格構(gòu)加固邊坡的設(shè)計與施工

1、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

2、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)

3、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

4、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

5、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

6、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(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

7、、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)

8、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)

9、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。

10、 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

11、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

12、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

13、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

14、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 W ink ler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

15、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

16、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）

17、 （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

18、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(qiáng)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

19、體結(jié)構(gòu)和強(qiáng)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

20、般斷面高×寬不小于300mm×250mm。格構(gòu)縱向鋼筋應(yīng)采用φ14以上直徑的Ⅱ級螺紋鋼筋，箍筋應(yīng)采用φ6以上直徑的鋼筋。格構(gòu)混凝土強(qiáng)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(qiáng)度在格構(gòu)節(jié)點設(shè)置錨桿。錨桿應(yīng)采用φ25～40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

21、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

22、)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(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

23、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(jī)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

24、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)。 4．1 PC格構(gòu)加固技術(shù)簡介PC(Prestress Concrete Frame Anchor Method)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(jī)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

25、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。,4．2 QS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

26、能還是在構(gòu)造強(qiáng)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)先組裝好箍筋的折疊式鋼筋籠，然后把它運送到現(xiàn)場打開即可使用的一種具有優(yōu)越施工性能的構(gòu)件。QS格構(gòu)加固技術(shù)必要時采用錨桿或錨索等來進(jìn)行補強(qiáng)，QS格構(gòu)加固技術(shù)即使是用于帶有地錨的框架坡面保護(hù)也是很適用、很經(jīng)濟(jì)以及施工性能有其獨特之處。QS格構(gòu)加固技術(shù)可用于滑坡治理工程、陡坡防護(hù)工程、堤壩斜面防護(hù)工程、災(zāi)害修復(fù)工程、基