100 年永久土岩混合边坡工程设计要点探讨

■王 响 ■北京城建设计发展集团股份有限公司，重庆市 401147

重庆轨道交通四号线一期工程部分线路靠长江沿岸坡地地带沿海尔路东西向敷设，由于沿线地形地质条件及线路特点，不可避免地需要在局部车站及区间地段建造永久性边坡支护工程，此类边坡工程设计使用年限确定为100 年。本文以重庆轨道交通四号线一期工程黑石子站永久边坡工程为例，对100 年设计使用年限的永久土岩混合边坡工程设计要点进行探讨。

1 工程概况

黑石子站位于海尔路路南侧坡地中，北高南低，地势起伏较大，地面相对高差20m 左右。车站按坡地建筑设计为地下一层地上两层的半地下车站，顶层楼面与坡顶海尔路路面平齐。车站建设将在北面海尔路一侧形成长约220.5m，高度约10～13.5m 的土岩混合永久边坡。本文就其中某一代表性地质断面为例，此边坡为13.4m 高的土岩混合边坡，上部约4m 人工素填土，下部岩层为中风化泥质砂岩。通过计算分析判断，此边坡无外倾结构面，边坡稳定性受自身强度控制，边坡破裂角取61°。该边坡的岩体类型为Ⅲ类，岩体等效内摩擦角取55°。

图1 边坡典型地质断面图

2 支护方案比选

由于坡顶紧邻海尔路，无放坡开挖条件，因此考虑以下三种支护方案进行比选:悬臂桩板挡墙、板肋式锚杆挡墙及排桩锚索挡墙。

(1)悬臂桩板挡墙方案。悬臂桩结构受力清晰，构件受力计算较为明确，施工工序相对较少。但为满足受力、变形及裂缝宽度要求，悬臂桩身截面一般为矩形，尺寸较大，成孔需采用人工挖孔。而人工挖孔安全风险较高，且施工进度慢，造价较高。

(2)板肋式锚杆挡墙。采用逆作法施工的板肋式锚杆挡墙工艺成熟、工期短且安全、经济，在重庆的永久岩质边坡工程中应用广泛。但在上部土层较厚的情况下，由于板肋式锚杆挡墙的肋柱及挡板后做，上部土层开挖时会存在一定的安全隐患。

(3)排桩锚索挡墙。由于锚索的存在，桩身尺寸可大大减小，采用钻孔灌注桩可大大缩短施工工期。同时排桩的预先打入可大大减小上部土层开挖的施工安全风险。由于坡顶为城市主干道海尔路，考虑采用预应力锚索的主动支护系统，可有效控制边坡变形。

因此本工程的土岩混合边坡采用排桩锚索挡墙进行支护。

3 设计技术标准

本工程设计使用年限100 年，边坡安全等级为一级，边坡稳定性安全系数取1.35，结构重要性系数1.1。除了上述主要设计技术标准外，还应注意以下两点:(1)可参照建筑荷载规范(GB50009-2012)规定可变荷载考虑设计使用年限调整系数γL。结构设计使用年限为100 年时γL=1.1。(2)根据边坡规范规定，边坡工程抗震设防烈度不应低于边坡塌滑区内建筑物的设防烈度。重庆地区为6 度区，据规范，可不进行地震计算。本工程坡脚为地铁车站，边坡工程抗震设防类别按重点设防类，永久支护结构抗震构造措施按三级抗震确定。

4 耐久性设计

4.1 锚固体系

(1)锚索类型确定。传统拉力型锚索在工程中应用广泛，但因其锚固段灌浆体受拉，浆体易开裂，防腐性能较差，而压力分散型锚索可避免此问题。压力分散型锚索因锚固段灌浆体受压，浆体不易开裂，防腐性能好;锚索的拉力经由承载板加压与钻孔不同深度的注浆体上，各注浆体分散承载，避免了注浆体压应力集中，使得锚固段注浆体受力更加均匀，承载力高。鉴于其较好的受力性能及耐久性，本工程选用压力分散型锚索。

(2)锚索防腐处理。根据岩土锚杆(索)技术规程(CECS 22 ∶2005)，本工程永久性锚索的防腐等级为Ⅰ级。①自由段:锚索筋材采用工厂化生产的无粘结钢绞线，严禁采用有粘结钢绞线涂抹油脂套管的工艺方式。无粘结钢绞线外包PE 层采用双层，内外层厚度各1mm，防腐油脂线重量不小于32g/m，钢材与PE 层间摩擦系数0.04。②锚固段:承压板后设安全型压力分散装置。安装装置部分的钢绞线(约40cm 长)要剥除无粘结钢绞线的PE 防护套管，用锯末除去钢绞线防腐油脂，并用面纱清洁擦拭，在挤压完成额定锚固力的内锚具及P 锚后，在裸露钢绞线部分涂抹无腐蚀性的油脂后用密封管封装。

4.2 混凝土结构

据规范，建筑边坡工程的混凝土结构耐久性设计应符合现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB50010、《混凝土结构耐久性设计规范》GB/T 50476-2008 的规定。本工程支护结构混凝土的最低强度等级为C40，围护桩桩身钢筋保护层厚度70mm，构件须进行裂缝款宽度验算，裂缝宽度按0.2mm 控制。

5 监控量测

5.1 施工期监测

为实现边坡工程的动态设计、信息化施工，监控量测是施工的重要组成部分。通过监测掌握边坡和支护结构的力学动态，同时对量测数据分析处理，对各开挖步序的支护结构力学状态进行评价，进行信息反馈，必要时可对下步施工参数进行调整，并在边坡出现险情时提供重要的数据依据。

5.2 运营期监测

工程监测应建立长期监测系统，包括监测基准网和监测点建设、监测设备仪器安装和保护、数据采集与传输、数据处理与分析、预测预报或总结等。规范仅规定一级永久性边坡工程竣工后的监测时间不少于2 年。本工程永久性边坡设计使用年限为100 年，为确保运营安全，还应根据运营部门相关要求制定运营期巡查及监测方案，测量周期不少于1 次/年。运营期间还应制定应急处理预案，根据巡查和监测结果对边坡结构采取修补和治理措施。

6 结语

(1)设计使用年限100 年的边坡工程由于其安全要求及耐久性可靠性要求都极高，因此在方案设计时就应根据实际周边环境及水文地质条件，选择合理的边坡支护方案;

(2)本工程实例中，土岩混合边坡工程采用压力分散型锚索的排桩锚索挡墙，并采取足够的耐久性设计措施后，可满足100 年边坡工程的设计要求;

(3)建立长期监测系统，制定长期巡查制度及监测方案，并制定相应的应急处理预案。

［1］GB 50330-2013 建筑边坡工程技术规范［S］.

［2］CECS 22∶2005 岩土锚杆(索)技术规程［S］.

［3］GB50911-2013 城市轨道交通工程监测技术规范［S］.