边坡工程常见设计及施工问题探讨

刘 琦，孙永梅

（1.辽宁省建筑设计研究院岩土工程公司，辽宁沈阳110005；2.辽宁省建设科学研究院有限责任公司，辽宁沈阳110005）

岩土工程最大的特点就是不确定性。对于不确定性的内容，通过理论分析、数值模拟、室内试验或现场检测往往可以将抽象问题变为可量化。

坡顶车辆荷载的确定，因为车辆的规格、载重量的不同，岩土类别的不同及支护结构型式的不同，往往不可一概而论，需要一些简单的经验公式为工程技术人员提供最起码估算的依据。

由于临时性基坑工程和永久性边坡工程对于安全系数的要求不同，造成相同安全等级及相同支护结构型式（主要针对桩锚支护型式）的基坑和边坡设计结果有较大区别：①多次试算的结果表明在土层中边坡锚杆较基坑锚杆长0.8倍的锚固段长度，在岩层中二者的结果则比较相近，且按照边坡设计得出的锚杆配筋量一般是按基坑设计结果的1.3～1.5倍；②按照边坡设计得出的支护桩的配筋量比按基坑设计的结果略小。对于锚杆构造上，基坑工程更注重锚杆的对中与隔离，而边坡工程更强调与耐久性相关的要求，如防腐、裂缝控制等，显然边坡的要求更为严格，而兼顾所有要求则需要一些更为具体的措施。

作用在支护结构上的土压力，或采用朗肯土压力，或采用库伦土压力，或采取各种修正后的本构模型计算，规范尚未明确桩间土的土压力的计算方法。桩间土的土压力通常不大，但是对于需要在桩间部位进行二次支护的情况，这部分土压力如果可以量化则能更好地指导设计和施工。

1 边坡车辆等效荷载

对于岩土工程中的基坑、边坡地面车辆等效荷载的计算，规范中并未明确给出计算方法。由于汽车荷载主要作用于后轮，且单位面积上作用的压力也是后轮较大，故可按图1和图2所示的仅考虑后轮荷载扩散后的面积进行等效计算，等效的原则是：荷载扩散后刚好不搭接。

刘岩认为[1]：对于车辆荷载的总持续时间与设计基准期比值小于0.1的，汽车荷载可按频遇值计算，故应用等效后的汽车荷载×频遇值系数0.6，并给出了基坑超载组合值、频遇值和准永久值系数见表1。

值得注意的是，该方法所用的等效占地面积为汽车轴距×宽边尺寸，未考虑汽车荷载在土层中的扩散，用该方法计算得到的结果将偏大。

假定土的扩散角为30°，通过计算可知，当土层中计算点深度不小于1.2m时，即可按图1和图2所示的仅考虑后轮荷载扩散后的面积进行等效计算。用后轮相应的压力除以该轮相应的扩散面积即可得到汽车实际等效荷载，结合基坑超载的频遇组合，可得表2所示的各级汽车的等效荷载及频遇组合值。

表1 基坑超载组合值、频遇值和准永久值系数表

边坡工程中如需考虑汽车荷载，在已知汽车总重力不大于300kN但汽车的其他技术指标不详时，由于汽车轮轴占地面积一般为10m2左右，考虑到频遇组合，则汽车的地面荷载可按下式进行初步估算：

表2 各级汽车荷载的主要技术指标及等效荷载

式中：q——考虑扩散效应后的等效荷载，kPa；

Q——汽车总重力，kN。

对于复合土钉墙支护结构的情况，地面上的附加荷载应按实际作用值计取，实际值如小于20kPa，宜按20kPa的均布荷载计取[3]，其他情况建议不应小于表3的要求。

表3 车辆附加荷载标准值表[4]

2 锚杆的隔离与保护

对于边坡，锚杆的防腐蚀性能是支护结构耐久性的关键因素。《岩土锚杆与喷射混凝土支护工程技术规范》GB500086-2015规定[5]：腐蚀环境的永久性锚杆应采用Ⅰ级防腐保护构造设计，水泥浆或水泥砂浆保护层厚度不小于20mm。《建筑边坡工程技术规范》GB50330-2013规定[6]：钻孔内的锚杆钢筋保护层厚度，对于永久性锚杆不应小于25mm；沿锚杆轴线方向每隔1～3m设置一个隔离架。

也就是说锚杆锚固段都必须要做到：①保证杆体外侧具有足够的保护层；②保证杆体之间均匀分布，防止集中或缠绕；③对中支架不能影响锚杆的注浆，最好能满足二次注浆。

现在工程应用于边坡中的隔离支架（图3）通常不能同时满足以上3个要求，若想满足以上3个要求则需要增加其他措施，例如：需要在隔离架上安装垫块以保证保护层厚度的要求；由于只有一个注浆孔，所以需要保证2次注浆均为同一个注浆孔等等。

而制作成—种可90°旋转组合的隔离支架（图4），可以兼顾以上3个要求，同时还具有方便施工的特点，该产品材质为再生塑料，其价格与普通隔离支架相当。该隔离支架避免了增加垫块，且不存在垫块脱落的质量通病，从而保证了保护层厚度，且两侧预留的注浆孔可以保证完成2次注浆的功能，从而从根本上保证的锚索施工的质量，值得在施工中广泛推广。

3 桩间土压力计算

桩间土压力计算一般采用考虑土拱效应平行竖墙间的土压力计算。考虑土拱效应的平行竖墙上的土压力沿深度呈非线性分布；由理论悬链线拱与简化的圆弧形拱得到的土压力分布几乎重合[7]。

当填土为无粘性土，填土表面没有外荷载时，当计算深度z＞2.5b时，平行墙任一深度处的水平应力为[4]：

塌落拱的矢高取净跨的1/4，即矢高f=0.25l0，此处土压力为：

式中：γ——填土的重度，kN/m3；

b——两平行墙间的净距，m；

z——两平行墙间的净距，m；

δ——墙与土间的摩擦角，(°)，一般取（0.33～0.5）φ；

k0——静止土压力系数，建议采用主动土压力系数ka乘以1.2～1.5的增大系数。

算例：某挡土墙高度22m，墙背竖直，填土水平无地面荷载，填土重度22kN/m3，内摩擦角为30°，δ=10°，桩间距为1.5m，净距0.7m，则按照库伦土压力公式计算得到的主动土压力为149.3kPa，按照平行墙理论计算的桩间土压力约为13.1～16.4kPa。

可见桩间土压力比较小，同时也印证了基坑工程中通过简单的喷护即可保证桩间土的稳定性。按平行墙理论计算挡板的土压力，有相当的安全储备，是安全可靠的。

4 结论

（1）支护结构顶部汽车通行引起的地面荷载可按q=2.5+0.05Q进行初步估算,或直接采用考虑频遇组合后的等效荷载；

（2）采用组合式隔离架可以同时满足锚杆隔离、二次注浆及保护层厚度的要求，在岩层中施工更具有优势；

（3）桩间土的土压力宜采用考虑土拱效应平行竖墙间的土压力计算。