锚碇板在高填方边坡有限空间支护的应用研究

2021-02-01魏海涛穆伟刚

山西建筑 2021年4期

魏海涛穆伟刚陈曦

(中航勘察设计研究院有限公司，北京 100098)

近年来，我国城市建设事业发展迅速，为了节约成本、保护土地资源，建设场地逐渐由平原地区转向山区，但山区地形地质条件复杂，可建设利用的平面空间极为有限，常出现大量的填方边坡。

高填方边坡回填高度、填方量大，采用单纯的悬臂抗滑桩进行支护，由于土压力大、桩身弯矩大、嵌固深度深，导致桩身截面面积大，材料浪费严重。因此锚拉桩支护成为高边坡的一个重要选项。由于普通锚杆(索)在填土中存在施工困难，施工质量不易控制、蠕变和耐久性差的特点，因此可以借鉴铁路支挡工程的做法，在回填土中预埋锚碇板提供抗力，也能有效降低桩身截面面积[1，2]，为此文章整理了锚碇板容许抗拔力的计算方法，并通过数值分析方法研究了锚碇板尺寸、埋置深度与容许抗力的关系及锚碇板周围土体破坏形式，通过理论计算与数值分析相结合的方法完成了东龙门沟河道边坡支护设计。

1 工程概况

门头沟区石泉地块东龙门沟河道治理，与相邻建设场地形成边坡高差近15 m，边坡安全等级为一级，边坡类型为挖方与填方组合形式，支护长度245 m，如图1所示。

1.1 工程地质及水文地质条件

1.1.1工程地质条件

本工程场地范围地层情况如下：1)杂填土①层：杂色，稍湿，松散～稍密，主要以煤矸石、碎砖块和灰渣等为主。2)一般第四纪坡洪积层：碎石②层：中密，一般粒径2 cm～4 cm，最大粒径16 cm，碎石含量约60%～70%，粘性土充填。粘质粉土②1层：可塑～硬塑，含少量碎石、角砾。3)侏罗纪窑坡组：强风化粉砂岩③层，粉砂状结构，泥质胶结，具有水平层理，呈碎屑状或碎块状，裂隙发育。中风化粉砂岩④层，粉砂状结构，泥质胶结，具有水平层理，岩芯较破碎。

1.1.2水文地质条件

场区内沟渠较多，有利于大气降水的排泄，水文地质条件较简单。勘察钻探深度(22 m)范围内未见地下水，根据区域资料，拟建场区的基岩裂隙水位埋深大于50 m。

1.1.3抗震设防烈度及地震影响基本参数

判定拟建场区的抗震设防烈度为8度，设计基本地震加速度值为0.20g。

1.2 边坡支护设计方案

综合考虑东龙门沟边坡现场地形地貌、工程地质条件，已建及拟建构筑物沉降变形要求及数值分析结果，经过方案比选，东龙门沟边坡底部挖方区采用板式桩锚挡墙，上部填方按坡比1∶1.5～1∶2回填，坡面铺六棱砖护面，砖内装种植土绿化，局部填方段锚杆无法施工时，预埋锚碇板，锚碇板埋置深度3 m～4.5 m，拉杆采用无粘结钢绞线，长度12 m，锚碇板与无粘结钢绞线连接采用单孔挤压锚固端固定，经过计算锚碇板容许抗拔力需大于140 kN，整体稳定及变形满足相关规范要求。典型剖面设计方案详见图1。锚碇板尺寸参数需进行专项设计。

2 锚碇板容许抗拔力计算

2.1 锚碇板锚固原理

锚碇板受拉杆牵动向前发生位移时，锚碇板前方土体受压缩，提供抗力维持锚碇板的稳定。

2.2 锚碇板容许抗拔力计算方法

影响锚碇板抗拔力因素主要有锚碇板尺寸、锚碇板埋置深度、填土的力学特性及墙面系的变形情况，目前结合室内试验及现场实际经验，锚碇板抗拔力计算方法有三种[3,4]，具体详见表1。

表1 锚碇板容许抗拔力计算方法

3 锚碇板受力数值分析

为了比对经验计算结果，采用数值分析的方法对不同锚碇板尺寸和埋置深度的影响进行分析。

3.1 模型建立及参数

模拟模型长度30 m，宽度2 m，高度10 m，斜坡自然坡比1∶1.5，斜坡坡高分别为3 m和4 m，斜坡底部土体开挖深度1.5 m，坡底预留1 m宽的平台，模型分析按照锚碇板宽×高×厚=0.5×0.5×0.5，1.0×1.0×0.5，1.5×1.5×0.5三种几何尺寸，埋深3.0 m,3.5 m,4.0 m，4.5 m进行比较。模型共计34 432个单元，网格划分见图2。

由于本工程填料来源为粉质粘土、粘质粉土。计算参数均按照压实粉质粘土、粘质粉土考虑。压实素填土、粘土粉土老土层分别按照粘聚力20 kPa，25 kPa、内摩擦角15°,18°计算。

锚碇板外侧支点采用刚性衬砌单元模拟，锚索采用无粘结钢绞线，全长自由段，锚索端头采用锚索结构单元节点与衬砌(Liner)单元节点刚性连接，锚碇板与锚索为刚性连接。