锚杆（索）挡墙在红岩村立体交通顺向裂隙高边坡工程中的应用

谢晓林

（中铁二院重庆勘察设计研究院有限责任公司）

摘  要 城市环境中的基坑边坡及环境边坡开挖往往受限于周边建构筑物、既有管线、用地红线、保护区、社会影响等诸多复杂控制因素，特别是市区建筑密集区，边坡的开挖空间有限，很难采用常规的坡率法开挖，在某些特定环境下，不宜重力式挡墙、桩板墙等结构支边坡进行收坡支挡，锚杆（索）挡墙结构的独有特性优势明显，本文以红岩村立体交通顺向裂隙高边坡工程隧道洞口边仰坡为例，分析锚杆（索）挡墙在城市环境受保护区用地红线、既有管线、施工便道及隧道洞口控制的顺向裂隙高边坡中的应用，以及景观解决方案，以供类似工程参考借鉴。

关键词 城市环境、顺向裂隙、高边坡、锚杆（索）挡墙、景观

1 工程概况

红岩村立体交通顺层高边坡工程位于重庆三纵线红岩村立交与红岩村立交隧道进口之间，渝中区高九路附近，为重庆市三纵线途经市中心跨越嘉陵江段的重要节点工程。

根据新版《重庆市城乡总体规划（2007-2020）》，将在主城区范围内形成“六横七纵一环七联络”的快速路网结构，全长851公里。

三纵线在快速路网中发挥着重要作用，快速路“三纵线”居中的一段尚未实施，北起柏树堡立交（松石大道），向南经红岩村嘉陵江大桥及红岩村隧道，终点接五台山立交（陈庹路），线路从北向南贯穿渝北区、江北区、沙坪坝区、渝中区、高新区和九龙坡区，主要联系区域是渝北区和九龙坡区，线路全长7.8km。

红岩村立体交通工程地下部分主要分布有轨道五号线车站、九号线车站、换乘通道、蔡梨铁路、三纵线红岩村立交H-A匝道、红岩村立交H-B匝道，地面部分主要分布有三纵线红岩村隧道左、右洞、A匝道、B匝道，架空部分为市政道路红云路同轴旋转立交工程。

立体交通边坡工程主要包含深基坑、高边坡两部分，基坑位于红云路旋转立交区，为土质+石质基坑，基坑最大深度达27m，长约300m ；顺层高边坡位于三纵线红岩村隧道仰坡边坡，为岩质边坡，最大边坡高度50m，长约80m。

图1 三纵线红岩村隧道洞口地面结构

图2 三纵线红岩村隧道进口地下结构

本区域原始地貌为构造剥蚀丘陵沟谷地貌，受周边协信小区建设影响，人工改造强烈，现大部分为填方区。地形总体南西侧高，北东侧低，阿卡迪亚小区东侧存在大量人工堆填区，局部厚达37m。下伏基岩为砂质泥岩、砂岩，砂质泥岩褐红色，粉砂泥质结构，中厚层状构造，砂质泥岩广泛分布于整个场地上部土层覆盖层以下。 砂岩呈灰褐色、灰色，细粒～中粒结构，中厚层状构造，砂岩广泛分布于整个场地上部土层覆盖层以下，与砂质泥岩相间分布。场地发育三组构造裂隙，岩层较平缓，岩体类型为砂岩和砂质泥岩，岩层产状：120～140°∠6～10°，优势产状140°∠8°。L1裂隙：倾向350°~0°，倾角55~65°，L2裂隙：倾向260~270°，倾角65~75°，L3裂隙：倾向80~90°，倾角65~75°，岩层层面产状平缓，对各边坡的稳定性基本无影响。其中L1裂隙与红岩村隧道仰坡开挖面同向，为不利外倾结构面，该组裂隙设计按顺层考虑。

红岩村隧道仰坡边坡开挖同时受南侧协信小区既有建筑、东侧红岩纪念馆保护线、坡顶电力管沟（前期无迁改条件）、施工便道等因素影响，按“坡率法”设计无放坡条件，需采用支挡结构对路堑边坡进行收坡处理，由于地下结构分布复杂，五号线车站、九号线车站、换乘通道等地下结构，且市政隧道跨度较大，不宜采用桩板墙进行支挡，设计选用锚杆（索）挡墙对隧道仰坡进行收坡处理。

图1 红岩村隧道进口区域地形地貌

图2 红岩村隧道进口仰坡平面布置图

2 边坡设计方案

（1）安全等级、设计荷载及设计参数

安全等级：本工程为永久支护工程，根据《建筑边坡工程技术规范》（GB 50330-2013）及《建筑基坑支护技术规程》（JGJ 120-2012）相关规定，支护结构安全等级定为一级，边坡安全系数取1.35，设计使用年限为100年。

设计荷载：坡顶临时道路及规划红云路荷载取20kN/m2。

设计参数：设计采用的设计参数为《地勘察报告》岩土参数建议值。

岩土名称	粉质粘土	砂  岩		砂质泥岩		结构面	层面
		强风化	中风化	强风化	中风化
重度(kN/m3)	20.0	23	25.0	23.5	25.8	/	/
内聚力C（kPa）	15	/	1985	/	687	50	30
内摩擦角φ(°)	10	/	41.5	/	32.8	18	10
岩体破裂角(°)	/	/	66	/	61	/	/
岩体等效内摩擦角(°)	/	/	60	/	55	/	/
岩土体与锚固体粘结强度(MPa)	0.02	0.1	0.50	0.08	0.20	/	/

（2）边坡稳定性分析及设计推力计算

边坡岩质部分由赤平投影图可知：L2、L3组裂隙与边坡坡向垂直相交，对边坡稳定性影响小，岩层层面产状平缓，对各边坡的稳定性基本无影响，L1组裂隙岩层倾角与边坡坡角同向，边坡顺向临空，切坡可能沿岩层层面发生滑移。根据边坡破坏模式，采用平面破坏模式计算法来评价边坡的稳定性及下滑推力。

图3 红岩村隧道进口仰坡赤平投影图

根据《建筑边坡工程支护技术规范》边坡类型为III类，边坡破裂角取61°，等效内摩擦角取55°。

经计算，最大顺层水平推力2729kN/m，岩土侧压力水平分力719kN/m，设计推力根据顺层推力及岩土压力取较大值2729kN/m，仰坡设置锚杆（索）挡墙进行支挡。

（3）锚杆（索）拉力及结构计算

锚杆（索）拉力按独立支点及连续梁方式进行计算，本设计为肋板式锚杆（索）挡墙，挡土板内力按以肋为支点连续梁计算，竖肋的支点反力、弯矩、剪力按支承于刚性锚杆上的连续梁计算。

……

图4 多级锚杆（索）挡墙结构计算简图

（4）方案设计

I-I剖面~II-II剖面范围隧道端墙顶设置三级锚杆（索）挡墙，其中第一、二级为锚索挡墙，第三级为锚杆挡墙，墙面坡率由直立渐变至1：0.5，于III-III剖面处与锚杆框架梁护坡相接。

锚索均采用预应力锚索，采用10束15.2mm钢绞线制作，长度16～30m，锚索间距2.5×2.5m，为避免发生群锚效应，锚索采用长、短相间布置，有效锚固段10m，锚索下倾角为11～15°，钻孔为Ф150，锚索锚固灌浆采用M35水泥砂浆灌注，注浆压力不小于0.6～0.8MPa。

锚杆为全粘接锚杆，采用1根Ф32HRB400钢筋制作，锚杆间距2.5×2.5m，长度12m，锚杆下倾角为15°，钻孔为Ф90，锚杆锚固灌浆采用M30水泥砂浆灌注，注浆压力不小于0.4MPa。

锚索采用锚头与肋柱连接，锚杆采用弯起与肋柱钢筋连接，肋间挡土板内设置双层Ф14HRB400钢筋网，板厚0.2m，锚杆肋柱截面采用0.4×0.5m，锚索肋柱截面采用0.7×0.6m，肋柱间距2.5m，肋柱及挡土板均采用C30混凝土浇筑。

锚杆（索）挡墙每15～20m设置一道伸缩缝，各锚肋间面板中部设置一排Φ100PVC泄水孔，孔深1.2m，埋置透水软管，竖向间距2.0m。

 

图5 隧道仰坡剖面设计图

图6 隧道仰坡立面设计图

图7 肋板结构设计图

锚杆（索）区域位于城市主干路隧道洞口，景观效果尤为重要，直立～1：0.5的墙面采用常规的绿化手段很难实现，本项目对墙面采用装饰构件+生态垂直绿化系统进行美化处理。

图8 墙面景观方案

3 主要施工方法

（1）施工顺序

锚杆（索）挡墙必须采取逆做法施工，即自上而下分段分级开挖且分级挡护，其施工顺序：施工准备→准确确定边坡开挖线→边坡分段、分级开挖→施工锚杆（索）→肋柱、面板→养护混凝土→混凝土强度达到80％后进行锚索张拉→下级边坡开挖。

（2）锚杆（索）施工前应选择相同的地层进行现场拉拔试验及开挖检验，试验孔数均不少于3孔，以验证锚杆（索）砂浆的握裹性和锚固段的设计指标，确定施工工艺及参数。

（3）锚具宜采用OVM型锚具。锚具底座顶面（斜托面）与钻孔轴线应垂直，确保锚索张拉时千斤顶出力与锚索在同一轴线上。

（4）本边坡工程采用信息法施工。施工时通过对施工现场地质状况，施工情况和变形监测的反馈信息，加强施工中的动态设计。

（5）工程监测包括施工期间的安全监测和工程效果监测。施工期间的安全监测以简易地表变形监测为主，监测点的布设应与工程效果监测结合，以保持整个工程监测的完整性。施工期间监测时限以施工开始作为起始，施工结束为终点。工程结束后，进入工程效果监测阶段，效果监测年限为工程竣工后不少于两个水文年，且应根据两年后的监测结果评定是否延长监测期限。

图9 隧道仰坡锚杆（索）挡墙施工完成后全貌图

4 设计体会

（1）锚杆（索）挡墙根据岩土压力的大小灵活选用锚杆或锚索作为锚固结构，收坡效果显著，结构尺寸小，在狭小受限空间优势明显。

（2）锚杆（索）挡墙等直立支挡结构绿化困难，城市环境对景观绿化要求高，特别是重要市政节点工程，通过立体绿化、景观修饰等方式进行美化是很有必要。

（3）在城市环境下，周边建构筑物密集，边对地下基础的探测、地表稳定性监测及建构筑的位移监测尤为重要，必须在设计阶段作好勘察设计工作，施工过程中严格控制施工方法、作好监测工作，施工完工后进行长期的效果监测。

（4）在城市环境下，外部因素复杂，边坡的失稳波及周边建筑损坏，经济损失涉及面广，社会影响大，设计阶段相关外部因素必须考虑全面，受力分析正确，结构设计合理，并在施工过程中对涉及的信息进一步核实并动态跟踪。