陳沂 盧偉 楊仙 張鼎

摘要：文章以懷芷高速公路朱溪互通巖質(zhì)高邊坡二次開挖工程為例，通過對該巖質(zhì)高邊坡樁板墻中的抗滑樁鋼筋應(yīng)力進(jìn)行施工期和工后的長期監(jiān)測，對樁體的內(nèi)力進(jìn)行了深入分析。結(jié)果表明：鋼筋計(jì)應(yīng)力在施工期受施工工況的影響變化較大，工后一段時(shí)間內(nèi)也存在較大變化，工后約三個(gè)月后監(jiān)測值趨于平穩(wěn)，說明經(jīng)過工后一段時(shí)間的應(yīng)力調(diào)整后，樁板墻和內(nèi)部巖體之間的相互作用也趨于平穩(wěn);鋼筋計(jì)整體應(yīng)力水平較低，說明坡體在施工期及工后均處于安全穩(wěn)定狀態(tài)。

關(guān)鍵詞：巖質(zhì)高邊坡;二次開挖;樁板墻;抗滑樁;鋼筋應(yīng)力監(jiān)測

中圖分類號：U416.1+4文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.13282/j. cnki. wccst. 2019.12.006

文章編號：1673 - 4874（2019）12 - 0019 - 03

0 引言

隨著現(xiàn)代社會的發(fā)展，人們對于交通出行的要求也越來越高，而某些老舊高速公路仍是雙向四車道，完全無法滿足未來高速公路的出行要求，因此需要對原道路進(jìn)行拓寬。目前對于高速公路拓寬的研究多是聚焦于路基拼接以及路基差異沉降等方面[1 -2]，而對拓寬過程中邊坡二次開挖方面的研究相對較少。本次道路拓寬工程中巖質(zhì)高邊坡的二次開挖采取了樁板墻進(jìn)行支護(hù)。作為一種由抗滑樁演變而來的新型支擋結(jié)構(gòu)，樁板墻的設(shè)計(jì)計(jì)算理論目前還不夠完善，各行業(yè)規(guī)范推薦的設(shè)計(jì)計(jì)算方法也有所區(qū)別：《鐵路路基支擋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（TB10025/J127 - 2006）中提出的樁板墻的計(jì)算方法與抗滑樁計(jì)算方法一致，都是采用地基系數(shù)法[3];《公路擋土墻設(shè)計(jì)與施工技術(shù)細(xì)則》中視樁體為固結(jié)在錨固段內(nèi)的懸臂構(gòu)件，利用錨固段內(nèi)的巖土側(cè)向抗壓強(qiáng)度和樁的埋深抵抗上半段的水平力和彎矩[4];《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》 （GB50330 - 2013）對樁板墻的設(shè)計(jì)采用的是靜力平衡法或等值梁法[5]。對樁板墻中的抗滑樁應(yīng)力進(jìn)行監(jiān)測分析，能夠明確樁板墻中抗滑樁的應(yīng)力狀態(tài)，有利于樁板墻的設(shè)計(jì)計(jì)算理論的改進(jìn)與完善[6-7]。懷芷高速公路朱溪互通與包茂高速相接段拓寬切方工程中，新設(shè)置的巖質(zhì)高邊坡采用樁板墻體系進(jìn)行支擋。本文針對樁板墻體系中的抗滑樁進(jìn)行了施工期和工后長期監(jiān)測，對樁體的受力變化特征進(jìn)行了深入分析，對同類工程樁板墻體系中的抗滑樁檢測設(shè)計(jì)和施工具有一定的參考價(jià)值。

1 工程概況

湖南省懷化至芷江高速公路在JHK91+780～JHK92+040路段新建朱溪互通，其中JHK91+780～JHK91 +880段老路右側(cè)需向外拓寬2～3 m。該邊坡坡面相對平整，實(shí)測坡比為1：0.7～1.1，高度為13～39 m，長約210 m，主要由強(qiáng)一中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖組成，巖層產(chǎn)狀傾向和線路走向呈小角度相交，原支護(hù)形式為4mx4m點(diǎn)錨支護(hù)，錨桿長度為12 m。

為此，通過在一級邊坡處設(shè)置樁板墻，開挖墻前土石方實(shí)現(xiàn)舊路拓寬。在邊坡設(shè)置21根樁，樁長16 m，墻高8m，樁身尺寸為1.5mx2.Om。二級以上邊坡基本維持原狀，可減少開挖土石方量，同時(shí)又保證邊坡的穩(wěn)定性，降低施工風(fēng)險(xiǎn)。樁板墻完成且土方挖出后，需要對原有錨桿坡面補(bǔ)充人字形骨架錨桿。

工程地質(zhì)平面圖見圖1。

圖2為本次樁板墻施工流程：圖（a）表示原始邊坡;圖（b）表示施工過程中施工平臺的搭建和對樁體的開挖;圖（c）表示施工過程中下放鋼筋籠并進(jìn)行混凝土的澆筑，形成抗滑樁;圖（d）表示施工過程中對樁前土體的開挖;圖（e）表示施工過程中對墻體進(jìn)行澆筑，形成樁板墻。

2 樁板墻體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及抗滑樁監(jiān)測設(shè)計(jì)

抗滑樁主筋采用42根φ32 mm的螺紋鋼筋，箍筋采用16 mm的鋼筋，間距為200 mm，樁底部以上2.4 m箍筋加密間距為100 mm（如圖3所示）。

選取16#樁進(jìn)行抗滑樁受力監(jiān)測。分別在抗滑樁受拉一側(cè)和受壓一側(cè)布置鋼筋應(yīng)力計(jì)，選取兩側(cè)最中間的一根鋼筋，確保第一根鋼筋應(yīng)力計(jì)距離樁頂有2m的距離，然后每隔2～3 m焊接一個(gè)鋼筋計(jì)，每側(cè)安裝5個(gè)，共10個(gè)鋼筋計(jì)。鋼筋計(jì)布置如圖4所示。鋼筋籠埋設(shè)后從混凝土初凝開始，在施工全過程以及完工后定期監(jiān)測鋼筋應(yīng)力狀態(tài)。通過鋼筋應(yīng)力狀態(tài)，分析其變形狀態(tài)，從而間接分析施工期間及工后邊坡坡體內(nèi)部應(yīng)力狀態(tài)的變化。

監(jiān)測使用儀器為JMZX - 425HAT智能弦式鋼筋應(yīng)力計(jì)。其量程為±200 MPa、- 40℃～90℃，精度為0.1% FS 0.5℃，材料為合金鋼。

3 監(jiān)測結(jié)果與分析

施工期監(jiān)測頻率為1次/d，施工后的監(jiān)測頻率為1次/月，對該工程中抗滑樁應(yīng)力進(jìn)行了為期1年的監(jiān)測。選取施工期中特殊時(shí)間節(jié)點(diǎn)的監(jiān)測數(shù)據(jù)以及施工后每月一次的監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行抗滑樁受力特征分析。在混凝土灌注完畢后，理論受拉側(cè)（靠山側(cè)）和受壓側(cè)（靠路側(cè)）均體現(xiàn)出壓應(yīng)力。分析其原因，主要是灌注完畢后，混凝土產(chǎn)生收縮，導(dǎo)致鋼筋產(chǎn)生壓應(yīng)力。為了降低因混凝土收縮造成的影響，選取混凝土終凝完畢后的應(yīng)力作為初始值，對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到16#樁鋼筋應(yīng)力監(jiān)測數(shù)據(jù)曲線（見圖5～6）。

監(jiān)測結(jié)果分析如下：

（1）施工期間，樁前土體開挖完畢后，靠山一側(cè)的鋼筋計(jì)主要體現(xiàn)出拉應(yīng)力，拉應(yīng)力最大點(diǎn)出現(xiàn)在樁頂以下10 m的位置;靠路一側(cè)的鋼筋計(jì)上部體現(xiàn)出拉應(yīng)力，中下部體現(xiàn)出壓應(yīng)力，最大拉應(yīng)力出現(xiàn)在樁頂以下4m的位置，最大壓應(yīng)力出現(xiàn)在樁頂以下7m的位置。監(jiān)測結(jié)果并未如抗滑樁理論分析中體現(xiàn)出明顯的受拉受壓側(cè)，特別是受壓側(cè)，壓應(yīng)力表現(xiàn)并不突出。分析其原因，主要是樁前土體開挖完畢后，理論上樁體會承受來自樁后巖質(zhì)邊坡的側(cè)向應(yīng)力，而實(shí)際上樁體一巖質(zhì)邊坡形成了一個(gè)整體應(yīng)力體系，開挖后，樁體一邊坡體系中的應(yīng)力重新分布。樁體靠山一側(cè)與坡體直接接觸，在短時(shí)間內(nèi)即體現(xiàn)出較明顯的受拉狀態(tài)，而靠路一側(cè)的樁體并未即時(shí)體現(xiàn)出明顯的受壓狀態(tài)。

（2）樁前土體開挖后進(jìn)行樁前擋土板施工。樁前墻體設(shè)置完畢后，靠山一側(cè)的最大壓應(yīng)力減小，靠路一側(cè)的最大拉應(yīng)力和最大壓應(yīng)力也均呈減小的趨勢。說明樁前擋土板的設(shè)置對于樁體受力有一定的影響，擋土板能夠分擔(dān)一定的邊坡側(cè)向壓力，對抗滑樁體系的穩(wěn)定性起到有利作用。

（3）施工后監(jiān)測結(jié)果初期變化較大，三個(gè)月后，監(jiān)測結(jié)果趨于穩(wěn)定狀態(tài)。說明樁板墻一巖質(zhì)邊坡體系應(yīng)力調(diào)整也趨于穩(wěn)定。在穩(wěn)定狀態(tài)下，靠山一側(cè)主要體現(xiàn)出拉應(yīng)力，最大拉應(yīng)力出現(xiàn)在樁頂以下10 m的位置;靠路一側(cè)主要體現(xiàn)出壓應(yīng)力，最大壓應(yīng)力出現(xiàn)在樁頂以下7m的位置。樁體表現(xiàn)出明顯的受拉受壓側(cè)，與傳統(tǒng)抗滑樁設(shè)計(jì)理論相吻合，說明樁板墻的設(shè)計(jì)計(jì)算可以沿用抗滑樁設(shè)計(jì)計(jì)算理論。

（4）在監(jiān)測過程中，鋼筋計(jì)應(yīng)力總體水平較低，最大拉應(yīng)力達(dá)到31.4 MPa，最大壓應(yīng)力達(dá)到21.6 MPa，而鋼筋的設(shè)計(jì)拉壓應(yīng)力值為335 MPa。由此可知，本工程中抗滑樁安全儲備高，坡體在施工期及監(jiān)測期均能保持良好的穩(wěn)定狀態(tài)。本工程中地層主要為泥質(zhì)粉砂巖，該類巖體的特點(diǎn)是，風(fēng)化程度較弱時(shí)，抗剪強(qiáng)度較大。但其抗風(fēng)化能力差，風(fēng)化后抗剪強(qiáng)度會明顯降低，因此提高設(shè)計(jì)安全儲備是很有必要的。而在本工程中，因?yàn)殚_挖面設(shè)置了擋土墻體，對泥質(zhì)粉砂巖開挖面形成了封閉，坡體上部也設(shè)置了良好的截排水體系，保證了泥質(zhì)粉砂巖的抗風(fēng)化能力。因此巖體本身的抗剪強(qiáng)度得到了保護(hù)，自穩(wěn)能力強(qiáng)，樁板墻體系受到的應(yīng)力較小。

4 結(jié)語

通過巖質(zhì)高邊坡二次開挖樁板墻支護(hù)體系的施工，對抗滑樁鋼筋應(yīng)力在施工期及工后監(jiān)測的結(jié)果進(jìn)行分析，得出了如下結(jié)論：

（1）樁板墻中擋土板的設(shè)置能為抗滑樁分擔(dān)一定的應(yīng)力，因此擋土板的作用不僅僅是支擋樁間土體，也能為支擋結(jié)構(gòu)體系提供一定的安全儲備。

（2）樁板墻一巖質(zhì)邊坡作為一個(gè)整體，在樁前土體開挖后，會有一個(gè)應(yīng)力重分布的過程。工后一段時(shí)間內(nèi)應(yīng)力監(jiān)測結(jié)果存在較大變化，工后約三個(gè)月后監(jiān)測值趨于平穩(wěn)。

（3）穩(wěn)定后樁體應(yīng)力體現(xiàn)出較明顯的受拉和受壓側(cè)，與抗滑樁計(jì)算理論相符，說明樁板墻的設(shè)計(jì)計(jì)算可以沿用抗滑樁理論。

（4）鋼筋計(jì)整體應(yīng)力水平較低，說明坡體在施工期及工后均處于安全穩(wěn)定狀態(tài)。

參考文獻(xiàn)

[1]傅珍.高速公路拓寬工程路基差異沉降及控制技術(shù)研究[D].西安：長安大學(xué)，2007.

[2]高翔.高速公路新老路基相互作用分析與處理技術(shù)研究[D].南京：東南大學(xué)，2006.

[3]TB10025/J127- 2006，鐵路路基支擋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[4]中交第二公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司.公路擋土墻設(shè)計(jì)與施工技術(shù)細(xì)則[M].北京：人民交通出版社，2008.

[5]GB50330 - 2013，建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范[S].

[6]魏愷泓.黃土高填方邊坡變形及監(jiān)測研究[D].成都：成都理工大學(xué)，2015.

[7]張力.高速鐵路陡坡地基路堤樁板墻受力特性監(jiān)測分析[D].成都：西南交通大學(xué)，2014.

作者簡介：陳沂（1994-），助理工程師，研究方向：巖土工程;

盧偉（1994-）.碩士研究生，研究方向：地質(zhì)工程;

楊仙（1982-），博士，研究方向：地質(zhì)災(zāi)害;

張鼎（1996-），碩士研究生，研究方向：巖土工程。