錨筋樁及錨桿在既有擋土墻邊坡加固中的綜合應(yīng)用

盧利濤，楊文敬，馮小路

(1.廣西交通設(shè)計集團(tuán)有限公司，廣西 南寧 530029；2.廣西地產(chǎn)集團(tuán)有限公司，廣西 南寧 530029)

0 引言

“放坡+坡腳擋土墻”是公路建設(shè)過程中挖方邊坡常用的防護(hù)形式，該類邊坡滑移往往會引起坡腳處擋土墻的移動或傾覆。針對擋土墻的加固是處理該類邊坡滑移的重點與難點，常用方法一般是放緩邊坡，當(dāng)場地?zé)o法放坡時，則采用錨桿(或錨索)進(jìn)行處治加固[1]。但由于單獨的錨桿(或錨索)加固，受力單一，往往效果不佳或造價較高，對此，采用錨筋樁+錨桿組合的方式加固擋土墻是一個不錯的選擇。此類組合形式是一種新型擋土墻加固形式，既避免了錨桿過密、錨固較深的缺點，又能有效增加擋土墻的抗滑以及抗傾覆能力，其適用性強(qiáng)，實際應(yīng)用效果佳，得以在工程中廣泛應(yīng)用。

1 工程概況

百色市百隆高速公路永樂出口連接線道路改造工程已運(yùn)營通車，其一樁號段右側(cè)挖方邊坡高約30 m，原設(shè)計坡腳采用7～10 m高的重力式擋土墻，由下而上按1∶1.75、1∶2.0、1∶2.0放坡，每級坡高10 m，坡間設(shè)置2 m寬平臺，坡面采用掛網(wǎng)噴錨全封閉防護(hù)。

邊坡巖土體主要由第四系碎石土及滑坡堆積層組成，下伏基巖為三疊系河口組第一段(T2h1)粉砂巖，強(qiáng)-中風(fēng)化，薄層狀構(gòu)造，巖質(zhì)較軟，巖體極破碎，節(jié)理裂隙非常發(fā)育，多夾有泥質(zhì)、炭質(zhì)巖。

該挖方邊坡于2018年12月投入使用，2019年4月遭遇多日連續(xù)暴雨后，邊坡出現(xiàn)滑坡跡象，頂部出現(xiàn)多處拉裂縫，坡面混凝土面出現(xiàn)破損，下部擋土墻出現(xiàn)位移，擋土墻前方排水渠蓋板隆起。通過在擋土墻墻頂設(shè)置多個監(jiān)測點，檢測到其水平位移在不斷發(fā)展擴(kuò)大，且位移速率逐漸加快。

2 滑移原因分析

根據(jù)現(xiàn)場查勘及地層揭露，該山體巖土性質(zhì)較差，邊坡本身穩(wěn)定性一般。下伏基巖為強(qiáng)-中風(fēng)化粉砂巖，巖體極破碎，節(jié)理裂隙非常發(fā)育，且裂隙中多夾有泥質(zhì)、炭質(zhì)，遇水軟化。該巖土層在邊坡開挖過程中受到較大擾動，邊坡坡面在施工過程中就出現(xiàn)過不同程度的裂縫。

遭遇連續(xù)降雨后，坡頂多處出現(xiàn)裂縫，且有積水，邊坡封閉混凝土面因土體滑移而出現(xiàn)破損，露出內(nèi)部土體，土體多呈松散狀，較潮濕；下部擋土墻也出現(xiàn)明顯位移和錯位。

初步分析認(rèn)為，雖然邊坡坡面已經(jīng)封閉，但部分排水措施尚未完成，雨水從坡頂處滲入邊坡土體，加重滑體重度，并軟化滑帶土，使滑帶土成為飽水狀態(tài)；滑床為不透水層，在界面附近形成徑流，容重增大，c、φ值降低，使得上部堆積土體易在該接觸面產(chǎn)生滑動；滑體傳至擋土墻墻背的下滑推力的水平分力大于或等于擋土墻提供的抗滑力，導(dǎo)致?lián)跬翂Ξa(chǎn)生位移。

綜上，該滑坡屬推移式滑坡，主因是雨水滲入邊坡土體，使邊坡巖土參數(shù)產(chǎn)生變化，導(dǎo)致下滑推力增大，進(jìn)而致使邊坡及下部擋土墻出現(xiàn)滑移。

3 加固方案及設(shè)計

重力式擋土墻主要是依靠其自身重力產(chǎn)生的抗滑力來抵擋上部邊坡傳遞下來的滑動力，當(dāng)滑動力大于或等于抗滑力時，擋土墻就會產(chǎn)生失穩(wěn)及滑動位移。加固重力式擋土墻的主要本質(zhì)為增加抗滑力或減少滑動力。

重力式擋土墻常用加固措施為錨固法。錨固法適用于有錨固條件的邊坡，在其整體穩(wěn)定性和支護(hù)結(jié)構(gòu)抗滑移、抗傾覆、支護(hù)結(jié)構(gòu)及構(gòu)件承載力等不滿足要求時進(jìn)行加固[2]?？紤]到現(xiàn)場墻背巖土體多以中風(fēng)化粉砂巖為主，能夠為錨桿提供較好的錨固力，決定采用錨固法對該擋土墻進(jìn)行加固。

錨筋樁相對較少用于既有擋土墻加固。其加固原理為假設(shè)單根錨筋樁破壞面是一個以樁底中心點為錐頂、錐角45°的“倒錐表面”，破壞面以上的錐體有效自重與錨筋樁的上拔力維持靜力平衡[3]。錨筋樁多以群樁的形式進(jìn)行加固。本項目擋土墻墻背回填材料為無砂混凝土，通過在擋土墻后側(cè)設(shè)置數(shù)排錨筋樁，并將所有錨筋樁通過鋼筋連接成一個整體框架結(jié)構(gòu)。該框架結(jié)構(gòu)將擋土墻墻背回填的無砂混凝土與下部穩(wěn)定巖土層緊密連接，兩者形成一個有效整體，相當(dāng)于再增設(shè)了一道新的鋼筋混凝土擋土墻，減小了上部邊坡傳遞至重力式擋土墻的滑動力。

錨桿與錨筋樁兩者共同作用，有機(jī)結(jié)合，能夠有效地增強(qiáng)邊坡的穩(wěn)定性，減小擋土墻的滑動位移。如圖1所示。

圖1 既有擋土墻邊坡加固方案設(shè)計圖

3.1 錨桿加固措施

在現(xiàn)狀擋土墻墻身上，自下而上設(shè)置三排錨桿，錨桿長6～12 m，水平間距為1.5～2.0 m，垂直間距為2～2.5 m，錨桿向下傾角為25°，最下排錨桿錨頭設(shè)置在路面以上1.0 m高度。錨桿穿越擋土墻墻身及墻背的無砂混凝土進(jìn)入穩(wěn)定巖土層中，把擋土墻與后部巖土體連接起來，將擋土墻“拉”住，防止擋土墻進(jìn)一步位移。在實際施工中應(yīng)注意錨桿與錨筋樁需錯位布置，防止交叉相碰，影響加固效果。

3.2 錨筋樁加固措施

原擋土墻施工時在擋墻頂部后側(cè)預(yù)留有寬約2.5～4 m的平臺，且墻背后主要回填材料為無砂混凝土。本次邊坡加固工程中以錨筋樁形成樁群加固，加固錨筋樁設(shè)置在該平臺上。樁位按橫向孔間距1.0～1.5 m、縱向孔間距1.5 m，呈品字形橫向布置3排錨筋樁。結(jié)合擋土墻位移監(jiān)測結(jié)果及推測滑坡面位置，錨筋樁樁長分為18 m、24 m兩種類型，兩種樁長的錨筋樁均穿越滑動面進(jìn)入下方穩(wěn)定巖層，其中滑坡軸線及附近采用24 m樁長，其他兩側(cè)采用18 m樁長。如圖2所示。

圖2 錨筋樁平面布置圖(mm)

如圖3所示，單個錨筋樁采用5根φ28 mm主鋼筋通過φ16 mm鋼筋焊接在一起，焊接筋每段長300 mm，焊接間隔為2 000 mm。錨筋樁頂部框架采用φ36 mm縱向鋼筋、φ18 mm橫向鋼筋焊接，整個錨筋樁平臺采用C30現(xiàn)澆混凝土封閉。

圖3 錨筋樁構(gòu)造示意圖

4 巖土參數(shù)反演推算及邊坡穩(wěn)定分析

4.1 巖土參數(shù)反演推算

參考地勘提供的力學(xué)參數(shù)，考慮山體滑動的實際邊界條件及已施工的工程措施等環(huán)境因素，該滑坡主要滑動面可能位于碎石土與強(qiáng)風(fēng)化粉砂巖接觸面附近。以該推論為基礎(chǔ)，運(yùn)用已知安全系數(shù)求解c、φ值的計算模式，采用反演法推算滑坡體、滑坡面抗剪參數(shù)。

本文采用理正巖土計算軟件的邊坡穩(wěn)定計算模塊，對暴雨工況進(jìn)行參數(shù)反演計算。因現(xiàn)狀邊坡已出現(xiàn)滑動跡象，假定邊坡穩(wěn)定性系數(shù)K≤1.0，以c、φ值其中的一個參數(shù)建議值(如碎石土采用c=0 kPa)為基準(zhǔn)，根據(jù)以往經(jīng)驗不斷迭代另外一個參數(shù)，采取窮舉法選出在該邊坡穩(wěn)定性系數(shù)下較為合理的參數(shù)[4]。之后根據(jù)工況設(shè)定多個不同的K值，得出不同邊坡穩(wěn)定性系數(shù)下的c、φ值，經(jīng)多次反算后選出一組較為貼合實際的c、φ值。地勘資料提供邊坡各巖土層物理力學(xué)參數(shù)建議值與反演法推算出的參數(shù)見表1。

表1 邊坡各巖土層物理力學(xué)推算參數(shù)表

4.2 邊坡穩(wěn)定性計算

結(jié)合工程區(qū)域的地質(zhì)情況及當(dāng)?shù)刈匀画h(huán)境等資料，考慮三種計算工況(天然工況、暴雨工況及地震工況)：天然工況主要是考慮邊坡土體自重因素；暴雨工況主要考慮邊坡土體自重及在暴雨作用下邊坡土體參數(shù)和水壓力等因素；地震工況主要考慮邊坡土體自重及地震作用等因素。

利用理正巖土軟件，選取多個剖面，采用折線滑動法計算其穩(wěn)定性系數(shù)。各剖面各工況穩(wěn)定性計算結(jié)果見表2。

表2 各剖面穩(wěn)定性系數(shù)計算結(jié)果表

由表2可知，該邊坡工程安全等級為一級，天然工況屬于持久工況，暴雨工況屬于短暫工況，地震工況屬于偶然工況，對比規(guī)范相對應(yīng)工況的穩(wěn)定安全系數(shù)限值，剖面7-7′及8-8′在天然工況下屬于欠穩(wěn)定狀態(tài)，在暴雨工況下屬于不穩(wěn)定狀態(tài)，在地震工況下屬于穩(wěn)定狀態(tài)。

5 注意事項

(1)市場上采用的錨桿設(shè)計過于固定，與具體地質(zhì)條件不相適應(yīng)。錨桿長度只有6 m、9 m或12 m幾種，缺乏針對性。桿長應(yīng)充分考慮邊坡可能的破壞形式、滑面深度、下滑力大小而綜合確定。桿長應(yīng)是可變的，如在6～12 m按具體條件取值。

(2)錨桿與錨筋樁間距固定，與實際地質(zhì)條件適應(yīng)性差。設(shè)計時應(yīng)規(guī)定其間距有一個可變的范圍，并提出其網(wǎng)度選擇的原則，視實際地質(zhì)條件指定各坡段采用的網(wǎng)度。

(3)設(shè)計斷面上錨長組合缺乏針對性。如碎石土或砂土可能的破壞形式為平面破壞，布置形式總體應(yīng)為上長下短；黏性土破壞形式為圓弧剪切破壞，布置形式總體應(yīng)為中部長、上下短。

(4)錨筋樁與錨桿主筋直徑固定，不合理。主筋大小應(yīng)與設(shè)計抗拔力直接相關(guān)，應(yīng)有一個可變范圍，以免造成浪費或達(dá)不到設(shè)計受力要求。

6 結(jié)語

(1)經(jīng)以上加固方案工程處治后，該路段已通車運(yùn)營兩年多，經(jīng)歷了兩個雨季考驗。監(jiān)測資料顯示，并未發(fā)現(xiàn)擋土墻明顯變形，邊坡穩(wěn)定，處治效果良好。

(2)在錨桿的設(shè)置上，將部分坡體滑移推力傳入深部穩(wěn)定巖土層，加強(qiáng)了邊坡抗滑能力，有效降低了擋土墻的抗滑及抗傾覆的負(fù)擔(dān)，對擋土墻和邊坡的加固效果良好[5]。

(3)在錨筋樁的設(shè)置上，通過深部穩(wěn)定巖土層錨固力替代部分重力，有效加強(qiáng)了擋土墻的抗滑及抗傾覆作用，同時減少了擋土墻對地基承載能力的要求。

(4)在擋土墻基礎(chǔ)中布置錨筋樁，避免了常規(guī)加固方案的基坑開挖，施工簡便快捷，場地適應(yīng)性強(qiáng)，非常適用于維修加固施工場地狹窄的路段。該方法對道路交通及邊坡影響較小，為既有擋土墻加固提供了一個新的思路。