摘 要： 结合某工程实例，对桥台基础基岩地质变化导致的加固处理的设计思路、计算方法及计算过程进行了探讨，重点对计算过程进行了分析，并结合计算结果有针对性的提出了加固处理方案。经加固处理后的桥台及边坡目前运行良好，可为类似加固处理工程提供参考。

　　关键词： 桥台；加固；锚索；钢轨桩

　　一、引言

　　重庆某工程立交二号主线桥为一座左、右分离式桥梁。桥梁上部结构为1孔30m预应力混凝土现浇箱梁，桥台为U型桥台配扩大基础形式。原地勘资料提供地层岩性为中风化砂质泥岩。后由于该部位放炮开挖且开挖后暴露时间长，加上雨水冲刷浸泡，导致岩体风化加速，后经勘察单位现场重新勘验，将该处岩层风化类型定为强风化。

　　该主线桥下设有下穿匝道，左幅和右幅桥桥台位置下穿匝道路堑边坡原设计按照1:1坡率进行放坡。现由于桥台地基岩层风化程度由中风化变为强风化、且桥台离道路边缘线距离较近，路堑开挖稳定性不能保证，严重威胁桥梁运营安全。

　　二、工程地质条件

　　工程治理区位于立交二号桥主线桥左幅桥K0+876～K0+911.5和右幅桥K0+870 ～K0+908下方桥台位置以下路堑边坡。

　　该边坡岩层倾向125～130°，倾角60～12°，发育两组构造裂隙。一组为平行向斜轴部的张扭性裂隙，裂隙较发育，方向为北北西～北西西，代表性裂隙产状倾向295～350，以295o为主，倾角32～81，以54o为主，裂隙面平直，裂面粗糙，延伸2～3m，裂隙宽一般1～2mm，局部有泥质充填；另一组为剪切裂隙，方向为北～南北东，代表性裂隙产状倾向0～36，以25o为主，局部存在翻转现象，倾角68～84，以80o为主，裂隙形迹一般平直，裂面粗糙，延伸4～7m，裂隙宽一般2～3mm，局部有充填，与现场实测节理产状较为一致。

　　地层出露以侏罗系中统沙溪庙组强风化砂质泥岩为主，呈紫褐色～紫红色，主要矿物成分为粘土矿物，泥质胶结。抗剪强度参数见表1。

　　表1 抗剪强度指标

　　名称 天然重度

　　kN/m3 内聚力

　　c（kPa） 内摩擦角Φ（°）

　　强风化 22 35 15

　　结构面 24.9 50 18

　　地下水类型为第四系松散层孔隙水和碎屑岩类孔隙裂隙水，补给源为大气降水，地表水不发育。由于岩层为砂质泥岩，属相对隔水层，富水性弱，无地表径流和地下水渗出。

　　三、加固处理设计

　　（一）加固方案的选用

　　从提供支护力与切坡先后顺序的角度将加固方法分为主动加固和被动加固两大类。

　　常用的被动加固有抗滑桩，抗滑桩具有布桩灵活、挖方少、工作面多及对周围土体扰动小等优点，被广泛用于边坡治理工程中。但由于人工扩孔抗滑桩在岩质地层中开挖需进行放炮施工，针对本项目易导致桥台基础失稳。

　　主动加固是指在切坡前，根据初步计算分析或工程类比，确定坡体有潜在滑动趋势，在切坡前或产生变形前的切坡过程中对边坡加固。

　　路堑边坡的加固，一般要求进行主动加固防护，这类方法主要有预应力锚索和预应力锚杆等。

　　结合本工程，由于桥台左幅桥K0+876～K0+911.5下方和右幅桥K0+870 ～K0+908下方的边坡施工空间受限，且桥台对稳定和变形的要求高。综合考虑，加固治理方案综合采用预应力锚索和钢轨桩两种加固方法。即对左幅桥主线桩号K0+907.8和右幅桥主线桩号K0+875.2桥下桥台正面进行锚索加固，侧面边坡采用钢轨桩加固。

　　（二）剩余下滑力的确定

　　桥台尺寸为15.5m×3.7m，作用在地基上的荷载为200kPa。剩余下滑力的最大值，要把边坡失稳的形式考虑全面，对不同失稳破坏形式的剩余下滑力进行对比，取其中最大值。

　　强风化岩质边坡失稳破坏计算方法主要有三种：①稳定性受单一节理面（如岩层产状、节理裂隙）控制的，采用简单平面稳定性计算；②稳定性受多个节理面控制的，采用三维楔形体稳定性计算；③碎裂结构岩质边坡的稳定性计算采用简化Bishop法。

　　1、简单平面稳定性计算

　　节理产状需转成视倾角后参与计算。计算公式为tanβ=tanαcosω，其中β为视倾角，α为真倾角，ω为剖面方向（即视倾向）与倾向之夹角，计算结果见表2、表3。

　　表2 节理面视倾角计算

　　名称 倾向

　　（°） 倾角α

　　（°） 坡面 视倾向

　　（°） 视倾角β（°）

　　产状 125 41 坡

　　面

　　1 311 -40.84

　　J1 298 54 311 53.29

　　J2 25 80 311 57.39

　　产状 125 41 坡

　　面

　　2 41 5.19

　　J1 298 54 41 -17.20

　　J2 25 80 41 79.61

　　注：负值表示岩层产状、节理倾向与坡面倾向相反，有利于边坡稳定

　　表3 稳定性计算结果

　　坡面1 Y Y

　　坡面2 Y Y

　　岩层产状 Y

　　J1 Y

　　J2 Y Y

　　安全系数 0.69 0.68 7.56 1.27

　　剩余下滑力（kN/m） 205.8 188.6 - -

　　注：剩余下滑力安全系数取1.25，c=50kPa,Φ=18°。

　　2、三维楔形体稳定性计算

　　三维楔形体稳定性计算前，需判断节理组合能否在边坡上形成楔形体，即需要进行赤平投影分析。

　　从分析结果得出：①对于坡面1，节理1和节理2为不利组合；②对于坡面2，岩层产状和节理2为不利组合。即只有工况Ⅰ和Ⅵ能够形成楔形体，其稳定性计算结果见表4。

　　表4 三维楔形体计算结果

　　计算工况 结构面组合 安全系数F

　　 无桥台荷载 有桥台荷载

　　Ⅰ 坡面1、J1、J2 5.714 0.807

　　Ⅵ 坡面2、产状、J2 10.874 1.493

　　坡面1在节理1和节理2的控制作用下，受桥台荷载后安全系数小于1，稳定性差。剩余下滑力安全系数取1.20，剩余下滑力约74.9kN/m。

　　3、简化Bishop法计算稳定性

　　前面两种计算方法适用于坚硬～较坚硬层状、裂隙结构岩体边坡，对于强风化砂质泥岩适用性较差，宜采用简化Bishop法计算其稳定性。

　　桥台的尺寸为15.5m×3.7m，均布荷载大小为200kPa，坡高为2.695m，荷载宽度为3.7m（坡面1），计算结果见表5。

　　表5 坡面1下滑力计算（坡面1方向）

　　抗剪强度

　　参数 强风化 结构面

　　 C（kPa） Φ（°） C（kPa） Φ（°）

　　 35 15 50 18

　　桥台荷载作用下安全系数 0.57 0.76

　　剩余下滑力（kN/m） 170.48 121.40

　　天然状态下安全系数 2.68 3.37

　　注：剩余下滑力安全系数取1.20；安全系数使用方法：降低抗剪强度。

　　由于最危险滑面处安全系数最小，不一定代表剩余下滑力最大，所以需要进行验算。两组抗剪强度参数，最不利原则取c=35kPa,Φ=15°计算最大剩余下滑力。计算得出最大剩余下滑力为222.52kN。

　　坡面1和坡面2的物理模型基本一样，区别在于加载区域宽度不同（坡面1荷载宽度3.7m，坡面2荷载宽度15.5m）。由于坡面1模型所得安全系数最小的滑面位置和最大剩余下滑力的滑面位置均位于荷载宽度范围内，故坡面2计算过程类似。

　　经计算，左幅桥桩号K0+907.8桥台路堑边坡开挖至匝道设计标高（开挖2.695m）时剩余下滑力为最大值取222.52kN/m，开挖至匝道路槽底面（开挖3.351m）剩余下滑力为237.66kN/m。同理，可以得到右幅桥桩号K0+875.2桥台路堑边坡开挖至匝道设计标高（开挖2.253m）剩余下滑力最大值为179.29kN/m，开挖至路槽底面（开挖2.813m）剩余下滑力为180.914kN/m。

　　（三） 预应力锚索设计

　　1、锚固力的确定

　　为了避免群锚效应，锚索布置间距不小于2.5m。考虑到加固坡面高度较矮，本处锚索按一排布置。左幅桥桩号K0+907.8桥台路堑边坡，锚索一排布置，水平间距2.5m；右幅桥桩号K0+875.2桥台路堑边坡，锚索一排布置，锚索间距3m。

　　经计算左幅桥桥台路堑边坡开挖至路槽底面（开挖3.351m）设计锚固力为324.65kN/m，锚索钢绞线需8根；右幅桥桥台路堑边坡开挖至路槽底面（开挖2.813m）设计锚固力为261.16kN/m, 锚索钢绞线需8根。钢绞线型号为：1×7-15.20-1860-GB/T 5224—2003。

　　2、锚固长度的确定

　　锚索锚固长度应对锚杆体与注浆体的粘结长度和注浆体与地层间的粘结长度分别计算，取两者中的大值作为锚索锚固段长度。

　　表6 锚固长度计算

　　桩号 设计

　　锚固力

　　（kN/m） 锚索

　　间距 Lγ（m） Lξ（m） 最终锚固长度L（m）

　　左幅桥

　　K0+907.8 324.65 水平间距2.5m 9.48 2.6 10

　　右幅桥

　　K0+875.2 261.16 水平间距3m 9.15 2.5 10

　　《岩土锚杆（索）技术规程》CECS22：2005中7.6节规定：锚杆自由段长度应穿过潜在滑裂面不少于1.5m，并不应小于5.0m，本工程自由端长度取5.0m。经整体稳定性验算满足规范要求。

　　3、钢轨桩设计

　　钢轨抗滑桩是埋于滑体岩层中的抗滑桩，钢轨与围岩通过混凝土牢固结合成一体，在滑动面上下受弯曲产生抗力。

　　经计算得到钢轨桩埋入深度至少为6.43m，开挖高度2.695m，考虑到桥台基础不裸露出来，基础底面以上钢轨桩长度至少1m，最终确定钢轨长度11m。

　　在开挖底面位置每延米土压力大小为234kN，每延米弯矩为233kN·m。钢轨抗拉强度根据《铁路用热轧钢轨》 GB2585—2007 6.4节选取，同时考虑1.20安全系数的折减。

　　经计算，钢轨桩由2根43#钢轨并排焊接而成，孔径300mm，长度11m，间距1m，可提供每延米272kN·m的弯矩抗力，满足工程要求。

　　综上所述，左幅桥K0+907.8桥台路堑边坡内侧采用预应力锚索加固，锚索由8根1860级无粘结钢绞线组成，锚固长度10m，孔深15.3m，孔径150mm，一排布置，水平间距2.5m，共4根；外侧采用钢轨桩加固，钢轨桩采用两根43#钢轨并排焊接而成，桩长11m，孔深11.5m，孔径300mm，间距1m，共4根。

　　右幅桥K0+875.2桥台路堑边坡内侧采用预应力锚索加固，锚索由8根1860级无粘结钢绞线组成，锚固长度10m，孔深15.3m，孔径150mm，一排布置，水平间距3m，共3根；外侧采用钢轨桩加固，钢轨桩由两根43#钢轨并排焊接，桩长11m，孔深11.5m，孔径300mm，间距1m，共2根。

　　四、结束语

　　本项目桥台基础经上述加固处理后，桥台质量及其下匝道边坡工程安全质量得到了很好的保证。项目现已通车运行，该桥台基础工程质量状况良好尚未出现任何的工程病害，取得了良好的工程及社会效益。

　　参考文献：

　　[1] JTG D30-2004，《公路路基设计规范》[S].北京：人民交通出版社，2006.；

　　[2] CECS22，《岩土锚杆（索）技术规程》（S）.北京：中国标准出版社，2005.；

　　[3] GB 2585-2007，《铁路用热轧钢轨》（S）.北京：中国标准出版社，2007.。