公路高陡边坡锚杆锚固稳定性提升方法

摘要 为探究公路路堑边坡的稳定性，文章提出了锚杆锚固方案，采用Geo-studio数值模拟软件对比锚固前后的边坡稳定性。结果表明：未进行锚固的原始边坡最小安全系数为1.034，属于欠稳定状态；经过锚杆锚固后的边坡最小安全系数达到1.268，边坡达到稳定状态；有效滑弧主要经过中风化和强风化凝灰岩核部，将坡面下滑力和剪切力均集中于锚杆上，说明锚杆起到了较好的锚固作用。

关键词 高陡边坡；锚杆加固；安全系数；Geo-studio

中图分类号 U416 文献标识码 A 文章编号 2096-8949（2024）16-0046-03

0 引言

在道桥工程施工过程中，因路线设计的规划要求，需进行填挖方处理[1]。在挖方过程中，形成的路堑边坡由于本身岩性的不同，可能会对公路的安全运营造成一定隐患[2-3]。为此，工程人员在进行地质勘探后，会对边坡进行削坡、植草、骨架甚至是打锚杆[4]的方式，以增加边坡的稳定性。

随着计算机仿真技术的发展，出现了众多可以模拟现场工程概况的计算软件，如Geo-studio、FLAC3D、plaxis等。许多工程技术人员和科研工作者，利用这些软件解决了众多工程问题。其中，Geo-studio由于简洁明了的工作界面、强大且高效的计算功能，得到了广泛应用。张良建等[5]采用Geo-studio软件模拟了复杂地质危岩体边坡的稳定性；陈实等[6]研究了降雨条件下锚杆对边坡稳定性的改良作用；张敏等[7]计算了在正常工况和非正常工况下库区型弃渣场的稳定性，为弃渣场安全设计提供了依据；陈志仙和王志人[8]研究了坡率、锚杆间距和锚固位置对边坡稳定性的影响，得到了最优的锚杆间距和锚固角度。

该文以公路高陡边坡为背景，采用Geo-studio数值模拟软件分析了锚杆锚固后的边坡安全系数和滑弧的分布变化情况。

1 工程概况

某公路旁存在一高陡边坡，经过地质勘探钻孔取样分析可知，该边坡共分为4层：覆盖层为粉砂土（含较大颗粒碎石）、强风化凝灰岩、中风化凝灰岩，底层为未风化或弱风化凝灰岩，见图1所示。通过室内试验得到边坡钻孔样品的基本物理性质，见表1所示。为保证边坡的稳定性，防止滑坡造成后期损失，提出锚杆锚固的处理方式。

2 模型建立及参数选择

2.1 模型建立

边坡高约28 m，底部至公路边沿处约40 m，含碎石的粉砂土层两头较厚约4 m，中间较薄为2 m，平均厚度约2.8 m。在弱风化凝灰岩地层和覆盖层中间为成“核”状的中风化和强风化凝灰岩，中风化凝灰岩层平均厚度为2.3 m，强风化层平均厚度为1.4 m。在Geo-studio岩土分析软件中建立该公路边坡的二维平面模型，见图2所示。网格划分采用三角形和四边形，网格尺寸为1 m，共划分645个单元，697个节点，设置材料强度准则为mohr-coulomb准则。

《滑坡防治工程勘察规范》（GB/T 32864—2016）将滑坡的稳定性状态，根据Fs稳定系数分为不稳定（Fslt;1.00）、欠稳定（1.00≤Fslt;1.05）、基本稳定（1.05≤Fslt;1.15）、稳定（Fs≥1.15）四种状态。

2.2 锚杆设置

在粉砂土覆盖层下还有中风化和强风化的凝灰岩，极易造成该边坡失稳甚至滑坡的发生，为此，提出锚杆锚护的稳定性方案。将锚杆沿坡面垂直打入岩层内部，使得锚杆顶端穿过破碎凝灰岩层后，插入弱风化凝灰岩岩层0.8～1.2 m，锚杆总长约10 m，具体见图3所示。由于Geo-stuidio软件为二维软件，图3为截取典型断面后的垂直岩层走向的锚杆分布示意图，锚杆间距为2 m，沿坡面布置。在现场施工中，沿岩层走向每隔2 m布置锚杆，形成网状锚杆的锚固结构。所选锚杆为直径32 mm的注浆中空自钻式锚杆，表2为所选锚杆的基本物理力学参数。

3 计算结果分析与讨论

3.1 未设置锚杆的边坡稳定性

图4（a）为未设置锚杆锚固时的原边坡最小安全系数及滑移面分布情况，从图中可以看出，原始边坡在未加锚杆锚固时的最小安全系数为1.034，属于欠稳定状态，最小安全系数滑弧从含碎石粉砂土顶部至粉砂土层底部，滑带穿过强风化和中风化凝灰岩层。

图4（b）为该边坡所有滑弧的分布情况，安全系数范围为1.034～1.934，其中，欠稳定状态和基本稳定状态的滑弧范围在中风化和强风化凝灰岩层内部，有效滑弧在粉砂土与弱风化凝灰岩交界的坡顶和坡角处。

3.2 设置锚杆的边坡稳定性

图5为经过锚杆锚固后的边坡最小安全系数和滑弧分布情况。从图中可以看出，边坡经过锚杆锚固后，最小安全系数达到1.268，边坡处于稳定状态。相比于未设置锚杆的情况，边坡有效滑弧（包括最小安全系数滑弧和较大安全系数滑弧）多靠近中风化和强风化凝灰岩层处，将边坡不同层位间的下滑力集中于锚杆之间，说明边坡坡面的锚杆设置起到了良好的锚固作用。

4 结论

某公路边坡由于岩体情况复杂，在进行地质钻探后得到：在粉砂土覆盖层与弱风化凝灰岩层中间存在中风化和强风化凝灰岩核部。为安全起见，利用Geo-stuidio软件进行边坡稳定性模拟，并根据现场情况提出了沿坡面布置锚杆进行坡面锚固，以及削坡处理的两种稳定性方案。具体结论如下：

原始边坡安全系数较小，最小安全系数为1.034，分布于覆盖粉砂土层和弱风化凝灰岩交界处。边坡属欠稳定状态，为避免工程施工和降雨的扰动，向坡体内部打入注浆锚杆。经过锚杆锚固后的边坡，最小安全系数达到1.268。通过对比可知，经过锚杆锚固后的边坡，有效滑弧集中在中风化和强风化凝灰岩核部周围，说明锚杆起到了较好的锚固作用。

该文主要讨论了锚杆锚固方案的边坡稳定性，但考虑特殊的地理位置，在后续工作中，还需讨论降雨对边坡稳定性的影响。

参考文献

[1]宋林涛.高速公路路基挖方及填筑施工工艺[J].四川建材，2021（3）：138-139.

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[4]耿欣宗，骆发江，李鹏，等.土钉墙加锚杆护坡桩复合支护技术的应用[J].施工技术，2015（S1）：21-24.

[5]张良建，卢丙清，徐佩华，等.基于GEO-Slope方法的危岩体边坡稳定性研究[J].地下空间与工程学报，2010（S2）：1587-1590.

[6]陈实，杨荣焕，杨绍昆.基于Geo-Studio降雨条件下锚杆对边坡稳定性影响[J].中国水运（下半月），2023（9）：152-154.

[7]张敏，李红星，刘媛，等.某库区型弃渣场边坡稳定性计算与分析[J].陕西水利，2023（6）：106-109.

[8]陈志仙，王志人.基于GeoStudio的路堑高边坡锚杆支护优化设计与实践[J].水利与建筑工程学报，2022（4）：220-226.