边坡工程处治技术07++格构加固设计与施工

第七章格构加固边坡的设计与施工§7.1概述§7.2边坡格构加固设计§7.3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。§7.1.2格构的结构型式及其布置（1）方型（2）菱形（3）人字型（4）弧型§7.2边坡格构加固设计§7.2.1格构加固设计的一般要求1.格构加固设计的一般要求（1）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。（2）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。（3）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。（4）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。2.边坡格构加固设计的内容（1）边坡稳定性分析和荷载计算；（2）选择格构型式及加固方案；（3）拟定格构的尺寸、确定锚杆(索)的锚固荷载；（4）锚杆(索)的设计计算；（5）格构内力计算及结构设计；（6）加固后边坡的稳定性验算格构加固边坡断面示意图3.格构加固设计程序流程§7.2.2锚固荷载的计算通常情况下，计算锚固荷载应根据边坡的破坏类型确定方法。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格构内力计算模式为了方便，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。通常按最不利原则，用锚索的最大设计荷载近似计算分布荷载，即：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如果，则格构梁上的荷载均匀分布，有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的系数或直接采用极限荷载带入上式中进行计算。112221(2)/(2)/pTTlpTTl12/pppTl将格构梁视为弹性地基上的梁，锚固力作为梁上集中荷载，按照Winkler弹性地基梁假定计算梁内力。Winkler假定认为：土体表面任一点的压力强度与该点的沉降成正比，即式中k为基床系数（KN/m3），s为沉降量。根据以上假定及计算模型，可推知弹性地基梁的挠曲微分方程为式中E、I为梁的弹性模量和惯性矩；b为梁宽（m），y为梁的变形，q(x)为梁上荷载。()pxks44()dyEIkbyqxdx该方程的通解为：式中为弹性地基梁的柔性指数（1/m），待定积分常数c1~c4可由荷载位置及边界条件确定。节点荷载分配后，即可按Winkler弹性地基梁理论计算梁剪力和弯矩。格构梁根据荷载作用位置及梁的相对刚度对位移和内力的影响，大致可以分为3种：无限长梁（梁长L≥2π/λ，荷载作用点与两端距离都大于π/λ）半无限长梁（L≥π/λ，荷载与一端的距离小于π/λ，与另一端距离大于π/λ）有限长梁（L2π/λ，荷载与两端的距离都小于π/λ）。1234(cossin)(cossin)xxyecxcxecxcx44kbEI实际工程中梁长通常均不超过30m,荷载到梁端的距离一般都小于π/λ,因此实际遇到的多为有限长梁。式中I1i、I2i、I3i意义见文献。223122112221()[()sin()]1()2[()sin()]1()()sin()niiiniiiniiiyxkbshllPIMxshllPIVxshllPI(1)正截面承载力计算依据《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）7.2.1-1公式，由于不存在预应力锚杆，可简化为依据本规范，混凝土受压区高度应按下列公式确定：式中M——弯矩设计值,取计算值的1.5倍；Mu——正截面极限抵抗弯矩；a1——系数，按《混凝土结构设计规范》第7.1.3条的规定计算；fc——混凝土轴心抗压强度设计值，按《混凝土结构设计规范》表4.1.4采用；10()2ucxMMfbxh1cysfbxfAfy——钢筋的抗拉强度设计值，按《混凝土结构设计规范》表4.2.3采用；As——受拉区纵向钢筋的截面面积；b——截面宽度；x——按等效矩形应力图计算的受压区高度；h0——截面有效高度，h0＝h－as，as为受拉钢筋合力点至截面受拉边缘距离，当为一排钢筋时，as＝c+d/2，其中d为钢筋直径，c为混凝土保护层厚度。设相对有效高度，即，带入上式0hx0hx21010211ccsyMfbhfbhAfycbsffbhA1max0min)(根据计算需要的截面面积选用钢筋直径，钢筋截面面积不应小于计算要求截面面积。同时配筋率满足上式中min和b取值参考相关书籍，本设计参考《混凝土结构（上）》（武汉工业大学出版社）表4-1。（2)斜截面承载力计算矩形截面的受弯构件，其受剪截面应符合下列条件：当时当时式中V——构件斜截面上的最大剪力设计值；bc——混凝土强度影响系数：当混凝土强度等级不超过C50时，取bc＝1.0；当混凝土强度等级不超过C80时，取bc＝0.8；其间按线性内插法确定；hw——截面的腹板高度：对矩形截面，取有效高度。00.25ccVfbhb00.2ccVfbhb4whb6whb无预应力钢筋矩形截面的一般受弯构件，当仅配置箍筋时，其斜截面的受剪承载力应符合下列规定：式中V——构件斜截面上的最大剪力设计值；Vcs——构件斜截面上混凝土和箍筋的受剪承载力设计值；Asv——配置在同一截面箍筋各肢的全部截面面积：Asv＝nAsv1，此外，n为在同一截面内箍筋的股数，Asv1为单肢箍筋的截面面积；S——沿构件长度方向的箍筋间距；fyv——箍筋抗拉强度设计值，按《混凝土结构设计规范》表4.2.3-1中的fy值采用。ft——混凝土轴心抗拉强度设计值，按《混凝土结构设计规范》表4.1.4采用。000.71.25cssvcstyvVVAVfbhfhs§7.2.4格构的构造要求1.浆砌块石格构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X宽一般不小于300mmX200mm。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h×b不小于300mmX250mm。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。§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10—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。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。