改扩建项目既有高边坡加固设计案例思考-新心得

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上一期介绍了既有高边坡加固的设计案例，收到了大家的广泛回馈，尤其感谢聂总的指导，让我对广东锚固加固思路有了进一步的理解，同时又把聂总之前的论文下载后进行研读（我把论文名字放上，大家可以下载学习），对其他同仁提出的建议进行了系统梳理，我自己思考后对加固设计计算报告模板及设计方案进行了进一步的优化改善，一个项目的高边坡情况多种多样，因此锚固加固光采用一种或两种方案肯定会以偏概全，修改后重新介绍上一次的高边坡加固设计，再一次感谢大家对博强的指导与关注！

之前的排水说明模板下载地址如下：

通过网盘分享的文件：K1994+674-K1994+834段右侧高边坡排水水文与水力验算.docx

链接: https://pan.baidu.com/s/1C7PH9A4ZjbAu1wgA9FfOPA 提取码: qjxb

--来自百度网盘超级会员v5的分享

高边坡说明前面与上一期一致不再赘述：

（1）高边坡现状特点分析

本段路线推荐方案为保留该段高边坡，对左侧路基进行拼宽，目前该高边坡处于基本稳定～稳定状态，拟对此边坡进行现状稳定性分析以确定加固设计方案。

本高边坡目前的主要特点如下：

①高边坡坡体整体稳定性较好，之前未发现病害历史，这说明原高边坡防护方案与设计坡率合理，根据该高边坡岩土体组成，上部为块石土，下部为中风化灰岩，潜在滑动面为土岩接触面，竣工图设计中也是根据土岩接触面确定锚索长度，原设计合理；

②根据锚索检测结果，地层的锚固能力均满足设计要求，这说明锚固段置于稳定地层中，锚固条件较好，分析锚索预应力损失主要有以下几点：

I：锚头夹具产生的预应力损失。由于工程竣工时间较早，锚具为常规锚具，普遍存在较严重的钢绞线回缩问题；

II.混凝土收缩及蠕变产生的预应力损失。锚索的锚头端固定在地梁上，混凝土本身具有收缩蠕变性质，受到较大压力后会产生一定量的压缩变形引起的预应力损失；

III：降雨。应力集中区域主要集中于靠近自由段的锚固段和锚头以下的坡体表层区，降雨对预应力的影响主要体现在降雨时雨水沿裂隙进入坡体，导致坡体的抗剪强度降低，孔隙水压力增加，坡体稳定性下降，产生微量位移导致预应力被动增加，雨后随着水排出被动增加的预应力逐渐消散；

③预应力损失或应力超限情况应进行具体情况分析确定加固方案:

I.对预应力损失严重但锚固段条件较好且满足设计要求的锚索进行应力补偿张拉，使其达到原设计加固效果；

II.对补偿后稳定性未满足设计要求的，可补增预应力锚索，锚索间距需满足岩土锚杆(索)技术规程》的要求，应力锚索要有一定的间距。如果最小间距满足不了《岩土锚杆(索)技术规程》的要求,要沿预应力锚索伸入方向与原预应力锚索的锚固段错开；

III.对补偿后稳定性仍未满足设计要求的，在其他未设置锚索的坡级设置锚索框架梁，遵循强腰固脚理念，以保证边坡稳定系数满足设计要求。

④根据以上的预应力损失分析，可从以下几方面进行优化：

I.材料选型。锚索材料选用目前广东省广泛推广的带螺纹可调式的低回缩锚具；

II.尽量采用格构梁。对于上部破碎的台阶坡体，采用格构锚固提高承压梁与坡面接触面积，整体刚度增大，以减少局部压缩徐变；

III.采用压力分散型锚索。使锚固段剪应力更均匀，改变锚固区域的应力集中，并采用二次注浆；

IV.合理设置锚索间距及超张拉。在结构强度许可的情况下，采用超张拉方法，超张拉预应力为设计值的5％-10％；

V.增设仰斜式排水孔。改善雨季坡体内部排水环境。

综上，本高边坡主要的潜在破坏模式为上部碎石土沿土岩接触面发生的折线形滑动破坏，对现状边坡稳定性进行评价，充分考虑锚索预应力损失情况，以确定加固方案，同时采用以上优化措施（③④中内容）减少预应力损失。

（2）定性评价边坡稳定性

根据现状边坡的特点，该高边坡未发生明显位移变形，部分锚索出现应力增加现象，多处锚索出现应力失效，综合定性判定该高边坡天然工况下处于稳定状态（Fs=1.20～1.30），暴雨工况下处于基本稳定状态（Fs=1.10～1.15）。

（3）分析计算中既有锚索应力的选取

锚索应力检测的结果表明，与设计荷载差值超过±10％的锚索有2根，占比50％，非正常工作状态（失效）有2根，正常工作状态锚索有2根。

为更好评价边坡现状加固状态，增加了检测点进行检测，检测结果如下表所示，锚索失效边坡占25％，预应力损失约为64％，1根锚索应力超限，超限值为20％，其他锚索均处于正常工作状态，应力损失或增加不超过10％，占比50％。

稳定性分析计算中应按当前应力状态的抽检结果作为参考，考虑到本次检测主要针对病害较严重位置，其余位置锚索可能失效几率有所降低，计算中应力损失总体按30%估算应力损失,锚索应力平均按350kN予以考虑。

（4）定量评价分析方法

边坡稳定性评价遵循“以定性分析为基础，定量计算为手段”的原则，根据边坡类型和可能的破坏形式确定边坡稳定性计算方法。根据《公路路基设计规范》（JTG D30-2015）并结合高等级公路工程建设经验，公路边坡为规则坡形边坡，可看做二维平面应变问题，本段高边坡主要破坏形式为上部碎石土沿土岩接触面发生的折线形滑动破坏，推荐采用不平衡推力法（显式）进行计算，同时计算剩余下滑力。

边坡稳定性分析工况根据项目特点及边坡基本特征，共分为2组计算工况。

I.天然工况下的稳定性，考虑天然自重+地下水位的组合，无地下水时考虑天然自重情况下的稳定性；

II.暴雨工况下的稳定性

关于典型断面的选取，该典型断面与前后断面相似，并可作为最不利断面或者可以代表其他断面。

III.关于地震工况

本项目属于6度区，地震峰值加速度较小，地震工况下稳定性大于暴雨工况下稳定性，因此结合规范，对项目区高边坡不计算地震工况下稳定性。

（5）现状稳定性分析

根据计算，边坡现状天然工况下稳定系数为1.25，剩余下滑力为198.45kN/m，暴雨工况下稳定系数为1.11剩余下滑力为426.82kN/m，天然工况下处于稳定状态，暴雨工况下处于基本稳定状态，与定性评价结果一致。

（6）高边坡加固方案设计原则及思路

①由于边坡既有加固系统锚索预应力的损失，边坡稳定性有所下降，因此恢复原设计的加固应力水平对边坡的稳定性有显著的提高，因此尽量充分利用现有锚固工程措施，既能避免浪费又能使既有工程措施更好的发挥锚固作用。

②充分利用既有锚固工程，需对该边坡锚固情况详细了解。为节约工程治理费用，在施工过程中，利用锚索预应力简易检测装置和技术，对现有锚索分区适当增加检测数量，进一步探明锚索锚固力失效和预应力变化规律，进而对现有锚固工程充分利用。设计结合现场检测情况进行动态调整，对发现的预应力损失的锚索可进行预应力补偿，使其达到原设计的应力水平。

③本次为改扩建设计，需考虑公路扩建后的全寿命周期稳定性，因此应加固彻底，对预应力损失超过10％的锚索均进行应力补偿，边坡加固稳定性计算时，考虑补偿后的损失在所难免，按照原设计预应力的90％进行稳定性分析。

④对应力损失严重且锚固力无法达到设计要求的锚索，再次补偿张拉的意义不大，因此结合竣工图设计地梁间距较大的特点，在预应力失效锚索区域地梁间增设锚索框架梁，锚索框架梁可直接在护面墙上增设，不需要拆除护面墙，同时也不额外进行原位拆除更换锚索，大大减少了施工风险。

⑤根据检测报告分析，部分锚索预应力检测相较设计锁定荷载增加的情况，这说明边坡在暴雨工况时发生了微量变形，同时根据地层组成一级至五级均为碎石土+灰岩的组合，一级边坡坡率1:0.5较陡，且坡脚往往是应力集中最大且最容易剪出的位置，据此在二三级边坡应力补偿的基础上，对一级边坡采用锚索框架梁防护，锚索长度为20m，倾角与上部边坡一致为25°，锚索框架梁采用3m*3m间距，达到强腰固脚的效果。

⑥据以上的预应力损失分析，可从以下几方面进行优化：

I.材料选型。锚索材料选用目前广东省广泛推广的带螺纹可调式的低回缩锚具；

II.尽量采用格构梁。对于上部破碎的台阶坡体，采用格构锚固提高承压梁与坡面接触面积，整体刚度增大，以减少局部压缩徐变；

III.采用压力分散型锚索。使锚固段剪应力更均匀，改变锚固区域的应力集中，并采用二次注浆；

IV.合理设置锚索间距及超张拉。在结构强度许可的情况下，采用超张拉方法，超张拉预应力为设计值的5％-10％；

V.增设仰斜式排水孔。改善雨季坡体内部排水环境。

采用以上方法保证锚索预应力值达到500kN设计要求，同时根据《广东省公路路基边坡防护及排水设计指南（试行）》，锚索自由段长度受稳定地层界面控制，在设计中应考虑自由段伸入滑动面或潜在滑动面的长度不小于 2.0m，且自由段长度不得小于5.0m。锚索锚固段宜设于强风化(碎块状)及以上的稳定岩层，当锚固段需设于土层等地层时，应采取二次劈裂注浆等措施提高锚固段的锚固力。岩石锚索锚固段长度不应小于 5m，且不宜大于10m。土层锚索锚固段长度不得小于8m，且不宜大于12m。