錨桿框架梁邊坡防護(hù)

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”字型為骨架正逐步實(shí)現(xiàn)全省高

2、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)?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。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)項(xiàng)目的邊坡防護(hù)中大量采用此項(xiàng)技術(shù)，其中錨

3、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（k1.25），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)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)

4、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

5、。其具體布置型式見(jiàn)圖1（圖中框架梁，豎肋、橫梁采用400×400mm的截面，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)的支護(hù)存在著根本不同和突出的優(yōu)越性，其不是被動(dòng)承受巖土體產(chǎn)生的荷載，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的發(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的高速公路的邊坡防護(hù)中多數(shù)使用的是非預(yù)應(yīng)力等截面全粘結(jié)型錨桿，下面對(duì)此類錨桿作簡(jiǎn)單介紹。1.4.1錨固原理：坡體在自然狀態(tài)下自身具有一定的強(qiáng)度和剛度，由于降雨及工程原因，破壞了其自身的穩(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)定的

6、所需要的錨固力，其作用主要表現(xiàn)在：（1）、注漿錨桿改變巖土體的性質(zhì)：設(shè)置了注漿錨桿的巖土體，一方面，注漿體將鉆孔部分的巖土體置換出來(lái)，從而提高了坡體的強(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，在周圍形成膠結(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)一步提高。 （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

7、由段、錨固段、及錨桿配件組成。（具體見(jiàn)圖2）1.4.3、設(shè)計(jì)：1.4.3.1、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、周圍已有建筑物、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

8、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 .2、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.4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

9、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，使注漿體均勻包裹在錨桿周圍，提供固定的錨固力。（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0.380.45之間選擇，其強(qiáng)度設(shè)計(jì)值不宜低于M

10、20。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。、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

11、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（QS）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)用最為廣泛。框架梁每7.48m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

12、考混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行?？蚣芰浩椒旁谄旅嫔?，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

13、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：

14、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2.4×1.8m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?？够瑩跬翂υ贙28+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 m2。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

15、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+452530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+530+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）；K28+600+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。圖3 西安柞水高速公路K28+452K28+681段高邊坡加

16、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)容抗滑擋土墻布設(shè)于原有便道以上，共計(jì)45米，采用7.5#漿砌片石砌筑。錨桿框架梁在二、三級(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

17、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