边坡工程07

第7章格构加固边坡的设计与施工本章重点格构的特点和适用范围格构的结构型式及其布置边坡格构加固设计格构的施工§7．1概述§7．1．1格构的作用、特点及适用条件格构加固技术是利用浆砌块石、现浇钢筋混凝土或预制预应力混凝土进行边坡坡面防护，并利用锚杆或锚索加以固定的一种边坡加固技术。格构技术一般与公路环境美化相结合，利用框格护坡，同时在框格之内种植花草可以达到极其美观的效果。这种技术山区高速公路中高陡边坡加固中被广泛采用，其护坡达到既美观又安全的良好效果。格构的主要作用是将边坡坡体的剩余下滑力或土压力、岩石压力分配给格构结点处的锚杆或锚索，然后通过锚索传递给稳定地层，从而使边坡坡体在由锚杆或锚索提供的锚固力的作用下处于稳定状态。因此就格构本身来讲仅仅是一种传力结构，而加固的抗滑力主要由格构结点处的锚杆或锚索提供。一般提及到的格构加固技术是一种广义的术语，它包含了格构本身和锚杆(索)两部分。边坡格构加固技术具有布置灵活、格构形式多样、截面调整方便、与坡面密贴、可随坡就势等显著优点。并且框格内视情况可挂网(钢筋网、铁丝网或土工网)、植草、喷射混凝土进行防护，也可用现浇混凝土(钢筋混凝土或素泥凝土)板进行加固。根据格构的特点和作用，格构加固技术特别适用于坡度较陡、坡体岩土均匀且较坚硬的公路边坡或公路滑坡。但应当注意，对于不同稳定性的边坡应采用不同的格构形式和锚固形式的组合进行加固或坡面防护。例如，当边坡定性好，但因前缘表层开挖失稳出现塌滑时，可采用浆砌块石格构护坡，并用锚杆锚固；如果边坡稳定性差，可用现浇钢筋混凝土格构加锚杆(索)进行加固；而对于稳定性差、下滑力大的滑坡，可用现浇钢筋混凝土格构加预应力锚杆(索)进行加固。§7．1．2格构的结构型式及其布置根据格构采用的材料不同，格构可分为浆砌块石格构、现浇钢筋混凝土格构和预制预应力混凝土格构(又称PC格构)。其中PC格构在日本应用较为广泛，并有较为完善的设计施工规范；目前我国在边坡工程中主要使用浆砌块石和现浇钢筋混凝土格构，格构的常用型式有4种：1)方型：指顺边坡倾向和沿边坡走向设置方格状格构(如图7．1所示)。2)菱型：沿平整边坡坡面斜向设置格构(如图7．2所示)。3)人字型：按顺边坡倾向设置浆砌块石条带，沿条带之间向上设置人字型浆砌块石拱或钢筋混凝土(如图7．3所示)。4)弧型：按顺边坡倾向设置浆砌块石或钢筋混凝土条带，沿条带之间向上设置弧型浆砌块石拱或钢筋混凝土(如图7．4所示)。§7．2边坡格构加固设计§7．2．1格构加固设计的一般要求格构设计必须充分考虑工程的服务期限，可按照50～80年服务期进行设计。设计之前，应在调查、收集、分析原有地形、地质资料的基础上，进行详细工程地质勘察，进行现场钻探和各种试验，搞清楚地质体的强度、渗透性、断层和节理的形态与产状，以及边坡的环境地质条件；并对边坡稳定系数进行计算，作为设计的依据。边坡设计荷载应包括边坡体自重、静水压力、渗透压力、孔隙水压力、地震力等。对于整体稳定性好，并满足设计安全系数要求的边坡，可采用浆砌块石格构进行护坡。采用经验类比法进行设计，坡度一般不大于35°，即1∶1.7。当边坡高度超过30m时，须设马道放坡，马道宽1.5～3.0m，如图7．5所示。对于整体稳定性好，但前缘出现溜滑或坍滑的公路滑坡，或坡度大于35°的高陡边坡，宜采用现浇钢筋混凝土格构进行护坡，并采用锚杆进行加固。采用经验类比和极限平衡法相结合的方法进行设计。锚杆须穿过潜在滑面1．5～2．0m，且采用全粘结灌浆。对于整体稳定性差，且前沿坡面须防护和美化的滑坡，宜采用现浇钢筋混凝土格构与预应力锚索进行防护。而对于整体稳定性差、滑坡推力过大，且前沿坡面须防护和美化的滑坡，宜采用预制预应力钢筋混凝土格构与预应力锚索进行防护。§7．2．2锚固荷载的计算对于采用格构加固的高陡边坡设计，首要的问题是计算锚固荷载；边坡在设计所提供的锚固荷载的作用下应处于稳定，并且稳定性系数应达到规范要求(对于一级和高速公路1．2～1．3，二级及以下等级公路l．1～1．2)。通常情况下，计算锚固荷载应根据边坡的破坏类型确定计算方法。对于无连续滑动面的直立或近直立的边坡，在采用锚杆(索)挡墙加固时，可以采用土压力理论计算土压力或岩石压力，然后确定锚固荷载，这类问题在挡土墙设计中有详细介绍。而对于具有连续的潜在滑动面的边坡，采用条分法稳定性进行锚固荷载反算。§7．2．3格构的结构设计与计算根据计算求得的锚固荷载和边坡实际情况，确定锚索分布及不同高度的锚索设计锚固力，然后计算格构的内力。为了方便，将两个锚固点之间的格构梁简化为一个简支梁来计算其内力，简化模型如图7．8所示。严格地讲，简化模型梁上的分布荷载应根据相应格构所处边坡位置上的岩土压力和设计锚固力确定，但对于某些边坡的岩土压力分布极其复杂，因此通常按最不利原则，用锚索的最大设计荷载T近似计算分布荷载P，即：(7.5)式中：l——两锚索之间格构梁的长度；T1，T2——格构梁两端锚索的设计荷载(T1≥T2)。如果T1=T2=T，则格构梁上的荷载均匀分布，有p1=p2=p=T/l(7.6)112221(2)/(2)/pTTlpTTl为了保证锚索在超张拉或边坡变形过程中格构梁的安全性，在设计计算时，常将T1，T2乘以1．5的系数或直接采用锚索的极限荷载代入上式中进行计算。按上述计算求得格构梁的荷载后，便可计算格构梁的内力，并按受弯构件考虑来验算格构梁的强度和进行配筋计算。假设计算获得的格构梁的最大弯矩为，截面尺寸为：b，h；截面相对受压高度为，截面有效高度为h0，混凝土安全系数γc=1．25，钢筋安全系数γs=1．25；计算步骤如下：①计算最大配筋率；最小配筋率为。②验算双筋的可能性：如果，按单筋截面进行设计；否则按双筋截面进行设计。③单面配筋计算：受压区高度：配筋截面积：配筋率：，配筋率应满足要求。④配筋：纵向受力钢筋按计算设置，构造筋按《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》要求设置。jgmaxMmax0.55agRRmin0.15%20max(10.5)ajgjgcRbhM20002cjgbMxhhhRbggARbxR0gAbh§7．2．4格构的构造要求1．浆砌块石格构浆砌块石格构可分为方型、菱型、人字型和弧型四种型式。各种型式格构水平间距均应小于3．0m。浆砌块石断面设计以类比法为主，采用的断面高×宽一般不小于300mm×200mm。浆砌块石格构边坡坡面应平整，坡度一般小于35°。为了保证格构的稳定性，可根据岩土体结构和强度在格构节点设置锚杆，长度一般3～5m，全粘结灌浆。若岩土体较为破碎和易溜滑时，可采用锚管加固，全粘结灌浆，注浆压力一般为0．5～1．0MPa。2．现浇钢筋混凝土格构现浇钢筋混凝土格构同样有方型、菱型、人字型和弧型四种型式。方型和菱型格构水平间距均应小于5．0m，人字型和弧型格构水平间距均应小于4．5m。钢筋混凝土格构断面设计应采用简支梁法进行弯矩计算，并采用类比法校核。一般断面高×宽不小于300mm×250mm。格构纵向钢筋应采用φ14以上直径的Ⅱ级螺纹钢筋，箍筋应采用φ6以上直径的钢筋。格构混凝土强度等级不应低于C25。现浇钢筋混凝土格构护坡的坡面应平整，坡度一般不大于70°。当边坡高于30m时，应设置马道。为了保证格构护坡的稳定性，根据岩土体结构和强度在格构节点设置锚杆。锚杆应采用φ25～40直径的Ⅱ级螺纹钢加工，长度一般4m以上，全粘结灌浆，并与格构钢筋笼点焊连接。若岩土体较为破碎和易溜滑时，可采用锚管加固，锚管用φ50架管加工，全粘结灌浆，注浆压力一般为0.5～1.0MPa，同样应与格构钢筋笼点焊连接。φ50架管设计拉拔力可取为100～140kN。锚杆(管)均应穿过潜在滑动面。如果是整体稳定性差或下滑力较大的滑坡时，应采用预应力锚索进行加固。不论是浆砌块石格构还是现浇钢筋混凝土格构，均应每隔10～25m宽度设置伸缩缝，缝宽2～3cm，填塞沥青麻筋或沥青木板。同时为了美化环境和防护表层边坡，在格构间应培土和植草。§7．3格构的施工§7．3．1浆砌块石格构的施工要点1)浆砌块石格构应嵌置于边坡中，嵌置深度大于格构截面高度的2／3。2)浆砌块石格构护坡坡面应平整、密实，无表层溜滑体和蠕滑体。3)格构可采用毛石或条石，但毛石最小厚度应大于150mm，强度应大于Mu30，用水泥砂浆浆砌，砂浆强度不应低于M7.5。4)格构每隔l0～25m宽度设置伸缩缝，缝宽2～3cm，填塞沥青麻筋或沥青木板。§7．3．2现浇钢筋混凝土格构的施工要点1)钢筋混凝土格构可嵌置于边坡中或上覆在边坡上。2)钢筋混凝土格构护坡坡面应平整、夯实。无溜滑体、蠕滑体和松动岩块。3)用于浇注格构的钢筋应专门建库堆放，避免污染和锈蚀；水泥一般使用425#普通硅酸盐水泥，避免使用受潮和过期水泥；砂石料的杂质和有机质的含量应符合《混凝土结构工程施工及验收规范》(GBJ50204—92)的有关规定。4)应对边坡开挖的岩性及结构进行编录和综合分析，将开挖的岩性与设计对比，出入较大时，应进行变更处埋。5)开挖的弃渣应按设计的要求堆放，不得造成次生灾害。§7．4国外格构加固技术简介前述格构加固技术主要是针对我国边坡工程中常用的浆砌块石格构和现浇钢筋混凝土格构。下面简要介绍在日本广泛应用的PC格构加固技术和QS格构加固技术。§7．4．1PC格构加固技术简介PC(PrestressConcreteFrameAnchorMethod)格构加固技术是从锚固技术发展起来的，它是由预制预应力混凝土框架和灌浆锚索组成，它将传统的现浇四菱锥台式锚墩结构改为预制预应力混凝土构件，其加固机理是：锚固力通过预制预应力混凝土构件传递给边坡面，从而保持边坡的稳定。该方法在日本推广已有十年的历史，成立了PC协会，经过PC协会会员的不断开发与改良，已有多种型号规格可供选择。PC格构加固技术有较为完善的设计施工规范，实现了标准化和系列化，在日本的许多重要工程中得到了应用。§7．4．2QS格构加固技术简介QS(Quick&Strong)格构加固技术是指用一种在工厂中预先组装好的可折叠式钢筋笼，组装在坡面上之后，在钢筋笼中喷射混凝土，从而在坡面上形成钢筋混凝土框架的一种加固方法。该技术无论在现场的施工性能还是在构造强度上都具有明显的优势。在急倾斜的坡面上架设箍筋是十分困难的，而且相当费时，QS框架的构件，是在工厂中生产出预先组装好箍筋的折叠式钢筋笼，然后把它运送到现场打开即可使用的一种具有优越施工性能的构件。QS格构加固技术必要时采用锚杆或锚索等来进行补强，QS格构加固技术即使是用于带有地锚的框架坡面保护也是很适用、很经济以及施工性能有其独特之处。QS格构加固技术可用于滑坡治理工程、陡坡防护工程、堤坝斜面防护工程、灾害修复工程、基岩斜面绿化工程、人工基岩边坡加固工程、隧道洞口斜面防护工程以及道路、住宅等削被造成的边坡加固工程。思考题①简述格构的特点和适用范围。②如何计算锚固荷载？③简述格构的构造要求。④简述浆砌块石格构与现浇钢筋混凝土格构的施工要点。