格構(gòu)錨固設(shè)計與施工

格構(gòu)加固邊坡的設(shè)計與施工 內(nèi)容提要格構(gòu)的特點和適用范圍格構(gòu)的結(jié)構(gòu)型式及其布置邊坡格構(gòu)加固設(shè)計格構(gòu)的施工 1概述1 1格構(gòu)的作用 特點及適用條件格構(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)點處的錨桿或錨索 然后通過錨索傳遞給穩(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 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 可隨坡就勢等顯著優(yōu)點 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硬的公路邊坡或公路滑坡 但應(yīng)當(dāng)注意 對于不同穩(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 只因前緣表層開挖局部出現(xiàn)塌滑時 可修整坡面后 采用漿砌塊石格構(gòu)護(hù)坡 必要時可加系統(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)計施工規(guī)范 目前我國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2 1格構(gòu)加固設(shè)計的一般要求格構(gòu)設(shè)計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)對象的設(shè)計使用年限 設(shè)計之前 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)場鉆探和各種試驗 搞清楚地質(zhì)體的強度 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 并對邊坡穩(wěn)定系數(shù)進(jìn)行計算 作為設(shè)計的依據(jù) 邊坡設(shè)計荷載應(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 對于整體穩(wěn)定性好 并滿足設(shè)計安全系數(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)驗類比法進(jìn)行設(shè)計 坡度一般不大于35 即1 1 7 當(dāng)邊坡高度超過30m時 須設(shè)馬道放坡 馬道寬2 0 3 0m 如圖5所示 對于整體穩(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)驗類比和極限平衡法相結(jié)合的方法進(jìn)行設(shè)計 錨桿須穿過潛在滑面3 4 0m 且采用全粘結(jié)灌漿 對于整體穩(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) 而對于整體穩(wěn)定性差 滑坡推力過大 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錨固荷載的計算對于采用格構(gòu)加固的高陡邊坡設(shè)計 首要的問題是計算錨固荷載 邊坡在設(shè)計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 計算錨固荷載應(yīng)根據(jù)邊坡的破壞類型確定計算方法 對于無連續(xù)滑動面的直立或近直立的邊坡 在采用錨桿 索 擋墻加固時 可以采用土壓力理論計算土壓力或巖石壓力 然后確定錨固荷載 這類問題在擋土墻設(shè)計中有詳細(xì)介紹 而對于具有連續(xù)的潛在滑動面的邊坡 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)計與計算根據(jù)計算求得的錨固荷載和邊坡實際情況 確定錨索的布置及各錨索的設(shè)計錨固力 然后計算格構(gòu)的內(nèi)力 計算格構(gòu)內(nèi)力目前常用以下幾種近似方法 1 將兩個錨固點之間的格構(gòu)梁簡化為一個簡支梁 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)計荷載T按下式近似計算 1 式中 p1 p2 與T1 T2對應(yīng)的荷載集度 l 兩錨索之間格構(gòu)梁的長度 T1 T2 格構(gòu)梁兩端錨索的設(shè)計荷載 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 該模型計算雖然簡便 但存在以下存在以下缺陷 1 沒考慮錨索設(shè)計錨固力在縱橫兩個格構(gòu)方向上的分配 計算出的格構(gòu)內(nèi)力偏于保守 2 沒有考慮錨索處格構(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 式計算 當(dāng)各跨荷載不等且為不均勻分布時 可取最不利跨的荷載按等效均布荷載計算 如圖7所示 該模型計算比較簡單 但仍有以下兩個缺陷 1 仍沒考慮錨索設(shè)計錨固力在縱橫兩個格構(gòu)方向上的分配 計算出的格構(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 把錨桿作用點看作支座 將格構(gòu)作為倒置的交叉梁格體系來進(jìn)行計算 2 認(rèn)為整個格構(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立的連續(xù)梁 其計算模型如圖8所示 這種計算模型假設(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 問題簡化為靜定問題 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 此種算法非常簡便 但與地基梁的實際情況有很大差異 只適用于絕對剛性梁這種特殊情況 4 Winkler彈性地基梁法Winkler假設(shè)認(rèn)為 地基表面任一點的沉降y與該點單位面積上所受的壓力p成正比 而與作用在其他各點的應(yīng)力無關(guān) 即 p ky 式中 k為基床系數(shù) kN m2 可根據(jù)試驗場地土質(zhì)特性或現(xiàn)場測試來確定 這種地基模型的一個重要特征是 地基模擬為剛性底座上的一系列相互獨立的彈簧 如圖9所示 當(dāng)?shù)鼗砻嫔夏骋稽c作用壓力p時 由于彈簧是彼此獨立的 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 無論是土承受一個無限的剛性荷載或是承受一個均布的柔性荷載 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 計算時先把格構(gòu)梁拆分成橫梁與縱梁 然后再分別進(jìn)行計算 在進(jìn)行錨固力的縱 橫向分配時 不考慮縱梁和橫梁的扭轉(zhuǎn)效應(yīng) 不討論格構(gòu)梁與坡體的相對剛度對地基壓力的影響 2 4錨桿錨固力在節(jié)點上的分配問題前述各種計算方法均是將縱橫格構(gòu)梁分離起來 按單個方向受力來計算的 沒有考慮兩個方向均能傳遞錨固荷載 為了解決節(jié)點處錨桿錨固力在縱 橫2個方向的分配問題 可采用彈性地基梁計算中的 節(jié)點形狀分配系數(shù)法 對其進(jìn)行分配 分配公式如式 3 3 式中 pi為作用在第i個結(jié)點上的垂直于坡面方向上的錨桿分力 kN pix piy為pi在結(jié)點處分配給橫 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)梁的配筋計算按上述各種方法之一求得格構(gòu)梁的荷載后 便可計算格構(gòu)梁的彎矩和剪力 再按受彎構(gòu)件來驗算格構(gòu)梁的強度和進(jìn)行配筋計算 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)和強度在格構(gòu)節(jié)點設(shè)置錨桿 系統(tǒng)錨桿長度一般3 5m 全粘結(jié)灌漿 若巖土體較為破碎和易溜滑時 可采用錨桿加固 加固錨桿長度由計算確定 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)計應(yīng)采用簡支梁法進(jìn)行彎矩計算 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)混凝土強度等級不應(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 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)和強度在格構(gòu)節(jié)點設(shè)置錨桿 錨桿應(yīng)采用 25 40直徑的HRB335級或HRB400級鋼筋加工 系統(tǒng)錨桿長度一般3 5m 加固錨桿長度由計算確定 全粘結(jié)灌漿 并與格構(gòu)鋼筋主筋點焊連接 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 填塞瀝青麻筋或瀝青木板 同時為了美化環(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 無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 強度應(yīng)大于Mu30 用水泥砂漿漿砌 砂漿強度不應(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 填塞瀝青麻筋或瀝青木板 3 2現(xiàn)澆鋼筋混凝土格構(gòu)的施工要點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 無溜滑體 蠕滑體和松動巖塊 3 用于格構(gòu)的鋼筋應(yīng)專門建庫堆放 避免污染和銹蝕 水泥一般使用425 普通硅酸鹽水泥 避免使用受潮和過期水泥 砂石料的雜質(zhì)和有機質(zhì)的含量應(yīng)符合 混凝土結(jié)構(gòu)工程施工及驗收規(guī)范 GBJ50204 92 的有關(guān)規(guī)定 4 應(yīng)對邊坡開挖的巖性及結(jié)構(gòu)進(jìn)行編錄和綜合分析 將開挖的巖性與設(shè)計對比 出入較大時 應(yīng)進(jìn)行變更處埋 5 開挖的棄渣應(yīng)按設(shè)計的要求堆放 不得造成次生災(zāi)害 4國外格構(gòu)加固技術(shù)簡介前述格構(gòu)加固技術(shù)主要是針對我國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)簡介PC PrestressConcreteFrameAnchorMethod 格構(gòu)加固技術(shù)是從錨固技術(shù)發(fā)展起來的 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 其加固機理是 錨固力通過預(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 經(jīng)過PC協(xié)會會員的不斷開發(fā)與改良 已有多種型號規(guī)格可供選擇 PC格構(gòu)加固技術(shù)有較為完善的設(shè)計施工規(guī)范 實現(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)無論在現(xiàn)場的施工性能還是在構(gòu)造強度上都具有明顯的優(yōu)勢 在急傾斜的坡面上架設(shè)箍筋是十分困難的 而且相當(dāng)費時 QS框架的構(gòu)件 是在工廠中生產(chǎn)出預(yù)