受限用地高邊坡肋板錨索擋墻設(shè)計(jì)與施工技術(shù)研究

周聰

（中鐵十一局集團(tuán)第六工程有限公司，湖北襄陽 441003）

1 引言

在城市軌道交通場(chǎng)段建設(shè)中，受限用地高邊坡的支護(hù)非常重要，能否選擇合理可靠的支護(hù)方案和施工方法，將直接影響工程建設(shè)的質(zhì)量、安全和效益[1-2]。本文介紹的某工程受限用地高邊坡肋板錨索擋墻設(shè)計(jì)與施工技術(shù)，具有一定的代表性，可供同類工程參考借鑒。

2 地質(zhì)情況

該工程基巖以花崗斑巖巖株及粗?；◢弾r為主，煌斑巖呈脈狀穿插其間，局部發(fā)育構(gòu)造破碎帶。沿線基巖以粗粒花崗巖為主，并見有后期侵入的煌斑巖、花崗斑巖巖脈；局部由于受構(gòu)造影響見有塊狀碎裂巖。

根據(jù)邊坡坡面出露情況，該巖體完整性指數(shù)Kv一般小于0.2，該層巖體為破碎~極破碎的軟巖，巖體基本質(zhì)量等級(jí)Ⅴ級(jí)。

3 受限用地高邊坡支擋設(shè)計(jì)及分析

3.1 設(shè)計(jì)方案

靠山一側(cè)為挖方高邊坡，為了減少開挖量，節(jié)約用地，采用1∶0.25的板肋式錨索擋土墻。設(shè)計(jì)參數(shù)：內(nèi)摩擦角φ=42°~55°，土體重度γ=23~25 kN/m3，巖石與錨固體黏結(jié)強(qiáng)度τ=220~500 kPa。

3.2 結(jié)構(gòu)驗(yàn)算

3.2.1 側(cè)向土壓力計(jì)算

1）變形破壞模式

挖方邊坡高度為20~45 m的花崗巖巖質(zhì)邊坡，局部有碎裂巖，邊坡開挖后可能發(fā)生沿巖層中產(chǎn)生滑裂面破壞。內(nèi)摩擦角采用巖體等效內(nèi)摩擦角，破裂角根據(jù)計(jì)算確定。

2）邊坡側(cè)向支護(hù)結(jié)構(gòu)側(cè)向巖土壓力計(jì)算

平面滑裂時(shí)主動(dòng)土壓力計(jì)算：

式（1）~式（5）中，Eak為主動(dòng)土壓力標(biāo)準(zhǔn)值，kN/m；Ka為主動(dòng)土壓力系數(shù)；H為擋墻高度，m；γ為土體重度，kN/m3；φ為土的內(nèi)摩擦角，（°）；c為土的黏聚力，kPa；q為地表均布荷載標(biāo)準(zhǔn)值，kPa；δ為土對(duì)擋墻墻背的摩擦角，（°）；α為支擋結(jié)構(gòu)墻背與水平面的夾角，（°）；β為填土表面與水平面的夾角，（°），Kq和η為計(jì)算系數(shù)，由式（4）和（5）求得。

3）計(jì)算參數(shù)

邊坡支護(hù)工程設(shè)計(jì)參數(shù)依據(jù)勘察報(bào)告選取。

4）側(cè)向巖土壓力計(jì)算結(jié)果

代表斷面為GK0+520，一、二級(jí)邊坡坡率1∶0.25，每級(jí)15 m；三級(jí)及以上邊坡每級(jí)10~15 m，邊坡坡率1∶1，墻后填土土層數(shù)為2層。采用庫侖土壓力對(duì)代表斷面巖土側(cè)壓力進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如下。

（1）GK0+520斷面上階邊坡

1#土層厚度9.0 m，重度23.0 kN/m3，內(nèi)摩擦角42.0°，黏聚力0 kPa。

2#土層厚度50.0 m，重度25.0 kN/m3，內(nèi)摩擦角48.0°，黏聚力0 kPa。

坡面線段數(shù)：3。

1#平面折線水平投影長(zhǎng)4.25 m，豎直投影長(zhǎng)0 m，換算土柱數(shù)0。

2#平面折線水平投影長(zhǎng)10.00 m，豎直投影長(zhǎng)10.00 m，換算土柱數(shù)0。

3#平面折線水平投影長(zhǎng)60.00 m，豎直投影長(zhǎng)16.00 m，換算土柱數(shù)0。

無荷載的情況土壓力計(jì)算，計(jì)算高度為15.00 m處的庫侖主動(dòng)土壓力，第1破裂角：25.451°。

Ea=330.211 kN，Ex=305.537 kN，Ey=125.244 kN，作用點(diǎn)高度Zy=5.332 m。

式中，Ea為水平巖土壓力合力，kN；Ex為水平方向巖土壓力，kN；Ey為豎直方向巖土壓力，kN。

（2）GK0+520斷面下階邊坡

1#土層厚度9.0 m，重度23.0 kN/m3，內(nèi)摩擦角45.0°，黏聚力0 kPa。

2#土層厚度50.0 m，重度25.0 kN/m3，內(nèi)摩擦角55.0°，黏聚力0 kPa。

坡面線段數(shù)：5。

1#平面折線水平投影長(zhǎng)5.25 m，豎直投影長(zhǎng)0 m，換算土柱數(shù)0。

2#平面折線水平投影長(zhǎng)3.75 m，豎直投影長(zhǎng)15.00 m，換算土柱數(shù)0。

3#平面折線水平投影長(zhǎng)2.00 m，豎直投影長(zhǎng)0 m，換算土柱數(shù)0。

4#平面折線水平投影長(zhǎng)10.00 m，豎直投影長(zhǎng)10.00 m，換算土柱數(shù)0。

5#平面折線水平投影長(zhǎng)30.00 m，豎直投影長(zhǎng)8.00 m，換算土柱數(shù)0。

無荷載情況的土壓力計(jì)算，計(jì)算高度為15.00 m處的庫侖主動(dòng)土壓力，第1破裂角：21.422°。

Ea=599.889 kN，Ex=546.787 kN，Ey=246.762 kN，作用點(diǎn)高度Zy=7.046 m。

5）錨索擋土墻側(cè)向土壓力修正及分布

（1）土壓力修正

式中，E′ab為側(cè)向巖土壓力合力水平分力修正值，kN；Eah為側(cè)向主動(dòng)巖土壓力合力水平分力設(shè)計(jì)值，kN；β2為錨索擋墻側(cè)向巖土壓力修正系數(shù)，取1.0。

（2）側(cè)壓力分布

對(duì)于巖質(zhì)邊坡堅(jiān)硬、硬塑狀黏土和密實(shí)、中密砂土類邊坡，當(dāng)采用逆作法施工的、柔性結(jié)構(gòu)的多層錨索擋墻時(shí)，側(cè)壓力分布可近似按式（7）計(jì)算：

式中，ehk為側(cè)向巖土壓力水平分力標(biāo)準(zhǔn)值，kN/m2；Ehk為側(cè)向巖土壓力合力水平分力標(biāo)準(zhǔn)值，kN/m。

3.2.2 彎剪力計(jì)算

根據(jù)最不利巖土側(cè)壓力組合，求得巖土側(cè)壓力合力，再乘以側(cè)向巖土壓力修正系數(shù)，得到側(cè)向巖土壓力修正值。采用連續(xù)梁計(jì)算得錨索的約束力的水平拉力標(biāo)準(zhǔn)值Htk。GK0+520斷面錨索計(jì)算結(jié)果單根錨索水平拉力標(biāo)準(zhǔn)值分別為：上階265.6 kN，下階473.2 kN，彎矩和剪力如圖1、圖2所示。

圖1 彎矩圖（單位：kN·m）

圖2 剪力圖（單位：kN）

根據(jù)邊坡高度、荷載值，參考GB 50330—2013《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》[3]附錄D錨桿選型規(guī)定，確定本工程錨索的技術(shù)參數(shù)。

二級(jí)至一級(jí)邊坡的單孔需承受的拉拔力為216~474 kN，采用極限抗拉強(qiáng)度不小于1 860 MPa、伸長(zhǎng)率≤3.5%的高強(qiáng)度、低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線，每孔錨索均用5束7φ15.2 mm鋼絞線，錨固深度控制在13~15 m，具體使用要求參考GB/T 5224—2014《預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絞線》[4]的規(guī)定。

4 受限用地高邊坡支擋施工技術(shù)

4.1 施工工藝流程和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)邊坡結(jié)構(gòu)受力計(jì)算結(jié)果，為實(shí)現(xiàn)節(jié)約工期與保護(hù)用地的目標(biāo)，針對(duì)關(guān)鍵施工工序提出了分級(jí)方案如下：（1）坡面、坡度控制：破碎錘修鑿和光面爆破加機(jī)械修鑿；（2）造孔方式：固定式和自行式；（3）錨固段注漿：水泥類注漿材料和水泥加膨脹劑類材料。

通過對(duì)分級(jí)方案進(jìn)行試驗(yàn)比選，采用光面爆破開挖機(jī)械修整、自行式履帶鉆機(jī)造孔、水泥加膨脹劑類材料注漿的“板肋式錨索擋土墻”可用于本工程。

4.2 施工要求和技術(shù)條件

4.2.1 施工要求

在邊坡開挖前做好坡頂截水溝和防滲工作，并將表土植被清理干凈。石方爆破應(yīng)以靜態(tài)爆破或靜態(tài)破碎為主。在接近設(shè)計(jì)坡面1 m范圍以內(nèi)采用人工配合機(jī)械開挖，以保護(hù)邊坡穩(wěn)定和整齊。

4.2.2 技術(shù)條件

邊坡施工原則：“分級(jí)開挖，分級(jí)防護(hù)”，自上而下，開挖一級(jí)，支護(hù)一級(jí)，逐級(jí)開挖支護(hù)，嚴(yán)禁先開挖后防護(hù)。施工開挖過程中隨時(shí)對(duì)邊坡（滑坡）穩(wěn)定性進(jìn)行施工監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)實(shí)際地質(zhì)情況有異常變化時(shí)，立即通報(bào)有關(guān)部門。

4.3 施工質(zhì)量控制要點(diǎn)

4.3.1 坡面控制

（1）按照施工方案，對(duì)技術(shù)人員和施工作業(yè)人員進(jìn)行技術(shù)交底，明確施工作業(yè)參數(shù)。（2）實(shí)施過程中，進(jìn)行過程管控。先用GPS確定邊線。（3）自上而下，分級(jí)開挖支護(hù)。采用預(yù)裂爆破結(jié)合城鎮(zhèn)淺孔光面控制爆破。（4）爆破后在渣土清運(yùn)前，利用平臺(tái)面，安排反鏟挖機(jī)迅速修正坡面，鑿溝挖槽。

4.3.2 鉆孔深度和傾角控制

1）孔徑150 mm，孔深為錨索長(zhǎng)度（不含外露長(zhǎng)度）+0.5 m，鉆孔方向與水平面呈20°夾角，傾斜度不應(yīng)大于2%[5]。

2）鉆孔施工完成后進(jìn)行清孔，清除孔底沉渣、積水和泥漿，并將錨孔口封堵。

4.3.3 錨索束編制

原材料送檢合格后使用，錨索按每級(jí)坡要求的長(zhǎng)度下料及編索：（1）每孔錨索5束7φ15.2 mm鋼絞線，錨索長(zhǎng)10~13 m，自由段5 m（每束套φ22 mm塑料管），錨固段5~7 m，外露1.5 m；（2）控制下料長(zhǎng)度及每2 m安裝一套擴(kuò)張環(huán)。

4.3.4 錨固段注漿控制

錨固注漿屬于高邊坡支護(hù)工程的特殊工序的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，需專人旁站。

（1）購(gòu)買合格材料；（2）下索后立即采用孔底注漿法對(duì)錨固段注漿，注漿材料采用M35水泥砂漿，摻入適量的膨脹劑和減水劑；（3）4~6 h（強(qiáng)度約5 MPa）進(jìn)行自由端二次劈裂補(bǔ)漿，注漿壓力0.6~0.8 MPa，流速控制在120~180 s；（4）注漿過程中嚴(yán)格控制注漿量，并做好注漿記錄。

5 結(jié)語

綜上所述，采用錨索肋板墻施工技術(shù)在保障工程質(zhì)量和安全的前提下可以節(jié)約用地，減少取土、棄土，利于環(huán)保，縮短工期及降低投資。本項(xiàng)目減少用地2 000 m2，節(jié)省工期2個(gè)月，使施工成本顯著降低。通過工程實(shí)踐，為地鐵車輛段板肋式錨索擋土墻施工技術(shù)的完善及推廣運(yùn)用提供借鑒。