锚索桩承式挡墙在陡坡上填方边坡的应用研究

潘 彪

（福州勘测院，福建福州350001）

填方边坡是工程上经常碰到的一种边坡类型[1]，然而在陡坡上再进行填方而形成的填方边坡却并不多见。由于工程建设的需要，尤其是在山区，需要在陡坡上修建道路，这就需要在陡坡上进行填方砌筑，这样就会在陡坡上形成填方边坡。位于平地的填方边坡比较常见，在陡坡上的填方边坡往往相对少见，而且难度大、风险高、类似工程经验少。边坡常用的支护方式有坡率法、挡墙支护、锚杆支护、排桩支护以及这几种支护方式的组合支护等[2-4]。陡坡上的填方边坡支护就需要用到这几种支护方式来保证边坡的稳定性，本文结合工程实例，介绍了锚索桩承式挡墙该种新型支护方式在陡坡上填方边坡的应用，并阐述了该组合支护方式的技术亮点。

1 工程概况

某市政道路建设，经过一陡坡，坡率约30°～60°，坡高30m，根据道路纵段，需在坡上填方约9m高，形成陡坡上的填方边坡。

拟建场地边坡地貌单元属剥蚀残丘地貌，场地土层自上而下分别为①杂填土：灰色，松散为主，以粘性土为主，层厚1.50～5.80m；②坡积粉质粘土：褐红色，可塑为主，坡积成因，层厚约1.90～7.60m；③残积粘性土：母岩为中粗粒花岗岩。灰黄色，可塑—硬塑，层厚为1.70～4.10m；④全风化花岗岩：浅黄色，层厚1.90～6.70m；⑤砂土状强风化花岗岩：灰黄、灰白色，层厚1.20～5.70m；⑥碎块状强风化花岗岩：浅灰黄、灰白色，层厚2.70～10.50m；⑦中风化花岗岩：浅灰色，揭示厚度6.7～8.6m。根据勘察资料，各岩土层参数指标见表1。场地地下水主要为杂填土中的上层滞水及岩层中的孔隙—裂隙水，主要受大气降水补给，水量一般，地下水位埋深较大，含水层富水性差。各土层土体物理力学性质指标如表1所示。

表1 岩土体物理力学性质指标

2 锚索桩承式挡墙的可行性分析

2.1 陡坡上的填方边坡的支护难点

边坡支护是一个难度大的，风险高的工程，而陡坡上的填方边坡支护更是其中的难点。该工程陡坡上的填方边坡不像平地的填方边坡，平地的填方边坡往往采用坡率法或挡墙支护即可保证边坡的稳定，然而当填方边坡位于陡坡上时，单纯采用坡率法或挡墙支护就很难保证坡上填土的稳定性，填土很容易发生溜滑。如果采用桩锚式的支护方式，即排桩+锚索，利用排桩支挡填土，利用锚索控制排桩变形，该支护方式理论上可行，但是实际施工时会碰到问题。因为填土前需完成排桩和锚索的施工，而未填土前进行排桩和锚索的施工是比较困难的，而且填土后需进行填土压密，压密过程对锚索的受力也会产生很大的影响。种种的限制造成了在陡坡上进行填方边坡的困难。因此需要一种更为可行、可靠的支护方式来保证坡上填土的稳定性。

2.2 锚索桩承式挡墙支护方式的提出

采用挡墙支挡土体是较常见的一种思路，但挡墙底的地面线较为倾斜时，这就需要采取措施保证挡墙的稳定，因此挡墙底可采用排桩支承，一方面可以承受挡墙传递给桩的竖向力，另一方面可以承受挡墙传递给桩的水平力，同时也消除了挡墙底的地面线为倾斜面的影响。

本文提出了一种新型的组合支护方式——锚索桩承式挡墙，该方法由3种支护方式组合而成，即挡墙、排桩、锚索。其中挡墙主要作用是支挡墙后的填土；排桩的作用是支承上部的挡墙，同时还承受挡墙传递给桩的水平力；锚索的作用是控制排桩的变形，把挡墙传递给桩的水平力传递到深部的稳定土层。三者相辅相成，共同作用，理论上具有可行性，其结构形式见图1。

该组合支护方式的主要技术亮点是通过3种不同支护方式的组合，每个单一的支护方式（挡墙、锚索、排桩）各司其职，发挥各自的特点，共同保证了填方边坡的稳定。

首先，该支护方式提高挡墙的承载力。填方边坡常采用衡重式挡墙进行支护。重力式挡墙往往要求地基土有一定的承载力，当不满足要求时就需继续地基处理。从地质剖面可以看出，挡墙基础挖深2m时，仍位于坡积粘土上，如果继续开挖会造成上边坡失稳。而且挡墙重量落在斜坡上，相当于给斜坡增加荷载，对斜坡的稳定性造成不良影响，因此需把重力式挡墙自身的重量传递到深部稳定土层。

其次，该支护方式提高边坡的整体稳定性。由于挡墙后填方的土压力会通过挡墙传递至桩顶，且排桩前离临空面较近，覆土较薄，容易造成排桩桩顶位移过大甚至倾覆，因此在桩身增加锚索支护，可以有效地控制桩的变形位移。

图1 锚索桩承式挡墙

3 锚索桩承式挡墙的简化计算分析

本工程结合了3种主要的边坡支护方式，挡墙+锚索+排桩[5]，是一种新型的组合支护方式，国内外尚无完善的计算理论。锚索桩承式挡墙的结构体主要有4部分，分别为挡墙、桩顶连板、桩、锚索，因此计算内容也分成4部分。为了能在工程中应用，本文对计算进行如下简化：①桩顶连板计算时不考虑地基反力的作用；②桩计算时不考虑桩顶连板的摩擦力和支承力，认为挡墙底的水平力、竖向力、弯矩全部传至桩顶。计算流程及模型如图2、图3所示。

本工程通过以上简化计算得：挡墙底的滑移力约282kN，整体稳定系数1.386,满足规范要求[5]。

4 锚索桩承式挡墙的可行性验证

锚索桩承式挡墙在陡坡上填方边坡能否成功应用需要后期的施工实践及监测数据来衡量。首先施工顺序是保证锚索桩承式挡墙能否成型的关键所在。

本边坡支护施工自下而上进行：先进行桩基施工，然后进行锚索施工，最后进行上部的挡墙施工，再回填土压密，完成整个边坡支护。

（1）排桩施工。先施工排桩，要求间隔跳打，排桩施工完成后，整平桩顶地面，进行桩顶连板施工，而且按设计要求的位置预留锚索孔。

（2）锚索施工。桩基施工完后可施工锚索，开挖至锚索（杆）位置，锚索（杆）施工后，待冠梁强度和锚索锚固体强度达到设计强度80%以上，锁定锚索。根据规范要求，进行了预应力锚索基本试验和验收试验。

（3）挡墙施工。在桩顶连板达到强度后就可以进行挡墙的砌筑，至下而上分层砌筑，使得挡墙跟排桩形成整体，共同发挥作用。

其次，施工完后进行了边坡水平位移、深层位移、桩身应力、锚索应力及支护结构体的位移监测等。本边坡高度较大，支护复杂，风险大，成败关键在于3种支护形式能否有效结合发挥作用，保证边坡安全。根据监测资料，施工完成后前几天挡土墙产生3～6mm的位移，1个月后挡土墙基本上不产生位移（增量小于3mm），支护效果良好，边坡位移小于30mm。

后期的监测数据表明，锚索桩承式挡墙这种组合支护方式在陡坡上填方边坡成功应用，也说明了锚索桩承式挡墙的可操作性及可靠性。在陡坡上填方边坡中，比单纯的挡墙支护或锚索支护更为可靠有效，值得类似工程参考借鉴。

此外，设计上的一些细节措施也提高了该支护结构的稳定性,如：

（1）在桩顶的连板上设置防滑凸榫与挡墙连接，提高挡墙的抗滑移能力。

（2）设计时应要求挡墙后填土需回填密实，且挡墙应尽量增加排水孔，使得墙后的土压力和水压力降至最低，减小对桩的影响。

这些细节的处理都可以在类似工程项目中借鉴推广。

图2 锚索桩承式挡墙计算流程图

图3 锚索桩承式挡墙计算模型

5 总结

本文提出了一种陡坡上填方边坡的新型组合支护方式——锚索桩承式挡墙，并提出了该支护方式的简化计算方法。监测结果表明，该种新型组合支护方式有效地保证了边坡的稳定性，该支护方式可供类似工程参考借鉴，尤其可在陡坡上填方边坡防护中推广应用。但由于理论计算上采用了一些等效及简化方法，因此还存在一些问题亟待后续研究，如挡墙与桩顶连板及桩之间内力的传递问题等。