度約2 m，其下為砂巖，頁巖互層。第一級邊坡坡率3∶2(6 m)，第二級坡率1∶1，一坡到頂。均采用錨桿+掛網(wǎng)防護，錨桿6 m長SN25錨桿，2×2梅花形布置，錨桿設(shè)計指標(biāo)規(guī)格見表1、表2，掛網(wǎng)為雙層鍍鋅網(wǎng)，第一層為八邊形鋼絲網(wǎng)(80 mm×100 mm，鋼絲直徑3 mm)，第二層為正方形鋼絲繩(200 mm×200 mm，鋼絲繩直徑8 mm)。

表1 SN25錨桿規(guī)格

表2 錨桿設(shè)計指標(biāo)

2 穩(wěn)定性分析

采用PLAXIS軟件進行計算分析，PLAXIS軟件是一個專門用于各種巖土工程問題中變形和穩(wěn)定性分析的二維有限元計算程序?？梢杂迷撥浖治鲞吰路蛛A段開挖的邊坡穩(wěn)定性，其是基于巖土參數(shù)的折減直到邊坡土體發(fā)生破壞。安全系數(shù)定義為巖土的強度參數(shù)值與達(dá)到極限狀態(tài)時強度參數(shù)值的比值，計算如下

為簡化分析，以下計算均是在施加暴雨及地震荷載之后進行的，暴雨工況下P(殘積覆蓋層)，F(xiàn)(泥灰土、粘土石)層巖土參數(shù)內(nèi)摩擦角和粘聚力均按正常工況下80%考慮。正常工況下各層巖土參數(shù)值見表3，計算地質(zhì)斷面圖如圖1所示。

表3 巖土參數(shù)值

2.1 開挖階段一的邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)

第一級邊坡開挖后未施加任何防護時安全系數(shù)及總位移云圖如圖1所示，安全系數(shù)為1.105，小于歐標(biāo)要求的暴雨地震工況下安全系數(shù)大于1.15的要求，因而需要對邊坡采取防護措施，從位移云圖可以看出第一級邊坡開挖后最危險區(qū)域為坡頂位置。

圖1 第一級邊坡開挖安全系數(shù)及位移云圖(未施加防護)

對第一級邊坡施加錨桿+掛網(wǎng)防護后，安全系數(shù)及總位移云圖如圖2所示，安全系數(shù)為1.731，滿足歐標(biāo)要求的暴雨地震工況下安全系數(shù)大于1.15的要求，安全系數(shù)較未施加防護時提高56.7%。從位移云圖可以看出施加防護后邊坡最危險區(qū)域仍為坡頂，但邊坡滑裂面明顯下移，可見錨桿對邊坡穩(wěn)定起到了顯著的作用。

圖2 第一級邊坡開挖安全系數(shù)及位移云圖(施加錨桿掛網(wǎng)防護)

2.2 開挖階段二的邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)

第二級邊坡開挖后，僅對上級邊坡施加錨桿防護，下面一級邊坡未施加任何防護時安全系數(shù)及總位移云圖如圖3所示，安全系數(shù)為1.211，從位移云圖可以看出兩級邊坡開挖后僅對上級邊坡施加錨桿防護，邊坡最危險滑裂面會通過下級邊坡坡面。

圖3 第二級邊坡開挖安全系數(shù)及位移云圖(未施加防護)

第二級邊坡開挖后，對兩級邊坡均施加錨桿防護，安全系數(shù)及總位移云圖如圖4所示，安全系數(shù)為1.347，較下級邊坡未施加防護時提高11.2%，從位移云圖可以看出兩級邊坡均施加錨桿掛網(wǎng)防護后，邊坡最危險滑裂面向土體內(nèi)部移動。

圖4 第二級邊坡開挖安全系數(shù)及位移云圖(施加錨桿掛網(wǎng)防護)

通過PLAXIS建模分析結(jié)果可知，用錨桿+掛網(wǎng)作為邊坡防護措施提高邊坡的穩(wěn)定性是有效的，可以作為路塹邊坡防護措施使用。

3 施工工藝及質(zhì)量控制要點

正式施工前，為了獲得足夠的強度和施工和易性，現(xiàn)場需要進行試驗確定水泥砂漿的最佳配合比。水泥砂漿注漿強度要求：3 d強度，8 MPa；28 d強度，20 MPa。

取全部錨桿數(shù)量的5%進行抗拔測試，錨桿系統(tǒng)抗拔測試需要使用ISRM認(rèn)可的方法，確保錨桿體系的抗拔強度大于設(shè)計抗拉強度。

根據(jù)設(shè)計的錨桿長度進行鉆孔，孔徑比錨桿直徑大10 mm，鉆孔深度、位置偏差滿足規(guī)范EN 1537：2013要求，實際鉆孔深度比設(shè)計孔深大0.2 m，孔位誤差不得超過±7.5 cm，軸線偏差不超過2°[6]。

鉆孔結(jié)束后用空氣壓縮機清除鉆孔內(nèi)沉淀物、殘渣。然后用注漿管從鉆孔底部向上注滿水泥砂漿，在鉆孔注漿過程中注漿管應(yīng)保持埋入砂漿中以排出鉆孔內(nèi)空氣。

注漿結(jié)束后立即將SN25錨桿插入鉆孔內(nèi)。

鍍鋅鋼絲網(wǎng)鋪設(shè)與固定：注漿結(jié)束7 d后在坡面上鋪上鋼絲網(wǎng)，鋼絲網(wǎng)緊貼坡面，邊坡頂部用Φ14鋼釬固定鐵絲網(wǎng)，底部懸掛混凝土圓柱塊作為壓重固定鋼絲網(wǎng)。坡面上利用錨桿墊板和螺栓將鋼絲網(wǎng)與錨桿連成一體共同受力。

4 問題分析

(1)錨桿掛網(wǎng)施工后未及時跟進植草綠化，由于邊坡多為復(fù)理石地層，結(jié)構(gòu)裂隙發(fā)育，在風(fēng)化作用和降雨作用下，容易發(fā)生掉塊、碎落現(xiàn)象，造成局部區(qū)域錨桿與邊坡脫空，出現(xiàn)淺表層不穩(wěn)定的問題，造成防護網(wǎng)無法與邊坡表面很好耦合，長期效應(yīng)下，防護網(wǎng)會出現(xiàn)大肚鼓包現(xiàn)象，錨桿錨頭會出現(xiàn)脫空現(xiàn)象，失去了應(yīng)有的防護效能。

(2)錨桿掛網(wǎng)防護在邊坡防護施工過程中常見的另外一種問題是局部楔形體下滑。該兩處邊坡最下面一級邊坡均設(shè)計為重力式擋墻，上面邊坡均為錨桿掛網(wǎng)防護，發(fā)生楔形體下滑主要原因為邊坡開挖后長時間放置，沒有及時施做重力式擋墻，邊坡局部楔形體區(qū)域下部失去支撐，進而造成下滑。

針對以上問題可通過如下措施解決：(1)施加錨桿掛網(wǎng)防護后及時進行植草綠化，嚴(yán)格控施工工序，避免復(fù)理石邊坡長時間暴露；(2)選用空隙更小的防護網(wǎng)；(3)下級邊坡開挖后避免長時間放置，及時施做下級邊坡防護。

5 結(jié) 語

通過PLAXIS軟件分析錨桿掛網(wǎng)防護前后邊坡的穩(wěn)定性可知，將錨桿掛網(wǎng)用于復(fù)理石地區(qū)路塹邊坡防護是可行的，整體穩(wěn)定性沒有問題。但施工過程中如果工序控制不當(dāng)，可能會造成邊坡局部區(qū)域錨桿與邊坡脫空，防護效果減弱，或者局部楔形體下滑的現(xiàn)象，為了更好地發(fā)揮錨桿掛網(wǎng)的防護優(yōu)勢，需要從施工工序上進行嚴(yán)格控制，合理安排施工作業(yè)。