高陡顺层边坡预应力锚索加固应用.pdf

科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald科技创新导报2022 NO.30 Science and Technology Innovation Herald土 木 与 建 筑 工 程高陡顺层边坡预应力锚索加固应用胡建东 马海亮 程培川（中交三公局第一工程有限公司 北京 100012）摘要：高陡边坡施工过程中往往会导致边坡失稳造成滑坡等灾害，对于高陡顺层边坡的加固处理，近年来已得到很大的技术突破，本文依托于巴马凭祥公路巴马至田东段边坡工程，为确保边坡工程的顺利施工，采用预应力锚索钢轨桩处置挖方岩质滑坡病害，分析锚索钢轨桩的应用机理，并针对相关施工技术问题提出解决方案，经检验该方案达到了施工目的，能为相关技术人员提供案例参考。关键词：边坡工程 预应力锚索 钢轨桩 施工工艺中图分类号：U416.14文献标识码：A文章编号：1674-098X(2022)10(c)-0161-04Application of Prestressed Anchor Cable Reinforcement for High Steep Bedding SlopeHU Jiandong MA Hailiang CHENG Peichuan(The First Engineering Co.,Ltd.of China Communications Third Public Bureau,Beijing,100012 China)Abstract:The construction of high steep slopes often leads to slope instability,causing landslide and other disasters.In recent years,there has been a great technological breakthrough in the reinforcement of high steep bedding slopes.This paper relies on the Bama-Tiandong Section Slope Project of Bama-Pingxiang Highway.In order to ensure the smooth construction of the slope project,prestressed anchor cable rail piles are used to deal with the excavation rock landslide disease,the application mechanism of anchor cable rail piles is analyzed,and solutions are proposed for related construction technical problems.After testing,this scheme has achieved the construction purpose,it can provide case reference for relevant technicians.Key Words:Slope engineering;Prestressed anchor cable;Rail pile;Construction technology1 工程概况1.1 边坡概况本项目巴马凭祥公路巴马至田东段工程，主线深路堑以碎屑岩（砂岩）边坡为主，共有深路堑23处边坡。坡面走向与岩层走向相近，边坡开挖角度大于岩层倾角（顺层坡），本地区地理位置属于丘陵地区特点是多低山，地形起伏普遍较大，自然边坡坡度大概在21。边坡表层主要是第四系粉质黏土，包含碎石，厚度0.50.8m，基岩主要是三叠系中统百逢组，岩性是黄色砂岩占据主要，薄-中厚的层状基本构造，强中风化，岩块硬、脆，岩体相对破碎，强风化层厚约611m，岩层产状为55/NW45。此类边坡易发生沿层面的顺层滑动。结合YK8+110YK8+380段碎屑岩边坡滑坡，考虑降雨条件下钢轨桩的方案治理，详细介绍钢轨桩的施工工艺及流程1。1.2 病害及变更情况边坡开挖时处于到五级边坡的中下位置时，五级边坡突然出现坍塌和裂纹，使原设计的五级平台边坡从2m至6m，五级平台边坡的坡度是1 1。二级至五级边坡的锚杆长度从原来设计的8m增加到11.5m，而六DOI：10.16660/ki.1674-098X.2201-5640-7515作者简介：胡建东（1977），男，本科，工程师，研究方向为隧道、边坡方向。马海亮（1977），男，本科，工程师，研究方向为隧道、边坡方向。程培川（1987），男，本科，工程师，研究方向为隧道、边坡方向。161科技创新导报Science and Technology Innovation Herald2022 NO.30 科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald土 木 与 建 筑 工 程级边坡的锚杆长度从绿化防护的8m增加到10m。6个月后，当边坡开挖位置达到三级边坡时，这时在路堑上中部出现裂缝，随即在四级边坡中出现了裂缝，甚至在五级和五级边坡出现裂缝。六级边坡为坡顶停止滑动，加固方式采用两排锚固墩固定，四级、五级、六级边坡采用锚索框架加固，三级、四级边坡加设有倾斜排水孔。在安装过程中，当边坡开挖到一级边坡的中部时，斜坡顶部有许多裂缝。锚固墩加固前面的局部破坏。四级、五级、六级边坡裂缝，有的边坡在46个边坡锚杆、锚索框架有上下断层，锚头脱落等损坏情况，平台上面的截断流水沟槽产生较大的变形甚至破裂2。边坡应力状态已产生较大蠕动变化状态，经过测量人员检测，边坡体已经发展成平均厚度大概15m，厚度最大处达到29m，总体积大概16万m，属于中型滑坡。1.3 应急处理方案为了防止边坡在治理之前产生二次破坏，施工现场对边坡进行临时加固措施。按照规范要求，在边坡坡脚设置高压力反力架防止应力集中变形，在各级边坡平台上进行注浆锚杆桩的方式加固，在二级边坡两侧及时密封出水并覆盖裂缝。应急措施实施后，边坡经过观察得到处于稳定状态，但仍存在滑坡危险，需要下一步施工前进一步加固3。1.4 边坡防护要注意的问题边坡破坏主要是由雨水冲刷引起的。坡面侵蚀主要是大气降雨雨水直接冲刷坡面，汇水径流冲刷坡面，使路基边坡沿水流方向形成沟槽，最终导致破面坍塌，威胁人们行车安全。边坡破坏还与路基的灌浆特性、路基填充高度和路基的压实度有关。一般来讲，砂质路基边坡容易受到土壤的侵蚀和粘性土边坡的影响。高路基边坡比低路基边坡更易发生滑坡事故。密实度较好的边坡比密实度较差的边坡更加耐腐蚀，土壤侵蚀破坏通常发生在相对缓慢的边坡上，如砂坡、黄土坡等。在日降水和大气风化作用下，沿坡面形成了多条河道。随着冬季降雪，导致坡脚变得软弱湿滑，路基强度大幅度降低，上部土体也因此失去受力位置，最终损坏。因此，路基土坡脚是边坡最薄弱的部分。1.5 预应力锚索原理预应力锚索通过锚索将力传递给压梁，并将其锚固在边坡深部的稳定岩体上，然后通过压梁，使抗滑强度增加，边坡稳定性发展受到限制，从而提高了边坡的稳定性。斜坡、锚索孔内的高压注浆使注浆体填满了锚索孔周围边坡的裂缝，从而提高了边坡的整体稳定性。框架梁节点通过锚杆将锚固力传递给框架梁，锚固力作用于深部岩体边坡稳定体，再通过框架梁将边坡稳定体连接成一体，增加了抗滑强度，降低了边坡体的发展稳定性，从而提高了边坡体的稳定性。1.6 锚固技术在岩体锚固施工中，在塑性变形阶段加快岩体的速度，可以更加合理的发挥锚固技术的实际效益。合理而明确地约束岩体框架结构的顺利施工，更好地确保其对岩体内部形成整体而有效的约束。为了实现岩体的内力和势能的共享，有必要利用预应力锚杆和锚索节点的应力来测量边坡岩体的自重应力和外荷载。充分利用预应力锚索和锚杆，可以提高岩体的刚度，有效地避免安全事故的发生。值得注意的是当岩体发生破裂时，锚杆与预应力锚索之间的作用发生了直观的分担，但不同类型的预应力锚索和预应力锚索的出现也会导致岩体发生破裂。只有水泥材料。本实用新型可用于提高岩石的耐久性，大大降低断裂概率，从而避免大量的安全事故。为了更好地保护表土的稳定性和表土的强度，在施工过程中通常可以在表层边坡中锚固处适当配置加筋网。在最后达到约束坡面这个最佳目的，一定要完善水流对坡面整个表层岩土体的冲刷。2 高边坡病害成因分析2.1 地质作用该边坡结构复杂，地质条件复杂。坡折带为花岗岩侵入接触带，暴露出粒岩和5条普通断裂，裂隙发育，节理裂隙发育，断裂带强度较低。风化作用导致岩层在边坡上部显现出来，残积土覆盖在边坡表面，岩体变得松散、水性强、强度低。边坡通过陡坡结构面暴露，导致边坡失稳，同时也导致地表水明显渗漏，是边坡失稳的主要原因。由于边坡后缘集水区往往高度十分陡峭，再加上雨季不断持续强降雨，导致地表水持续汇聚到一起，大量的雨水通过边坡的断层地带和裂隙渗入边坡，除此之外，边坡强度的大幅度降低和滑动面受力参数的不间断变小也是引起滑坡地质灾害的重要因素之一4。2.2 水文特征大气降水对于地下水来说是主要补给来源，这个供给关系受多方面因素影响。其中，地层的岩性状况、地质层积聚构造特点有很大的影响，将本地区地下水按照一定要求分成为松散岩类孔隙水、碳酸盐类岩溶水和碎屑岩类基岩裂隙水三大类。（1）松散岩类孔隙水。在本地区中储备相对较少，储存的位置多接近地表，气温过高容易挥发，本地区常162科技创新导报Science and Technology Innovation Herald科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald2022 NO.30 土 木 与 建 筑 工 程年降水和气温相对较高，导致水量是不太充分的，地处丘陵地区也受到大陆性气候影响。但是，工程中此类地下水是需要及时处理的，不然很容易影响边坡、路基等工程的施工，工程中常采用水泵抽排的方式加以处理。（2）碳酸盐类岩溶水。其主要储存于三叠系、砾状灰岩、第三系灰岩中。线路边坡范围内没有发现大规模岩溶发育产生，岩溶现象一般为地表小型溶沟、溶槽，岩溶较不发育。（3）碎屑岩类基岩裂隙水。其主要储存于三叠系、第三系砂岩等各种岩层基岩中，本类地下水深处地下，是地下河补给的主要方式之一，但是对于地下岩体的强度会导致其降低，围岩等级也会受到一定的冲击。工程施工过程中对路基边坡工程会产生不可避免的影响，边坡工程中通常采用防治加引排的方式治理。2.3 工程活动因素工程活动对于施工产生的影响是巨大的，在边坡开挖施工过程中容易迫使边坡临时应力进行调整，边坡稳定性再一次失去平衡，对于施工过程中边坡开挖后支护设计不到位或者不及时很可能导致一系列的滑坡；一、二级岩质边坡在开挖过程中采用爆破施工方法导致裂隙张拉力学指标持续下降，爆破破坏岩体完整性，使原本的岩层结构变得松散，极易导致滑坡的产生。人工边坡的形成其主要原因是天然边坡在自然条件下的发展，人为的作用导致天然边坡的自然应力状态以及地下水的渗流状态加以改变。边坡内部不间断的长期积聚应力，内部存在的自然应力不断调整，由于软弱岩层其本身强度不足，所以相对而言调整速度是比较快的，施工过程中因为这种情况经常发生变形。高强度的硬岩也是在持续缓慢调整，通常时间在2年左右达到稳定变形。只有当人工坡度的变化不大时，才能保持边坡的稳定，否则就会发生失稳，甚至出现天然边坡的破坏。2.4 自然条件因素自然条件差异很大，边坡设计也变得非常复杂，每个高边坡工作场所都需要进行独立的分析计算，必须考虑日照、降雨、冲刷、渗透、风化和地震。2.5 不科学的设计施工天然陡坡应作为勘察设计工作的重点，由于工作量大、工期短、勘察基础资料不足、设计依据不足边坡形状设计值不符合现场岩土条件，使开挖边坡不断向山逼近，形成高边坡。没有采用科学的施工工程方法也是边坡失稳滑坡等灾害产生的重要原因，再例如雨季进行边坡开挖，未及时保护边坡，导致大量雨水渗入施工边坡。3 滑动面分析与治理3.1 参数反算及下滑力滑动面是控制断裂带的主要构造面，其倾角呈NNE向，倾角约为51，与小倾角边坡相交。通过5次平台斜孔的实测数据表明，上切裂纹的位置和接触角约为50。在实际测量过程中，各位移点均出现断层破碎带，在边坡坡脚处可看到部分节理面。滑面后坡位于被测裂隙顶部，后缘产生的滑面角为51，前缘产生的滑面角约为1116。考虑边坡在蠕变状态下的病害情况，假定边坡的总体安全系数为0.95，重新计算了边坡的滑动面参数。考虑到边坡富水性，重力滑动结果如下：滑动面后缘粘聚力C=11kPa，内摩擦角=22，主滑动面粘聚力C=11kPa，内摩擦角=23。根据路基设计规范中安全系数的计算，主滑段的抗滑强度约为2900kN/m5。3.2 病害治理思路及方案比选治理该病害的关键是加固现有的滑动面（断层破碎带），因为边坡的主滑段强度较大，主滑段角度较大传统的锚索框架梁采用锚索加固，锚索体剪切力或附加应力较大，加固效果不够好。通过规划设计，边坡高度将大大增加，土地征用问题难以解决。但是，传统的抗滑桩施工周期长，施工难度大，在坚硬富水岩质边坡上爆破或人工挖孔的危险性大，给边坡的安全稳定带来很大的危害。通过各方面的比较和选择，确定了钢轨桩桩基的加固方案。为了改善钢轨桩的受力结构，提高钢轨桩的加固效果，采用钢筋混凝土梁夹连接钢轨桩，在钢轨桩，使预应力锚索与钢轨桩群共同工作。当滑坡体发生明显变形时，桩体后部的锚索及时被滑坡体的滑移拉力牵引，增大的预应力同时将增大的预应力传递给抗滑桩采用锚索抗滑结构，使锚索抗滑桩共同承受滑坡的滑动力，从而提高抗滑能力，从钢轨桩上滑下6。4 加固措施及加固效果4.1 加固措施在第二、三平台上分别设置有3排铁路桩和2排钢轨桩，钢轨桩长25m、30m，水平距离2m，纵向距离1m，钻孔直径300mm。钢筋60km，桩顶用混凝土网梁连接。桩顶30cm的格构梁通过锚索与坡顶横截面连接7。一级边坡采用锚网梁锚固长度11m预应力锚索框架梁用于二级边坡防护，锚索长度为40m。在原有锚索框架的基础上，增设了三级、四级、五级斜拉桥。在二级坡脚处设置排水孔，排水孔间距（下转第168页）163科技创新导报Science and Technology Innovation Herald2022 NO.30 科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald土 木 与 建 筑 工 程10 结语本文结合南疆克州G219线公路项目，从工程地质、湿陷性黄土分布到新老公路拼接路基段设计、施工一一进行了阐述，目前该工程项目已完工，实际施工过程中收效颇丰，锻炼了一支具备丰富施工经验的公路路基作业队50人，培养了一批公路工程专业知识强的施工技术、现场管理人才10人；科研方面硕果累累，在2021年112月，完成一项名为“恶劣环境下新老公路衔接段湿陷性黄土路基施工技术研究”的科研项目。新老公路衔接段湿陷性黄土路基的地基处理提供了一种高效、便捷、低成本的施工方法，该项目的全面推广将为湿陷性黄土路基施工项目带来巨大的工期效益，并降低施工成本。参考文献1 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