2016--錨桿框架梁邊坡防護(hù)[1]

1、錨桿框架梁在邊坡防護(hù)中的應(yīng)用徐敏(陜西省公路勘察設(shè)計(jì)院 西安 郵編 710068)摘 要：隨著我國(guó)高速公路的迅猛發(fā)展，高速公路建設(shè)已向山區(qū)延伸，由于高填深挖大量出現(xiàn)，高邊坡的數(shù)量在急劇增加，這一定程度上破壞了當(dāng)?shù)卦械纳鷳B(tài)環(huán)境，坡體 的變形、失 穩(wěn)以及破壞頻發(fā)，對(duì)高速公路的施工和運(yùn)營(yíng)安全產(chǎn)生了較大的威脅。本文通過(guò)錨桿框架梁的設(shè) 計(jì)原理、施工原則、設(shè)計(jì)事例分析，充分肯定錨桿框架梁應(yīng)用于工程滑坡、高邊坡以及橋墩邊 坡防護(hù)以及配合抗滑樁、抗滑擋土墻等其他支擋工程對(duì)坡體進(jìn)行防護(hù)的良好防護(hù)效果。關(guān)鍵詞：錨桿框架梁 邊坡防護(hù) 設(shè)計(jì) 應(yīng)用引言 我省的高等級(jí)公路建設(shè)在近年得到了飛速發(fā)展，以“米”字型為骨架正逐

2、步實(shí) 現(xiàn)全省高速公路的網(wǎng)絡(luò)化。高速公路的建設(shè)極大的促動(dòng)了我省與國(guó)內(nèi)其他各省，以 及省內(nèi)各地區(qū)之間的文化經(jīng)濟(jì)發(fā)展，但隨著高等級(jí)公路建設(shè)的數(shù)量增加，等級(jí)、指 標(biāo)的提高， 高填深挖大量出現(xiàn)，高邊坡的數(shù)量在急劇增加， 這一定程度上破壞了當(dāng) 地原有的生態(tài)環(huán)境，坡體的變形、失穩(wěn)以及破壞頻發(fā)，對(duì)高速公路的施工和運(yùn)營(yíng)安 全產(chǎn)生了較大的威脅。我省地質(zhì)條件復(fù)雜，按地貌單元可劃分為陜北黃土高原區(qū)，陜南基巖山區(qū)和關(guān) 中盆地區(qū)。其邊坡破壞型式多樣，機(jī)理復(fù)雜，防護(hù)難度大，現(xiàn)邊坡防護(hù)已成為了高 速公路建設(shè)中需要認(rèn)真解決的課題。巖土錨固技術(shù)作為一種邊坡防護(hù)措施，于 20 世 紀(jì) 50 年代開(kāi)始在我國(guó)采用，近年我省高速公路建設(shè)

3、項(xiàng)目的邊坡防護(hù)中大量采用此項(xiàng) 技術(shù)，其 中錨桿框架梁以其防護(hù)效果好，使用范圍廣，造價(jià)不高，施工簡(jiǎn)易等特 點(diǎn) 得到了廣大科研單位和設(shè)計(jì)人員的認(rèn)可，大量使用在邊坡防護(hù)中。本文僅對(duì)錨桿框 架梁在邊坡防護(hù)中的一些問(wèn)題做基本闡述。1、錨桿框架梁的設(shè)計(jì) 在設(shè)計(jì)之前，應(yīng)在地質(zhì)調(diào)查、踏勘及資料收集的基礎(chǔ)上，對(duì)所治理坡體進(jìn)行相 應(yīng)的工程勘察，分析計(jì)算其自然狀態(tài)和工程開(kāi)挖后的坡體穩(wěn)定性，確定可能的破壞 型式，以最危險(xiǎn)破裂面作為設(shè)計(jì)依據(jù) ，利用極限平衡理論和 Bishop 法分析邊坡，得 出坡體的剩余下滑力(k = 1.25 ),以其作為坡體穩(wěn)定的最小錨固荷載。1.1 、原理：錨 桿框架梁是利用現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架進(jìn)

4、行邊坡的坡面防護(hù)，并通 過(guò)錨桿錨固坡體的一種邊坡防護(hù)技術(shù)。其與公路環(huán)境美化相結(jié)合，利用框架梁護(hù)坡 在鋼筋混凝土框架之內(nèi)充填 預(yù)制空心六棱塊植草綠化坡面，達(dá)到環(huán)保美觀的效果 。 錨桿框架梁主要是通過(guò)框架 梁節(jié)點(diǎn)處的錨 桿將邊坡坡體的剩余下滑力或土、巖石壓 力傳遞給穩(wěn)定地層，使邊坡在錨桿提供的錨固力作用下達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。1.2 、特點(diǎn)：錨桿框架梁具有防護(hù)效果好，適用范圍廣，型式多樣，布置靈活， 截面易于調(diào)整，框架梁可緊貼坡面，隨坡就勢(shì)，造價(jià)不高，施工方便等特點(diǎn)。1.3 、布置型式：在框架梁的各個(gè)節(jié)點(diǎn)處，預(yù)先設(shè)置注漿錨桿，待其具有一定強(qiáng)度后，再在坡面 上施工框架梁。一般情況下，框架梁基礎(chǔ)深入坡面以下

5、50cm在框架梁頂部設(shè)置50cm 厚的漿砌片石鑲邊工程防護(hù)坡頂，以減少水下滲到坡體內(nèi)破壞坡體的穩(wěn)定性。其具 體布置型式見(jiàn)圖1(圖中框架梁，豎肋、橫梁采用400X 400mm勺截面，錨桿間距2.5m, 每 7.5 米一片錨桿框架梁) 。1.4 、錨桿：錨桿支護(hù)與傳統(tǒng)勺支護(hù)存在著根本不同和突出勺優(yōu)越性，其不是被動(dòng)承受巖土 體產(chǎn)生勺荷載，而是主動(dòng)加固巖土體，有效控制其變形，防止巖土體坍塌破壞勺發(fā) 生， 屬于一種主動(dòng)防護(hù)技術(shù)。 在我省已建成和正新建勺高速公路勺邊坡防護(hù)中多數(shù) 使用勺是非預(yù)應(yīng)力等截面全粘結(jié)型錨桿，下面對(duì)此類(lèi)錨桿作簡(jiǎn)單介紹。1.4.1 錨固原理：坡體在自然狀態(tài)下自身具有一定勺強(qiáng)度和剛度，由

6、于降雨及工程原因，破壞了 其自身勺穩(wěn)定性，而產(chǎn)生變形破壞。錨桿支護(hù)是通過(guò)將錨桿設(shè)置在巖土體內(nèi)部，來(lái) 提供維持坡體穩(wěn)定勺所需要勺錨固力，其作用主要表現(xiàn)在：( 1 )、注漿錨桿改變巖土體勺性質(zhì) ：設(shè)置了注漿錨桿勺巖土體，一方面，注漿 體將鉆孔部分勺巖土體置換出來(lái)，從而提高了坡體勺強(qiáng)度，另一方面，鉆孔中注漿 時(shí)一般采用不小于0.3Mpa的壓力注漿，漿液沿著巖土體裂縫擴(kuò)滲，在周?chē)纬赡z結(jié) 網(wǎng)，大大提高了其C、©值，使巖土體的強(qiáng)度和剛度提高，保證坡體的整體穩(wěn)定性進(jìn)(2)、注漿錨桿與巖土體的相互作用：錨桿作為一種傳力桿件，是依靠錨固段桿 體與穩(wěn)定地層間的錨固力來(lái)提供足夠的 抗滑力， 同時(shí)錨固體與

7、巖土體之間的粘結(jié)能 大大提高潛 在滑移面上的抗剪強(qiáng)度 ，有效的阻止坡體變形位移。1.4.2 、結(jié)構(gòu)：錨桿作為一種傳力的結(jié)構(gòu)體系，其主要由錨頭、自由段、錨固段、及錨桿配件 組成。(具體見(jiàn)圖2)143、設(shè)計(jì)：143.1、設(shè)計(jì)基本原則在巖土體中確定使用錨桿時(shí)，應(yīng)充分研究錨桿工程的安全性、經(jīng)濟(jì)性和施工可 行性，認(rèn)真調(diào)查與錨固工程有關(guān)的地形、場(chǎng)地、周?chē)延薪ㄖ?、地下埋設(shè)物、道 路交通和氣象等事項(xiàng)，并進(jìn)行工程地質(zhì)鉆探及有關(guān)巖土物理力學(xué)性能試驗(yàn)，提供錨 固工程范圍內(nèi)巖土性狀、抗剪強(qiáng)度、地下水等資料，對(duì)于土層，則還應(yīng)掌握標(biāo)準(zhǔn)貫 入值、顆粒級(jí)配、含水量和塑限。 對(duì)使用期限在2年以上的工程錨桿，應(yīng)按永久性 錨桿

8、設(shè)計(jì)。錨桿錨筋一般采用級(jí)螺紋鋼筋，直徑 2232,長(zhǎng)度一般不超過(guò)20m 間距為1.55.0m,間距過(guò)大，錨桿分散，設(shè)計(jì)錨固力過(guò)大，偏于不安全；間距小于 1.5m，易產(chǎn)生群錨效應(yīng)，經(jīng)濟(jì)性差。工程實(shí)例中錨桿間距多為2.5與3.0m。一般錨桿的俯角工程中多采用與水平呈 1535°的夾角，俯角愈大，有利于抵抗側(cè)壓力的 水平分力，但是由于垂直分力過(guò)大，產(chǎn)生不利影響。圖1錨桿框架梁布置型式平面示意圖圖2錨桿結(jié)構(gòu)示意圖1-桿體；2-鉆孔；3-連接鋼筋；4-支架；5-導(dǎo)向鋼筋；L1-自由段；L2-錨固段；L3-沉渣段、錨桿的設(shè)計(jì)(1) 、錨桿的長(zhǎng)度一般為錨固段長(zhǎng)度、自由段長(zhǎng)度以及外錨段長(zhǎng)度之和。錨桿

9、自 由段長(zhǎng)度按外錨頭到潛在滑裂面的長(zhǎng)度計(jì)算，而錨固段長(zhǎng)度則由中的計(jì)算 確定。同時(shí)，土層錨桿錨固段長(zhǎng)度宜大于 4.0m、小于14.0m，巖石錨桿錨固段長(zhǎng)度 宜大于3.0m、小于10.0m。(2) )錨桿的錨頭設(shè)計(jì)是由錨桿桿體在端部加工成一角度，與防護(hù)坡面坡度一致， 通過(guò)連接鋼筋固定在框架梁中，與框架梁澆注成為一整體。3)、錨桿尾端焊接的導(dǎo)向鋼筋，主要作用是放置錨桿時(shí)起到導(dǎo)向作用，使其位于鉆孔中間。(4)、錨桿中布置的鋼筋支架沿錨桿軸線方向每隔 1.02.0m設(shè)置一個(gè)，而對(duì)于 巖石錨桿支架間距可適當(dāng)增大至 2.02.5m,實(shí)際應(yīng)用中一般采用2.0m間距設(shè)置。 其主要作用是保證錨桿位于鉆孔的中間，使

10、注漿體均勻包裹在錨桿周?chē)峁┕潭?的錨固力。( 5)、在無(wú)特殊要求時(shí),錨桿漿體一般采用 1：1 的水泥砂漿,水灰比在 0.38 0.45之間選擇，其強(qiáng)度設(shè)計(jì)值不宜低于M20其注漿壓力工程中一般考慮不低于0.3MPa,在一次注漿后，要進(jìn)行二次加壓注漿，使?jié){體充滿鉆孔及其巖土體裂隙中， 提高錨固強(qiáng)度，保證工程安全性。1.4.4 、錨桿的施工 錨桿施工質(zhì)量的好壞將直接影響錨桿的承載力和邊坡穩(wěn)定安全， 一般在施工前應(yīng)根據(jù)工程施工條件和地質(zhì)條件選擇適宜的施工方法，認(rèn)真組織施工。在施工工程中 如遇與設(shè)計(jì)不符的地層，應(yīng)及時(shí)報(bào)告設(shè)計(jì)人員，以作變更處理。1.4.5 、錨桿的性能試驗(yàn)錨桿的性能試驗(yàn)是 在錨固工程

11、開(kāi)工前為了檢驗(yàn)設(shè)計(jì)錨桿性能所進(jìn)行的錨桿破壞 性抗拔試驗(yàn) ，其目的是為了確定錨桿的極限承載力，檢驗(yàn)錨桿在超過(guò)設(shè)計(jì)拉力并接 近極限拉力條件下的工作性能和安全程度，及時(shí)發(fā)現(xiàn)錨桿設(shè)計(jì)施工中的缺陷，以便 在正式使用錨桿前調(diào)整錨桿結(jié)構(gòu)參數(shù)或改進(jìn)錨桿制作工藝。性能試驗(yàn)的錨桿數(shù)量一般為三根， 用作性能試驗(yàn)的錨桿參數(shù)、 材料和施工工藝必 須與工程錨桿相同，而且必須在與安設(shè)工程錨桿相同且具有代表性的地層中進(jìn)行。張拉工程中采用逐級(jí)循環(huán)加荷，測(cè)得(CS)曲線。1.5、框架梁 在我省邊坡防護(hù)中，采取錨桿框架梁防護(hù)的坡體中，框架梁主要是以現(xiàn)澆鋼筋 混凝土為主，其主要型式有方型、菱形、人字型及弧型四種型式。 其中以方型應(yīng)用

12、 最為廣泛?？蚣芰好?.48m 一片，每片之間留2cm伸縮縫，縫間用浸瀝青木板填充。每片 框架梁有三根豎肋，橫梁數(shù)量根據(jù)每一級(jí)邊坡高度做具體調(diào)整。其采用現(xiàn)澆鋼筋混 凝土，澆注應(yīng)一次性完成，其鋼筋配置按簡(jiǎn)支梁的理論設(shè)計(jì)，參考混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行。框架梁平放在坡面上，底部夯實(shí)平整，保證框架梁布置的隨坡就勢(shì)。1.6、預(yù)制六棱空心塊對(duì)邊坡進(jìn)行防護(hù)的同時(shí)，應(yīng)考慮坡面的綠化問(wèn)題。錨桿框架梁防護(hù)時(shí)，通過(guò)在 框架內(nèi)填充預(yù)制混凝土空心六棱塊，六棱塊內(nèi)填土植草，達(dá)到了較好的綠化效果， 空心塊尺寸一般選取外徑36cm 40cm大的還有做到60、70cm的，這要由邊坡坡率 以及巖性綜合考慮。黃延線褳褡溝特大橋3#橋

13、墩邊坡防護(hù)，由于坡率較陡，設(shè)計(jì)中 將六棱塊預(yù)制成直角梯形的，交錯(cuò)布置，達(dá)到在框架內(nèi)穩(wěn)定的結(jié)果，同時(shí)收到美觀 的意外效果。2錨桿框架梁的應(yīng)用錨桿框架梁主要應(yīng)用于工程滑坡、高邊坡以及橋墩邊坡防護(hù)，其配合抗滑樁、 抗滑擋土墻等其他支擋工程對(duì)坡體進(jìn)行防護(hù)，并取得了較好的防護(hù)效果。(1)、西安柞水高速公路 K28+452- +681段高邊坡該段路線位于石砭峪水庫(kù)東岸斜坡地帶，由于該段地形高陡，路基開(kāi)挖形成最 大高度62米、長(zhǎng)度200余米的高邊坡，2004年10月，受連續(xù)降雨影響，部分坡面 產(chǎn)生滑塌，總方量1000余方，阻礙了施工的正常進(jìn)行及該段邊坡的整體穩(wěn)定性。該段坡體巖性復(fù)雜，坡頂出露薄層殘坡積或坡洪

14、積粘性土，下覆風(fēng)化花崗巖， 節(jié)理裂隙發(fā)育，原巖成分及結(jié)構(gòu)已基本破壞，并發(fā)育有巖土接觸面。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查 資料和原治理設(shè)計(jì)內(nèi)容，進(jìn)行了加固設(shè)計(jì)。主要采用卸載、抗滑樁及抗滑擋土墻支 擋，結(jié)合錨桿框架梁和拱形骨架護(hù)坡在中部坡面進(jìn)行防護(hù)。其具體內(nèi)容如下表：工程名稱治理內(nèi)容卸載依據(jù)設(shè)計(jì)坡面線，將 K28+455K28+670段邊坡的上部卸載，方量13000方?？够瑯对贙28+533K28+601段布置2.4 X 1.8m抗滑樁12根，間距6米。樁間用擋土板連接，擋土板前布置花籃墻，綠化坡面。抗滑擋土墻在K28+455K28+533段布置高4m的抗滑擋土墻，長(zhǎng)度 78米。錨桿框架梁布置于一、二、三級(jí)坡面，共

15、計(jì)53片，錨桿675根。骨架護(hù)坡在四級(jí)以及四級(jí)以上坡面布置，坡率1 : 1,防護(hù)面積3926卅。仰斜排水孔在K28+455+588段布置23根30m長(zhǎng)的仰斜排水孔， 與碎落臺(tái)垂距1m傾角5 °，間距6m=此段高邊坡設(shè)計(jì)由于地質(zhì)條件變化較大，巖土接觸面分布不規(guī)則，則防護(hù)時(shí)大致將其劃分為三段。K28+45A530段,花崗巖風(fēng)化較強(qiáng)，出露較高，巖土接觸面為一 弧形，治理采用抗滑擋土墻+錨桿框架梁和拱形骨架護(hù)坡防護(hù)；K28+53曠+600 段, 堆積殘坡積粘性土，基巖在路基標(biāo)高以下，巖土接觸面呈“ V'字型，屬于危險(xiǎn)地段, 治理中采用抗滑樁+錨桿框架梁和拱形骨架護(hù)坡防護(hù)（見(jiàn)圖 3）;

16、 K28+60曠+670段, 基巖風(fēng)化較弱，出露不高，表面完好，治理中采用錨桿框架梁和拱形骨架護(hù)坡防護(hù)。此處高邊坡設(shè)計(jì)中，錨桿框架梁主要作用是為防治坡體中部的淺表層滑塌和坡面沖 刷，并通過(guò)綠化改善其整體美觀性。飆-圖3西安柞水高速公路 K28+452K28+681段高邊坡加固工程治理斷面（圖中尺寸以厘米計(jì)）（2）、黃陵延安高速公路老莊河特大橋3井橋墩下邊坡該段邊坡，坡體高度約40米，角度4055°,表面覆蓋有大約3、4米厚的虛 土，產(chǎn)生部分滑溜，破壞了坡體的整體穩(wěn)定性，將對(duì)3#橋墩的安全產(chǎn)生威脅。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘察測(cè)量資料，對(duì)該邊坡進(jìn)行治理。其治理工程內(nèi)容如下表。工程名稱治理內(nèi)容抗滑擋土墻

17、布設(shè)于原有便道以上，共計(jì)45米，米用7.5#漿砌片石砌筑。錨桿框架梁在二、一級(jí)坡面布置錨桿框架梁，錨桿長(zhǎng)度分別為10、12米。橋墩(臺(tái))防護(hù)，由于橋梁在高速公路中的重要性，其修建所形成的邊坡一般 存在坡體陡峭不規(guī)則，坡率較陡，防護(hù)空間小，施工場(chǎng)地有限等特點(diǎn)。所以對(duì)橋墩(臺(tái))的邊坡防護(hù)時(shí)，簡(jiǎn)單的坡率法和支擋工程一般造價(jià)大，防護(hù)效果不好，此次 治理中錨桿框架梁的應(yīng)用，具有布置靈活，型式易調(diào)整，防護(hù)安全系數(shù)高的特點(diǎn)， 實(shí)踐中也取得了較好的防護(hù)效果，另外黃陵延安高速公路褳褡溝特大橋的 3 #橋墩 邊坡防護(hù)中也應(yīng)用到了錨桿框架梁。4、小結(jié)通過(guò)上述，我們對(duì)錨桿框架梁在高速公路邊坡防護(hù)中的應(yīng)用有了進(jìn)一步的了解 和認(rèn)識(shí)。通過(guò)對(duì)各個(gè)工程中應(yīng)用情況的調(diào)查，錨桿框架梁都取得了良好的防護(hù)效果， 其美觀性也得到認(rèn)可。具體表現(xiàn)在(1) 、穩(wěn)定性和整體性錨桿框架梁作為一種主動(dòng)防護(hù)，通過(guò)全粘結(jié)型的錨桿與巖土體的穩(wěn)定地層錨固 在一起，提供錨固力承受坡體的剩余下滑力，其有效地利用了巖土體自身所具有的 強(qiáng)度和剛度，將下滑力傳遞到穩(wěn)定地層中，轉(zhuǎn)嫁給錨固體的抗拔力。同時(shí)框架梁作 為一個(gè)整體，在各個(gè)節(jié)點(diǎn)處都布置有錨桿，可