预应力锚索框架在加固路堑挡墙中的应用

| 工程设备与材料 | Engineering Equipment and Materials2017年6月

预应力锚索框架在加固路堑挡墙中的应用

夏金良

（上海铁路设计院有限公司杭州院，浙江󰀃杭州󰀃310006）

摘 要：金千铁路K57+885～K58+080岩石崩塌为发生在不良地质条件下的山体崩塌，是一小型滑移式崩塌。以金千铁路线K58为例，对该崩塌产生的原因进行了细致的分析，提出了锚索框架、坡面防护、疏排地表水等综合治理措施。治理后，路堑边坡变形得到控制，保证了金千铁路新安江南站的顺利开通。关键词：深路堑；岩石崩塌；预应力锚索；框架梁中图分类号：U215.2 󰀃󰀃󰀃󰀃󰀃文献标志码：A󰀃DOI:10.19537/j.cnki.2096-2789.2017.06.060

岩石崩塌是自然发生或者人类行为造成的一种地质灾害现象，它的发生会给人类造成一定程度的破坏。铁路工程在山区修建过程中，常会出现危险铁路施工及运营安全的工程崩塌等地质灾害现象，岩石崩塌及边坡的治理已成影响工程工期、制约路基稳定和运营安全的关键性因素。从1975年预应力锚索技术在我国诞生开始，该技术在加固工程路基边坡稳定中得到了大规模的运用与发展。文章以金千铁路K58岩石崩塌治理工程为实例，通过对该工程岩石崩塌病害的分析及科学合理的计算后，采用锚索框架、坡面防护、放坡卸载等综合治理方案成功治理了该岩石崩塌。

1 工程概况

金千线K57+885～K58+080段位于新建新安江南站千岛湖端咽喉区，区段为深路堑路基边坡，边坡最大高度为24m，岩体主要为中风化砂岩，由下往上第一级边坡采用混凝土挡墙防护，第二级及以上边坡采用挂网喷混防护。2015年7月，在开挖第一级边坡时，在K57+995～JK58+018段西侧边坡，由于岩性发生变化，局部强风化砂岩发生崩塌；2015年9月，东西两侧挡墙上均出现竖向贯穿裂隙，监测发现墙顶局部有少量外移状况。

2 工程地质条件

2.1 地形地貌

场地地貌属丘陵坡地，区内各山脊与沟谷大多与区域构造线相一致，呈北东和北西向展布为主，山体低矮，高程一般在66.75～81.25m，相对高差在20～30m；地形坡度较缓，一般在15～30°，局部地段在30～40°。2.2 地质构造

场地所处地质构造单元隶属扬子准地台（Ⅰ1），钱塘台褶带（Ⅱ2），华埠—新登陷褶带（Ⅲ4），龙源村-陈村隆褶束（Ⅳ5）中部。勘查区无区域性断裂经过，其地质构造形迹以节理裂隙为主。根据野外对节理的测量和统计分析结果，场地内及周边主要测得有两组结构面：①产状275～290°∠55～62°，3～5条/m，延伸长大于3.0m；②产状20～32°∠75～86°，3～4条/m，延伸1.0～2.0m；两组节理裂隙面一般都呈闭合、无填充。局部见泥质填充，及铁锰质氧化物渲染。2.3 地层岩性

（1）素填土：紫红色，松散，干。主要由开山碎石、角砾及粉质粘土组成。该层厚度一般较薄，0.6～1.1m，强度偏低，未完成自重固结。

（2）含角砾粉质粘土：紫红色，硬可塑，干。角砾含量10%左右，砾径0.3～2.0cm，呈棱角状。层厚较薄，0.5～2.0m。

（3）含碎石粉质粘土：紫红色，硬可塑，干。碎石含量10～15%，粒径2.0～10.0cm。层厚较薄，一般0.5～1.50m。

（4）强风化粉砂岩（K1l）：一般呈紫红色、见灰

󰀃󰀃文章编号：2096-2789（2017）06-0130-02 黄色粉砂质夹层，岩石结构大部分破坏，风化裂隙发育，岩体破碎，少量为土夹碎块状，岩体基本质量等级为Ⅴ类。强风化层厚度在0.80～1.70m。

（5）中风化粉砂岩：一般呈紫红色、见灰黄色粉砂质夹层，岩石结构部分破坏，裂隙发育一般，沿裂隙面局部可见铁锰质浸染，岩石呈粉砂结构，中层状构造，岩芯以柱状为主，少量碎块状，岩体完整性较好，属较软岩，该层岩体总体上较破碎～较完整，岩体基本质量等级总体为Ⅳ类。

2.4 气象水文条件

场地位于建德市寿昌境内，属于亚热带湿润型季风气候区，温暖湿润，雨量充沛，四季分明。多年平均降水量1603.8mm，年平均降雨日数（日雨量大于等于0.1mm）为164天。场地及其附近地表水不发育，雨季降水以坡面流为主，区内主要为山塘、山体沟谷季节性溪流等。

3 岩石崩塌的变形特征及性质

K57+855～K58+080山体开挖于2014年9月开始，第一、二层台阶在2014年10月完成，11月底完成第一层网喷施工；2015年6月5日～2015年7月20日，完成第三个台阶开挖，在第三级（路堑挡墙）开挖时，在7月9日出现山体岩石崩塌，崩塌面宽度约20m，崩塌交界面光滑整齐，为既有岩体分层交界面，倾角较大，滑塌处顶端两侧喷混处出现拉伸裂缝，宽度为1～2cm，走向平行于开挖面。通过以上描述，对崩塌的分类界定，K58岩石崩塌为一小型滑移式崩塌。

4 岩石崩塌产生的原因

该段路堑边坡的岩石崩塌原因，主要有以下3个方面：4.1 边坡卸荷严重，造成坡体节裂隙发育

本段路堑开挖深度最大为24m，四级边坡坡率为1:1，三级边坡坡率为1:0.75，二级边坡坡率为1:0.5，一级边坡坡率为1:0.2。其中一级边坡采用0.6m厚混凝土挡墙，二级及以上边坡采用挂网喷混护坡。4.2 岩层倾角较大，造成顺层拉伸

开挖岩体产状为275～290°∠55～62°，而边坡坡向为110°，边坡与地层产状小角度相交，形成顺层坡。同时一级边坡坡率为1:0.2，开挖切断岩层产状，造成坡脚剪应力集中严重，使边坡在地层较陡的岩层倾角情况下，发生顺层滑移，一级边坡坡顶则出现拉应力。4.3 岩体风化程度不一，造成弱质岩体崩塌

路堑山体主体为中等风化粉砂岩，岩体中裂隙较发育，而岩体崩塌处揭露局部岩质为凝灰岩，厚度2.8m左右，裂隙发育，节理面填充矿物质，遇水易风化崩解。

在以上几种因素的共同左右下，导致了金千铁路K58路堑岩石崩塌，坡体挡墙出现裂隙。

5 工程监测

挡墙出现裂缝后，施工单位即对挡墙及坡体进行了位

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移监测，监测内容包括墙顶及坡体平台的沉降和水平位移监测。根据监测资料显示，从9月16日至9月21日，9月19日和9月21日两日监测数据变化较大，水平位移日变化量最大的是W12点，变化值为10.4mm，竖直沉降日变化量最大的是W6-1点，变化值为-4mm，水平位移累计变化量最大的是W12点，累计值为18.1mm，竖直沉降累计变化量最大的是W5和W6-3，累计值为-4mm。

6 崩塌治理工程措施

6.1 预应力锚索加固挡墙的力学机理

由上述岩石崩塌形成机理分析可知，现有挡墙厚度较薄，抗滑移能力及墙体强度不足，为此，应做有针对性的加固措施。预应力锚索采用预加应力技术，施加于挡墙墙面后，将对挡墙产生一个向内的拉力，犹如在靠近挡墙外侧有一个对挡墙向内的推力。但预应力的施加是通过锚头给予挡墙的，存在着不均匀的分布，如果应力过大，将对挡墙产生剪切破坏。为解决这一问题，引入框架梁，形成锚索框架梁这一系统，能使锚固力均匀施加于挡墙，能遏制挡墙的基底滑移和墙面开裂。6.2 坡体卸载

将已开挖的山体坡面采取放坡卸载，维持既有护墙不动，护墙顶设置4.0m平台，护墙以上第一坡面坡率采用1:0.75，第二坡面坡率采用1:1，第三坡面坡率采用1:1.25，中间设置3.0m平台。每个平台上均设置截水沟，截水沟采用矩形水沟，壁厚0.25m，沟深0.3m，采用C20混凝土。坡面及坡顶2.0m范围内采用挂网喷混施工。6.3 挡墙加固

在挡墙外侧增设格栅压梁，竖向压梁截面为0.6m×0.6m，高度为5.61m，其中基础埋深1.0m，水平间距为4.0m；竖梁间设置2道横向压梁，截面为0.4m×0.4m，横向压梁距护墙顶为1.7m，两道横梁间距离为2.1m，竖梁及横梁均采用C35钢筋混凝土。在竖梁上设置三排锚索，连接岩体和竖向压梁，第一排锚索距护墙底0.7m设置，第二排锚索和第三排锚索距第一排锚索距离分别为1.5m和3.0m，锚索水平向间距4.0m，锚索与水平面夹角为20°。锚索长度为9.0m，其中锚固段长4.0m，由3束15.24mm钢绞线组成，设计锚固力为160KN，锚具采用OVM15-5锚具，锚具外侧采用C35混凝土包头。6.4 坡体加固

在挡墙墙以上第一坡面采用锚索加固补强，锚索距护墙顶1.5m设置，梅花形布置，锚孔竖向间距4.0m，水平间距4.0m，锚索与水平面的夹角为20°。锚索长度为

9.0m，其中锚固段长4.0m，采用3束15.24mm钢绞线组成，设计锚固力为100kN，锚具采用OVM15-5锚具，锚具外侧采用C35混凝土包头。坡面采用1.5m×1.5m承压板与锚墩连接，承压板采用C35钢筋混凝土。6.5 治理效果

2015年10月，金千铁路K58岩石崩塌治理开始施工，加固施工遵循自上而下，开挖一级防护一级的整体治理思路。加固施工前，首先进行了坡体卸载和坡体面挂网喷混封闭施工，并完善了截排水系统；其次施工二级坡体的锚索加固补强；最后，施工一级坡的框架梁和预应力锚索。2015年12月上旬该项目施工结束，岩石崩塌治理完成后，山体变形得到有效控制。2016年6月份，新安江南站投入运营，金千铁路K58段投入正常使用。

7 结论

（1）针对金千铁路K58处深路堑岩体崩塌，分析产生崩塌的原因，采取放坡卸荷、锚索框架梁、坡面防护和疏排地表截水等综合措施，路堑岩体变形得到有效控制，岩石崩塌的治理取得了明显效果，保障了金千铁路新安江南站的运营安全。

（2）建德市境内为多山丘陵地区，岩层变化较大，施工过程中易碰到风化多样性岩石，一但开挖裸露后，雨水侵蚀导致风化加剧，岩体强度骤降，岩石沿节理面向凌空面易产生不稳定性崩塌，导致增加工程费用，影响工程工期。因此，工程设计时应加强对工程区域内的勘察作业。

（3）路堑开挖过程中，遇到顺倾岩层边坡和岩层变化时，应引起足够重视。根据边坡地层岩性及结构、地质构造和可能产生的破坏模式及时采取预加固措施。参考文献：

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作者简介：夏金良（1985-），男，工程师，研究方向：铁路工程设计工作。