格構(gòu)錨固設(shè)計(jì)與施工

格構(gòu)加固邊坡的設(shè)計(jì)與施工 內(nèi)容提要格構(gòu)的特點(diǎn)和適用范圍格構(gòu)的結(jié)構(gòu)型式及其布置邊坡格構(gòu)加固設(shè)計(jì)格構(gòu)的施工 1概述1 1格構(gòu)的作用 特點(diǎn)及適用條件格構(gòu)加固技術(shù)是利用漿砌塊石 現(xiàn)澆鋼筋混凝土或預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土進(jìn)行邊坡坡面防護(hù) 并利用錨桿或錨索加以固定的一種邊坡加固技術(shù) 格構(gòu)技術(shù)一般與環(huán)境美化相結(jié)合 利用框格護(hù)坡 同時(shí)在框格之內(nèi)種植花草可以達(dá)到極其美觀的效果 這種技術(shù)在地質(zhì)災(zāi)害治理 公路高陡邊坡加固中被廣泛采用 其護(hù)坡達(dá)到既美觀又安全的良好效果 格構(gòu)的主要作用是將邊坡坡體的剩余下滑力或土壓力 巖石壓力分配給格構(gòu)結(jié)點(diǎn)處的錨桿或錨索 然后通過(guò)錨索傳遞給穩(wěn)定地層 從而使邊坡坡體在由錨桿或錨索提供的錨固力的作用下處于穩(wěn)定狀態(tài) 因此就格構(gòu)本身來(lái)講僅僅是一種傳力結(jié)構(gòu) 而加固的抗滑力主要由格構(gòu)結(jié)點(diǎn)處的錨桿或錨索提供 一般提及到的格構(gòu)加固技術(shù)是一種廣義的術(shù)語(yǔ) 它包含了格構(gòu)本身和錨桿 索 兩部分 邊坡格構(gòu)加固技術(shù)具有布置靈活 格構(gòu)形式多樣 截面調(diào)整方便 與坡面密貼 可隨坡就勢(shì)等顯著優(yōu)點(diǎn) 并且框格內(nèi)視情況可掛網(wǎng) 鋼筋網(wǎng) 鐵絲網(wǎng)或土工網(wǎng) 植草 噴射混凝土進(jìn)行防護(hù) 也可用現(xiàn)澆混凝土 鋼筋混凝土或素凝土 板進(jìn)行加固 根據(jù)格構(gòu)的特點(diǎn)和作用 格構(gòu)加固技術(shù)特別適用于坡度較陡 坡體巖土均勻且較堅(jiān)硬的公路邊坡或公路滑坡 但應(yīng)當(dāng)注意 對(duì)于不同穩(wěn)定性的邊坡應(yīng)采用不同的格構(gòu)形式和錨固形式的組合進(jìn)行加固或坡面防護(hù) 例如 當(dāng)邊坡坡度較緩 穩(wěn)定性好 只因前緣表層開(kāi)挖局部出現(xiàn)塌滑時(shí) 可修整坡面后 采用漿砌塊石格構(gòu)護(hù)坡 必要時(shí)可加系統(tǒng)錨桿錨固 如果邊坡較陡 穩(wěn)定性差 則應(yīng)選擇現(xiàn)澆鋼筋混凝土格構(gòu)加錨桿 索 進(jìn)行加固 而對(duì)于穩(wěn)定性差 下滑力大的滑坡 可用現(xiàn)澆鋼筋混凝土格構(gòu)加預(yù)應(yīng)力錨桿 索 進(jìn)行加固 1 2格構(gòu)的結(jié)構(gòu)型式及其布置根據(jù)格構(gòu)采用的材料不同 格構(gòu)可分為漿砌塊石格構(gòu) 現(xiàn)澆鋼筋混凝土格構(gòu)和預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土格構(gòu) 又稱PC格構(gòu) 其中PC格構(gòu)在日本應(yīng)用較為廣泛 并有較為完善的設(shè)計(jì)施工規(guī)范 目前我國(guó)在邊坡工程中主要使用漿砌塊石和現(xiàn)澆鋼筋混凝土格構(gòu) 格構(gòu)的常用型式有4種 1 方型 指順邊坡傾向和沿邊坡走向設(shè)置方格狀格構(gòu) 如圖1所示 2 菱型 沿平整邊坡坡面斜向設(shè)置格構(gòu) 如圖2所示 3 人字型 按順邊坡傾向設(shè)置漿砌塊石條帶 沿條帶之間向上設(shè)置人字型漿砌塊石拱或鋼筋混凝土 如圖3所示 4 弧型 按順邊坡傾向設(shè)置漿砌塊石或鋼筋混凝土條帶 沿條帶之間向上設(shè)置弧型漿砌塊石拱或鋼筋混凝土 如圖4所示 2邊坡格構(gòu)加固設(shè)計(jì)2 1格構(gòu)加固設(shè)計(jì)的一般要求格構(gòu)設(shè)計(jì)必須充分考慮工程的服務(wù)期限 服務(wù)期限一般不少于被保護(hù)對(duì)象的設(shè)計(jì)使用年限 設(shè)計(jì)之前 應(yīng)在調(diào)查 收集 分析原有地形 地質(zhì)資料的基礎(chǔ)上 進(jìn)行詳細(xì)工程地質(zhì)勘察 進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)鉆探和各種試驗(yàn) 搞清楚地質(zhì)體的強(qiáng)度 滲透性 斷層和節(jié)理的形態(tài)與產(chǎn)狀 以及邊坡的環(huán)境地質(zhì)條件 并對(duì)邊坡穩(wěn)定系數(shù)進(jìn)行計(jì)算 作為設(shè)計(jì)的依據(jù) 邊坡設(shè)計(jì)荷載應(yīng)包括邊坡體自重 靜水壓力 滲透壓力 孔隙水壓力 地震力等 對(duì)于整體穩(wěn)定性好 并滿足設(shè)計(jì)安全系數(shù)要求的邊坡 可采用漿砌塊石格構(gòu)進(jìn)行護(hù)坡 采用經(jīng)驗(yàn)類比法進(jìn)行設(shè)計(jì) 坡度一般不大于35 即1 1 7 當(dāng)邊坡高度超過(guò)30m時(shí) 須設(shè)馬道放坡 馬道寬2 0 3 0m 如圖5所示 對(duì)于整體穩(wěn)定性好 但前緣出現(xiàn)溜滑或坍滑的公路滑坡 或坡度大于35 的高陡邊坡 宜采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土格構(gòu)進(jìn)行護(hù)坡 并采用錨桿進(jìn)行加固 采用經(jīng)驗(yàn)類比和極限平衡法相結(jié)合的方法進(jìn)行設(shè)計(jì) 錨桿須穿過(guò)潛在滑面3 4 0m 且采用全粘結(jié)灌漿 對(duì)于整體穩(wěn)定性差 且前沿坡面須防護(hù)和美化的滑坡 宜采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土格構(gòu)與預(yù)應(yīng)力錨索進(jìn)行防護(hù) 而對(duì)于整體穩(wěn)定性差 滑坡推力過(guò)大 且前沿坡面須防護(hù)和美化的滑坡 宜采用預(yù)制預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土格構(gòu)與預(yù)應(yīng)力錨索進(jìn)行防護(hù) 2 2錨固荷載的計(jì)算對(duì)于采用格構(gòu)加固的高陡邊坡設(shè)計(jì) 首要的問(wèn)題是計(jì)算錨固荷載 邊坡在設(shè)計(jì)所提供的錨固荷載的作用下應(yīng)處于穩(wěn)定 并且穩(wěn)定性系數(shù)應(yīng)達(dá)到規(guī)范要求 通常情況下 計(jì)算錨固荷載應(yīng)根據(jù)邊坡的破壞類型確定計(jì)算方法 對(duì)于無(wú)連續(xù)滑動(dòng)面的直立或近直立的邊坡 在采用錨桿 索 擋墻加固時(shí) 可以采用土壓力理論計(jì)算土壓力或巖石壓力 然后確定錨固荷載 這類問(wèn)題在擋土墻設(shè)計(jì)中有詳細(xì)介紹 而對(duì)于具有連續(xù)的潛在滑動(dòng)面的邊坡 采用條分法穩(wěn)定性進(jìn)行錨固荷載反算 2 3格構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算根據(jù)計(jì)算求得的錨固荷載和邊坡實(shí)際情況 確定錨索的布置及各錨索的設(shè)計(jì)錨固力 然后計(jì)算格構(gòu)的內(nèi)力 計(jì)算格構(gòu)內(nèi)力目前常用以下幾種近似方法 1 將兩個(gè)錨固點(diǎn)之間的格構(gòu)梁簡(jiǎn)化為一個(gè)簡(jiǎn)支梁 如圖6所示 梁上的分布荷載p根據(jù)梁兩端的錨索最大設(shè)計(jì)荷載T按下式近似計(jì)算 1 式中 p1 p2 與T1 T2對(duì)應(yīng)的荷載集度 l 兩錨索之間格構(gòu)梁的長(zhǎng)度 T1 T2 格構(gòu)梁兩端錨索的設(shè)計(jì)荷載 如果T1 T2 T 則格構(gòu)梁上的荷載均勻分布 有p1 p2 p T l 2 該模型計(jì)算雖然簡(jiǎn)便 但存在以下存在以下缺陷 1 沒(méi)考慮錨索設(shè)計(jì)錨固力在縱橫兩個(gè)格構(gòu)方向上的分配 計(jì)算出的格構(gòu)內(nèi)力偏于保守 2 沒(méi)有考慮錨索處格構(gòu)梁的連續(xù)性 即忽略了錨索處格構(gòu)梁的負(fù)彎矩作用 與實(shí)際受力狀況有很大差異 2 將兩條伸縮縫之間的格構(gòu)梁視作支撐在錨索處的多跨連續(xù)梁 各跨荷載仍按 1 式計(jì)算 當(dāng)各跨荷載不等且為不均勻分布時(shí) 可取最不利跨的荷載按等效均布荷載計(jì)算 如圖7所示 該模型計(jì)算比較簡(jiǎn)單 但仍有以下兩個(gè)缺陷 1 仍沒(méi)考慮錨索設(shè)計(jì)錨固力在縱橫兩個(gè)格構(gòu)方向上的分配 計(jì)算出的格構(gòu)內(nèi)力偏于保守 2 忽略了格構(gòu)梁各跨之間實(shí)際存在的荷載差異 3 剛性梁彈性地基反力直線分布假定 1 將坡面反力視為作用在格構(gòu)上的荷載 把錨桿作用點(diǎn)看作支座 將格構(gòu)作為倒置的交叉梁格體系來(lái)進(jìn)行計(jì)算 2 認(rèn)為整個(gè)格構(gòu)為剛性 假定坡面反力呈均勻直線分布 將橫梁和縱梁看成相互獨(dú)立的連續(xù)梁 其計(jì)算模型如圖8所示 這種計(jì)算模型假設(shè)地基反力為直線分布 為了確定地基反力的分布圖形 只需先求出兩端地基反力集度p1和p2 未知數(shù)p1和p2可由平衡方程 Y 0和 M 0求出 因此 問(wèn)題簡(jiǎn)化為靜定問(wèn)題 未知數(shù)p1和p2也可以利用偏心受壓地基的應(yīng)力公式來(lái)求解 當(dāng)p1和p2求得后 就可應(yīng)用截面法求出格構(gòu)梁上各截面的內(nèi)力 此種算法非常簡(jiǎn)便 但與地基梁的實(shí)際情況有很大差異 只適用于絕對(duì)剛性梁這種特殊情況 4 Winkler彈性地基梁法Winkler假設(shè)認(rèn)為 地基表面任一點(diǎn)的沉降y與該點(diǎn)單位面積上所受的壓力p成正比 而與作用在其他各點(diǎn)的應(yīng)力無(wú)關(guān) 即 p ky 式中 k為基床系數(shù) kN m2 可根據(jù)試驗(yàn)場(chǎng)地土質(zhì)特性或現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試來(lái)確定 這種地基模型的一個(gè)重要特征是 地基模擬為剛性底座上的一系列相互獨(dú)立的彈簧 如圖9所示 當(dāng)?shù)鼗砻嫔夏骋稽c(diǎn)作用壓力p時(shí) 由于彈簧是彼此獨(dú)立的 因此在荷載作用下的區(qū)域內(nèi)立刻產(chǎn)生位移而在此區(qū)域以外的位移為零 而且 無(wú)論是土承受一個(gè)無(wú)限的剛性荷載或是承受一個(gè)均布的柔性荷載 受荷區(qū)域的位移將恒為常數(shù) 因此 這種地基模型稱作局部彈性地基模型 格構(gòu)梁受錨桿錨固力的作用壓在坡面上 使坡面對(duì)梁產(chǎn)生反作用力 格構(gòu)梁可視為作用于地基上的梁 梁受到錨固力和基底反力的作用 計(jì)算時(shí)先把格構(gòu)梁拆分成橫梁與縱梁 然后再分別進(jìn)行計(jì)算 在進(jìn)行錨固力的縱 橫向分配時(shí) 不考慮縱梁和橫梁的扭轉(zhuǎn)效應(yīng) 不討論格構(gòu)梁與坡體的相對(duì)剛度對(duì)地基壓力的影響 2 4錨桿錨固力在節(jié)點(diǎn)上的分配問(wèn)題前述各種計(jì)算方法均是將縱橫格構(gòu)梁分離起來(lái) 按單個(gè)方向受力來(lái)計(jì)算的 沒(méi)有考慮兩個(gè)方向均能傳遞錨固荷載 為了解決節(jié)點(diǎn)處錨桿錨固力在縱 橫2個(gè)方向的分配問(wèn)題 可采用彈性地基梁計(jì)算中的 節(jié)點(diǎn)形狀分配系數(shù)法 對(duì)其進(jìn)行分配 分配公式如式 3 3 式中 pi為作用在第i個(gè)結(jié)點(diǎn)上的垂直于坡面方向上的錨桿分力 kN pix piy為pi在結(jié)點(diǎn)處分配給橫 縱梁上的分力 kN bx by分別為橫 縱梁的寬度 m Sx Sy分別為橫 縱梁的彈性特征長(zhǎng)度 m S 4EI bk 1 4 EI為梁的剛度 kN m2 b為梁的寬度 m k為地基反力系數(shù) kN m3 如圖10所示 2 5格構(gòu)梁的配筋計(jì)算按上述各種方法之一求得格構(gòu)梁的荷載后 便可計(jì)算格構(gòu)梁的彎矩和剪力 再按受彎構(gòu)件來(lái)驗(yàn)算格構(gòu)梁的強(qiáng)度和進(jìn)行配筋計(jì)算 2 6格構(gòu)的構(gòu)造要求1 漿砌塊石格構(gòu)漿砌塊石格構(gòu)可分為方型 菱型 人字型和弧型四種型式 各種型式格構(gòu)水平間距均應(yīng)小于3 0m 漿砌塊石斷面設(shè)計(jì)以類比法為主 采用的斷面高 寬一般不小于300mm 200mm 漿砌塊石格構(gòu)邊坡坡面應(yīng)平整 坡度一般小于35 為了保證格構(gòu)的穩(wěn)定性 可根據(jù)巖土體結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度在格構(gòu)節(jié)點(diǎn)設(shè)置錨桿 系統(tǒng)錨桿長(zhǎng)度一般3 5m 全粘結(jié)灌漿 若巖土體較為破碎和易溜滑時(shí) 可采用錨桿加固 加固錨桿長(zhǎng)度由計(jì)算確定 全粘結(jié)灌漿 注漿壓力一般為0 5 1 0MPa 2 現(xiàn)澆鋼筋混凝土格構(gòu)現(xiàn)澆鋼筋混凝土格構(gòu)同樣有方型 菱型 人字型和弧型四種型式 方型和菱型格構(gòu)水平間距均應(yīng)小于5 0m 人字型和弧型格構(gòu)水平間距均應(yīng)小于4 5m 鋼筋混凝土格構(gòu)斷面設(shè)計(jì)應(yīng)采用簡(jiǎn)支梁法進(jìn)行彎矩計(jì)算 并采用類比法校核 一般斷面高 寬不小于300mm 250mm 格構(gòu)縱向鋼筋應(yīng)采用 14以上直徑的 級(jí)螺紋鋼筋 箍筋應(yīng)采用 6以上直徑的鋼筋 格構(gòu)混凝土強(qiáng)度等級(jí)不應(yīng)低于C25 現(xiàn)澆鋼筋混凝土格構(gòu)護(hù)坡的坡面應(yīng)平整 坡度一般不大于70 當(dāng)邊坡高于30m時(shí) 應(yīng)設(shè)置馬道 為了保證格構(gòu)護(hù)坡的穩(wěn)定性 根據(jù)巖土體結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度在格構(gòu)節(jié)點(diǎn)設(shè)置錨桿 錨桿應(yīng)采用 25 40直徑的HRB335級(jí)或HRB400級(jí)鋼筋加工 系統(tǒng)錨桿長(zhǎng)度一般3 5m 加固錨桿長(zhǎng)度由計(jì)算確定 全粘結(jié)灌漿 并與格構(gòu)鋼筋主筋點(diǎn)焊連接 如果是整體穩(wěn)定性差或下滑力較大的滑坡 應(yīng)采用預(yù)應(yīng)力錨索進(jìn)行加固 不論是漿砌塊石格構(gòu)還是現(xiàn)澆鋼筋混凝土格構(gòu) 均應(yīng)每隔10 25m寬度設(shè)置伸縮縫 縫寬2 3cm 填塞瀝青麻筋或?yàn)r青木板 同時(shí)為了美化環(huán)境和防護(hù)表層邊坡 在格構(gòu)間應(yīng)培土和植草 3格構(gòu)的施工3 1漿砌塊石格構(gòu)的施工要點(diǎn)1 漿砌塊石格構(gòu)應(yīng)嵌置于邊坡中 嵌置深度大于格構(gòu)截面高度的2 3 2 漿砌塊石格構(gòu)護(hù)坡坡面應(yīng)平整 密實(shí) 無(wú)表層溜滑體和蠕滑體 3 格構(gòu)可采用毛石或條石 但毛石最小厚度應(yīng)大于150mm 強(qiáng)度應(yīng)大于Mu30 用水泥砂漿漿砌 砂漿強(qiáng)度不應(yīng)低于M7 5 4 格構(gòu)每隔l0 25m寬度設(shè)置伸縮縫 縫寬2 3cm 填塞瀝青麻筋或?yàn)r青木板 3 2現(xiàn)澆鋼筋混凝土格構(gòu)的施工要點(diǎn)1 鋼筋混凝土格構(gòu)可嵌置于邊坡中或上覆在邊坡上 2 鋼筋混凝土格構(gòu)護(hù)坡坡面應(yīng)平整 夯實(shí) 無(wú)溜滑體 蠕滑體和松動(dòng)巖塊 3 用于格構(gòu)的鋼筋應(yīng)專門(mén)建庫(kù)堆放 避免污染和銹蝕 水泥一般使用425 普通硅酸鹽水泥 避免使用受潮和過(guò)期水泥 砂石料的雜質(zhì)和有機(jī)質(zhì)的含量應(yīng)符合 混凝土結(jié)構(gòu)工程施工及驗(yàn)收規(guī)范 GBJ50204 92 的有關(guān)規(guī)定 4 應(yīng)對(duì)邊坡開(kāi)挖的巖性及結(jié)構(gòu)進(jìn)行編錄和綜合分析 將開(kāi)挖的巖性與設(shè)計(jì)對(duì)比 出入較大時(shí) 應(yīng)進(jìn)行變更處埋 5 開(kāi)挖的棄渣應(yīng)按設(shè)計(jì)的要求堆放 不得造成次生災(zāi)害 4國(guó)外格構(gòu)加固技術(shù)簡(jiǎn)介前述格構(gòu)加固技術(shù)主要是針對(duì)我國(guó)邊坡工程中常用的漿砌塊石格構(gòu)和現(xiàn)澆鋼筋混凝土格構(gòu) 下面簡(jiǎn)要介紹在日本廣泛應(yīng)用的PC格構(gòu)加固技術(shù)和QS格構(gòu)加固技術(shù) 4 1PC格構(gòu)加固技術(shù)簡(jiǎn)介PC PrestressConcreteFrameAnchorMethod 格構(gòu)加固技術(shù)是從錨固技術(shù)發(fā)展起來(lái)的 它是由預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土框架和灌漿錨索組成 它將傳統(tǒng)的現(xiàn)澆四菱錐臺(tái)式錨墩結(jié)構(gòu)改為預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件 其加固機(jī)理是 錨固力通過(guò)預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件傳遞給邊坡面 從而保持邊坡的穩(wěn)定 該方法在日本推廣已有十多年的歷史 成立了PC協(xié)會(huì) 經(jīng)過(guò)PC協(xié)會(huì)會(huì)員的不斷開(kāi)發(fā)與改良 已有多種型號(hào)規(guī)格可供選擇 PC格構(gòu)加固技術(shù)有較為完善的設(shè)計(jì)施工規(guī)范 實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化和系列化 在日本的許多重要工程中得到了應(yīng)用 4 2QS格構(gòu)加固技術(shù)簡(jiǎn)介QS Quick Strong 格構(gòu)加固技術(shù)是指用一種在工廠中預(yù)先組裝好的可折疊式鋼筋籠 組裝在坡面上之后 在鋼筋籠中噴射混凝土 從而在坡面上形成鋼筋混凝土框架的一種加固方法 該技術(shù)無(wú)論在現(xiàn)場(chǎng)的施工性能還是在構(gòu)造強(qiáng)度上都具有明顯的優(yōu)勢(shì) 在急傾斜的坡面上架設(shè)箍筋是十分困難的 而且相當(dāng)費(fèi)時(shí) QS框架的構(gòu)件 是在工廠中生產(chǎn)出預(yù)