熊 晋 王建松 聂 彪 丁惠祥

(1.中铁西北科学研究院有限公司，甘肃 兰州 730000； 2.中国铁道科学研究院，北京 100081)

一处运营高危边坡的治理工程实践

熊 晋1王建松1聂 彪1丁惠祥2

(1.中铁西北科学研究院有限公司，甘肃 兰州 730000； 2.中国铁道科学研究院，北京 100081)

以京港澳高速公路粤境某边坡治理工程为例,通过变形监测、表面变形迹象巡查及稳定性计算等方式研究了边坡稳定性状态，综合考虑边坡变形原因、加固效果及其对高速公路运营安全的影响，确定了边坡优选加固方案，并介绍了端头锚固新型预应力锚索技术、抗滑桩竖向预应力加固技术等在边坡加固治理中取得的良好效果，以供类似工程参考借鉴。

岩土工程，边坡，变形机理，工程治理，新技术

1 工程及地质概况

京港澳高速公路粤境某边坡于2001年7月竣工，距今已运营超过13年，该边坡位于车流量大，坡多路陡且交通事故频发的地段。该边坡坡长410 m，最大坡高90 m。边坡共分9级，一级坡为抗滑桩板墙；二级坡采用浆砌片石拱形骨架防护，坡率为1∶1.5；三级坡采用锚固桩板墙防护；四级坡预应力锚索地梁加固，坡率为1∶1；五、六级坡均采用六棱砖植草防护加平台抗滑桩，坡率为1∶1.25；七级～九级坡均采用支撑渗沟拱形骨架植草防护，坡率为1∶1.75。地层岩性自上往下主要分布有第四系人工堆积层、坡残积层及石炭系下统孟公坳组灰岩，局部穿插方解石岩脉。坡体地下水以孔隙潜水及基岩裂隙水为主，受大气降水补给影响。

2 稳定性分析

2.1 边坡存在的变形失稳隐患

2.1.1 变形监测情况

该边坡的变形监测系统于2012年3月底全面建立，深部位移监测和抗滑桩桩顶位移监测结果均表明，边坡南侧150 m左右范围内变形明显，并有不断发展的趋势。深部位移监测:监测断面Ⅰ—Ⅰ中的ZK1-1及ZK1-2监测孔孔口累积位移分别达5.05 cm及14.99 cm，Ⅱ—Ⅱ断面中各监测孔也有所变形。桩顶变形：一级坡南侧各抗滑桩桩顶均有明显位移，桩顶位移最大达6.1 cm，其余桩顶位移1 cm～6 cm不等；三级坡南侧各抗滑桩桩顶位移剧烈，最大位移达31 cm。

2.1.2 坡体表面变形迹象

一级坡：桩板墙与桩身开裂加剧，桩前碎落台隆起变形达10 cm～20 cm，个别抗滑桩路基位置附近桩身混凝土出现深部竖向开裂现象。

三级坡：坡面急流槽及踏步、浆砌片石护面墙、平台以及平台排水沟等开裂变形加剧，尤其是吊沟与平台交接处下错位移较大，位移量约30 cm。桩后土体下错开裂，导致三级平台整体塌陷约30 cm，桩体与桩背土体拉开约14 cm裂缝；桩板墙开裂加剧。

2.2 稳定性计算

2.2.1 计算参数的确定

采用GEO-SLOPE软件，首先根据岩土体试验参数以及经验参数设定滑坡牵引段及阻滑段的滑带抗剪参数，然后反算主滑段的抗剪参数，最后在边坡现场调查评价的基础上判断边坡的稳定性。边坡稳定性反算得到的强度参数见表1。

2.2.2 计算结果

表1 滑坡体岩土的抗剪强度的指标参数表

计算结果显示：浅层滑体稳定性系数K=1.048(见图1)，深层滑体稳定性系数K=1.036(见图2)，该边坡体现状稳定性较差。

2.3 稳定性评价

综合边坡变形情况及稳定性计算可知，受雨季多次强降雨影响，土体含水量急剧增加，土体强度降低，引起下滑力增大，这直接导致作用在边坡第一、第三级的抗滑桩上推力增大。而第一、第三级抗滑桩的锚固段基本处于土层中，桩前土抗力不足，致使桩前土体产生塑性变形，具体表现为桩前土体鼓胀开裂等变形迹象，边坡处于极限平衡高危状态。

3 锚索加固方案选择及稳定性分析

3.1 加固设计思路

边坡的总体加固方案以减少一级抗滑桩的土压力、孔隙水压力和提高抗滑桩抗力为出发点。鉴于边坡目前稳定性较差，需及时加固，因此，加固措施在满足安全要求的基础上尽可能简单易行，缩短工期。采用三级抗滑桩桩顶以上边坡刷方减载能够第一时间减少土压力，同时采用抗滑桩桩体补强及预应力锚索加固措施，使其在锚索张拉后充分发挥主动加固边坡的作用。

3.2 锚索加固方案对比

锚索加固方案一主要考虑对一级坡抗滑桩进行桩体补强，并在一、三级坡抗滑桩桩体上布置2排预应力锚索进行加固。此方案中，一级坡抗滑桩改悬臂桩为预应力锚索桩，充分利用既有抗滑桩，并改善桩体的受力状态，同时在坡脚形成强力支挡结构，支挡效果明显，可靠性高，为最佳锚固方案。方案一典型断面图见图3。

锚索加固方案二取消在一级坡抗滑桩桩体上布置2排预应力锚索进行加固，改为在二级坡面采用预应力锚索承台及十字梁加固，其余工程措施相同。方案二典型断面图见图4。

3.3 方案选取及原因

基于特殊路段的运营安全考虑选取方案二。方案一占道施工，易引发交通事故。方案二主要施工场地移至一级平台以上，不需要在路肩搭设脚手架，避免占道施工。

3.4 边坡加固后稳定性计算

该边坡加固治理后，边坡稳定性有较大程度的提高，具体边坡各阶段稳定性计算结果如表2所示。

表2 边坡各阶段稳定性计算结果

4 新技术的应用介绍

4.1 端头锚固新型预应力锚索结构

4.1.1 结构介绍

端头锚固新型预应力锚索[1]的实质是在常规锚索结构的张拉段上设置自锁器，通过自锁器与锚索之间的锁定作用，将自锁器与孔周岩土层间的粘结强度传递至锚索上，从而提供自锁荷载。其核心结构为自锁器[2]，自锁器结构示意图见图5。在张拉段错开设置反锁钢制承载体，在反锁承载体上预先安装夹片，并采用钢制限位片防止张拉过程中夹片脱落，达到分级张拉、张拉段内部锁定和取消反力结构的目的。另外，为了防止锚固段和自锁段注浆体形成刚性柱，在锚固段和自锁段之间设置弹性隔离体，实现锚固段和自锁段的作用荷载有效传递至孔周地层。端头锚固新型预应力锚索见图6。

4.1.2 结构特点

端头锚固新型预应力锚索能够将锚头集中的力分散到离坡面深度不同的地层中，以解决坡面的应力集中和坡面防护结构工程量大、进度慢的问题，尤其适用于抢险工程。

自锁器对张拉段地层施加主动粘结应力，且作用方向为沿锚索轴向朝向坡体内部，有利于保持该部分岩土体的稳定。

锚固荷载由自锁荷载和反力结构上的剩余荷载共同平衡，即锚固段抵抗能量场=张拉段自锁能量场+附加能量场，能充分提高结构各部分的利用率。

4.1.3 现场应用效果

三级坡抗滑桩桩体锚索加固前，桩顶水平位移达30 cm，在端头锚固新型预应力锚索施工后，桩顶新增水平位移只有4 cm，现场测试表明自锁器明显承担了部分荷载，有利于桩体及边坡的稳定。

4.2 抗滑桩竖向预应力加固技术

4.2.1 结构介绍

抗滑桩竖向预应力加固锚索采用有粘结钢绞线，为拉力集中型锚索。锚固段与张拉段设置止浆袋，锚索编织时应预设四根注浆管，一根对锚固段注浆，一根对锚固段劈裂，一根为锚固段出气孔，一根对张拉段注浆；锚固段注浆，出气孔有新鲜浆液流出；初凝后进行二次高压劈裂注浆；待锚固段M30水泥浆龄期到达后，对锚索进行锁定张拉；利用最后一根注浆管对张拉段注浆。抗滑桩竖向预应力加固技术如图7所示。

4.2.2 结构作用

通过在抗滑桩桩体受拉侧竖向钻孔并植入预应力锚索，以增加桩体的抗拉强度及抗弯强度，同时消除部分弯矩，提高坡体整体稳定性。

由于竖向预应力锚索施工便捷快速，使得处于极限状态的一级坡抗滑桩桩体的强度迅速得到加强，从而提高了边坡整体稳定性，为其他工程措施的实施提供了宝贵时间。

5 结语

1)对于建成通车多年的高速公路，个别较高陡边坡应引起足够重视，通过边坡变形监测、表面变形迹象巡查及稳定性计算等方式对边坡稳定性进行了较全面、准确的评价。

2)基于边坡变形的原因分析可知，加固思路为减少一级抗滑桩的土压力、孔隙水压力和提高抗滑桩抗力。

3)对边坡加固方案进行方案比选时，应综合考虑加固效果及其对高速公路运营安全的影响，加固方案应尽量避免占道施工，降低高速公路运营安全风险。

4)端头锚固新型预应力锚索技术、抗滑桩竖向预应力加固技术在边坡加固治理过程中应用效果良好，可以达到同时节省工期及造价的目的，尤其适用于抢险工程，在今后同类工程中值得推广。

[1] 廖小平，朱本珍，王建松.路堑边坡工程理论与实践[M].北京:中国铁道出版社,2011.

[2] 刘庆元，朱本珍.自锁型预应力锚索的试验研究[J].铁道建筑，2011(7)：91-93.

High hazardous slope processing engineering practice

Xiong Jin1Wang Jiansong1Nie Biao1Ding Huixiang2

(1.ChinaRailwayNorthwestScienceAcademyCo.,Ltd,Lanzhou730000,China; 2.ChinaAcademyofRailwayScience,Beijing100081,China)

Taking slope processing engineering in Guangdong border of Bejing-Hong Kong-Macao highway as an example, the paper studies slope stability of deformation monitoring, surface deformation examination and stability computation, comprehensively considers slope deformation causes, reinforcement effect and its impact upon highway operation safety, determines optimal slope reinforcement scheme, and introduces slope reinforcement effects of new end anchorage prestressed cable technology, anti-sliding vertical prestress reinforcement technology and so on, with a view to provide some guidance for similar engineering.

geotechnical engineering, slope, deformation mechanism, engineering treatment, new technology

2015-01-07

熊 晋(1986- )，男，助理工程师； 王建松(1973- )，男，教授级高级工程师； 聂 彪(1983- )，男，工程师 丁惠祥(1989- )，男，在读硕士

1009-6825(2015)08-0077-03

U416.1

A