由于復(fù)雜的地形地質(zhì)條件,邊坡始終是工程建設(shè)中一個重大工程地質(zhì)問題,因此加強邊坡病害的防治設(shè)計,將對工程基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)與生態(tài)環(huán)境保護協(xié)調(diào)發(fā)展有重要意義。作為設(shè)計師,邊坡防護加固設(shè)計是工作中的重要組成部分。逃避不了?那就深入的學習下……
邊坡災(zāi)害防治原則及措施
邊坡防治的實質(zhì)是邊坡變形破壞的防治,防治原則應(yīng)以防為主、及時治理,并應(yīng)根據(jù)工程措施的技術(shù)可行性和必要性、經(jīng)濟合理性、工程重要性及社會效應(yīng)等諸多方面制定具體的處治方案。
處治措施確定原則:
1) 處治措施的選擇必須建立在工程地質(zhì)勘察和邊坡破壞機制分析的基礎(chǔ)之上。
2) 處治措施應(yīng)針對引起滑坡的主導(dǎo)因素進行制定,原則上應(yīng)一次根治,不留后患。
3) 對工程建設(shè)中隨時可能產(chǎn)生危害的邊坡,應(yīng)先采用立即生效的工程措施,然后再實施其它工程。
4) 對性質(zhì)復(fù)雜、規(guī)模巨大、短期內(nèi)不易查清或工程建設(shè)進度不允許完全查清后再處治的滑坡或變形體,應(yīng)在保證工程建設(shè)安全的前提下,作出全面的處治規(guī)劃,采用分期治理的方法,使后期工程既可獲得必須的資料,又能爭取到一定的建設(shè)時間,保證整個工程的安全和效益。
5) 一般情況下,對邊坡處治(特別是滑坡和變形體的處治)的時間應(yīng)以旱季為宜,施工方法和程序應(yīng)以避免造成坡體產(chǎn)生新的變形破壞為原則。
降低下滑力、提高抗滑力:
1、向潛在滑體提供錨固力,提高抗滑力、降低下滑力。
2、坡趾是邊坡的重點薄弱環(huán)節(jié)之一,必要時可用“壓腳法”加固,此法適用于小規(guī)模的土質(zhì)邊坡。
3、在坡頂進行挖方以降低坡高稱為減載,挖緩坡面減小坡角稱為削坡。
4、減小對巖土體的損傷以免 、 值降低,例如制定合理的爆破方案等,也可設(shè)法提高巖土體 c、φ值,例如采用注漿法加固巖土體等。
5、采取防排水措施使邊坡巖土體中的潛水位盡可能降低,既提高坡體的抗滑力又降低下滑力,是穩(wěn)定邊坡最為有效和經(jīng)濟的方法。
防治措施:
坡體變形采用錨固、抗滑樁、排水等措施。
滑坡采用錨固、擋墻、抗滑樁、排水、減載壓重等措施。
落石崩塌采用支撐、防護網(wǎng)、錨固等措施。
風化剝蝕采用坡面防護:砌石、噴射混凝土、植被防護等措施。
風化剝蝕采用坡面防護:砌石、噴射混凝土、植被防護等措施。
邊坡坡面防護
邊坡坡面防護的種類和方法多種多樣,但不論采用哪種方法,防護工程都應(yīng)遵循以下原則:因地制宜,結(jié)合邊坡的地形地貌、水文地質(zhì)條件,根據(jù)實際情況確定適宜的防護措施;就地取材,在選用防護材料時,盡量利用當?shù)夭牧?,就地采集;?jīng)濟適用,在力求節(jié)省工程費用和其它開支的同時要達到經(jīng)濟耐久以及養(yǎng)護工作量最小的要求;兼顧景觀,坡面防護的意義不僅局限于保護邊坡,還應(yīng)當與環(huán)境相襯,合理美觀。
1、植被防護
植被防護的手段通常為植樹、種草或二者結(jié)合。在邊坡上種植植被能有效地減緩邊坡上的水流速度,避免日曬。植物的根系可固著邊坡表層土壤以減輕沖刷,從而達到保護邊坡坡面的目的。
2、工程防護
對不適宜植物生長的邊坡采用工程防護,包括灌漿及勾縫、抹面、噴漿及噴射混凝土、噴錨網(wǎng)、干砌片石、漿砌片石、擋土墻以及土工合成材料防護等。
用于適宜草類生長的土質(zhì)路塹和路堤的邊坡,且邊坡的高度不高,坡度不大(坡度不宜陡于1:1)。當邊坡土層不宜種草時,可在坡面上先鋪一層厚為5~10cm的種植土,使其與坡面結(jié)合牢固。若邊坡坡度陡于1:2,在鋪種植土前將邊坡挖成臺階形。
草種的選用要結(jié)合邊坡的土壤環(huán)境和當?shù)氐臍夂驐l件,選擇容易生長、根部發(fā)達、莖干低矮、枝葉茂盛、生長能力強的多年生草種,常采用的草種包括:白茅草,根深而粗壯;毛鴨嘴及魚肩草,根深,固結(jié)邊坡能力強;兩耳草、果園草及雀稗,莖葉茂密,富于覆蓋;鼠尾草,繁殖快;無芒雀麥,根系固土范圍直徑可達半米,-30°c下能安全越冬。
草籽播種可根據(jù)情況進行撒播或溝(行)播。撒播是最簡單易行的方法,此法常用于比較松軟的土質(zhì)邊坡;溝(行)播一般在比較堅硬的土質(zhì)邊坡上采用。
植樹適宜于各種土質(zhì)邊坡和風化極嚴重的巖質(zhì)邊坡,坡度一般應(yīng)緩于1:1.5。樹種應(yīng)選擇根系發(fā)達,枝葉茂盛,能迅速生長、分蘗的低矮樹種,如紫穗、怪柳、枸杞、沙棘等。沖刷防護宜用楊柳或不怕水淹的灌木類,高速公路的土質(zhì)邊坡和路肩不得種植喬木。植樹時樹坑深一般為25cm,直徑20cm,株距30-60cm,行距80~150cm,應(yīng)視樹種不同而定。
噴漿及噴射混凝土防護主要適用于易風化的軟巖及裂隙和節(jié)理發(fā)育、坡面不平整、破碎較嚴重的巖質(zhì)挖方邊坡,既可防止坡面進一步風化,又可促使裂隙間破碎巖石得到砂漿充填而加固。對于堅硬易風化但風化不嚴重的邊坡,噴漿防護可在坡面形成保護層以防止進一步風化。但此法不宜用于成巖作用差的黏土巖邊坡,也不可直接用于涌水地段,在泄水后保證坡面無水回流方可使用。
材料及配比:
水泥:采用不低于32.5級的普通硅酸鹽水泥。
石灰:采用新出窯燒透的塊灰,欠火或過火者不宜采用,其質(zhì)量指標應(yīng)符合有關(guān)規(guī)范的規(guī)定。
砂子:重力噴漿應(yīng)使用純凈的細砂,粒徑為0.1~0.25mm。機械噴漿或噴混凝土應(yīng)使用純凈的中粗砂,粒徑為0.25~0.5mm,含水率以4%~6%為宜。
混凝土粗骨料:應(yīng)使用純凈的卵石或碎石,最大粒徑不大于25mm。大于15mm的顆??刂圃?0%以下,針、片狀顆粒不超過15%。
速凝劑:可直接摻入水泥砂漿和混凝土中,配制成聚合物砂漿和聚合物混凝土,能極大地增加接觸面的黏聚力和抗拉、抗折強度,提高抗?jié)B性,并兼有界面處理和促凝等作用。
施工前對坡面的裂縫、凹坑應(yīng)先勾縫、填補,以使坡面平順整齊,巖體坡面浮土雜質(zhì)、碎塊等要用水沖洗干凈,并保持濕潤。選擇適宜的噴射機械和相應(yīng)的配套設(shè)備,作業(yè)前應(yīng)進行試噴,以確定合適的水灰比。噴射作業(yè)應(yīng)自下而上進行,噴嘴應(yīng)垂直于坡面,并與坡面保持1.0m左右的距離。當噴射混凝土厚度大于150px時,應(yīng)分兩次噴射,保證厚度均勻,并按有關(guān)規(guī)定預(yù)留試件。噴層周邊與未防護坡面的銜接處做好封閉處理,防止雨水侵入。輸料管長以20~30m為宜,噴射工作壓力一般為150~170kpa。
噴嘴供水壓力要比工作壓力大50~100kpa,保持水與干拌和料均勻混合。噴射體初凝后,應(yīng)立即灑水養(yǎng)護,并持續(xù)7~10d??稍趪娚鋵又屑釉O(shè)1層鋼筋網(wǎng)或高強聚合物土工格柵,以減小干縮裂縫對強度的影響,使坡面防護強度高于單純噴漿或混凝土。
漿砌片石防護:適用于坡度緩于1:1的各種巖質(zhì)和土質(zhì)邊坡,坡面因風化剝落、地表水沖刷、易發(fā)生流泥沖溝及表層溜坍等災(zāi)害時可采用漿砌片石護坡,石材豐富地區(qū)最為合適。
漿砌片石護坡所用的水泥砂漿強度一般為m5,受流水沖刷或位于寒冷地區(qū)應(yīng)提高為m7.5或m10。石料應(yīng)采用不易風化的堅硬巖石或大塊卵石,厚為0.25~0.5m。護坡地面設(shè)0.1~0.15m的碎石或砂礫組成的墊層,在一定條件下,也可采用與墊層等效的土工織物代替。
漿砌片石護坡視巖土情況設(shè)置砌石基礎(chǔ),其埋深至少為護坡厚度的1.5倍,在冰凍地區(qū)應(yīng)設(shè)置在冰凍線以下,砌石護坡應(yīng)每隔10~15m設(shè)置寬2cm的伸縮縫 (或沉降縫),用瀝青麻筋或竹筋填塞。
噴錨網(wǎng)聯(lián)合防護:
當坡面巖體已嚴重風化或巖體受切割破碎嚴重,噴漿或噴射混凝土防護強度不足時,為加強防護效果,應(yīng)采用噴錨網(wǎng)聯(lián)合防護。噴射混凝土與鋼筋網(wǎng)封閉坡面,錨桿既可加固坡面一定深度內(nèi)巖體,也可承受少量松散體產(chǎn)生的側(cè)壓力。可用1:3水泥砂漿固定錨桿,當要求錨桿立即起防護作用時,可采用早強錨固卷,施工簡單,快速可靠。預(yù)制鐵絲網(wǎng)直徑一般采用2mm,綁扎鐵絲直徑0.5mm,鐵絲網(wǎng)框條一般采用直徑6.5mm的圓筋,錨桿可用16~20mm的螺紋鋼筋。
鐵絲網(wǎng)框條采用直徑6.5mm的鋼筋時,應(yīng)先拉直再加工焊接成框。噴漿及噴射混凝土厚度要均勻,勿使錨網(wǎng)外露。
落石防護-主被動
柔性防護系統(tǒng)
以柔性網(wǎng)為主要特征承力構(gòu)件,通過加固(如主動系統(tǒng))、攔擋(如被動系統(tǒng))和引導(dǎo)(如維護系統(tǒng))等基本形式來防治落石、淺表層滑動或泥石流等坡面地質(zhì)災(zāi)害。
主動防護系統(tǒng)
可實現(xiàn)坡面孤危石及淺表層巖土體的加固,避免落石或局部崩塌的發(fā)生,抑制淺表層巖土體的變形移動或運動,阻止或緩解各種自然營力對坡面的侵蝕作用。根據(jù)錨桿和柔性網(wǎng)網(wǎng)片的布置方式,可分為矩陣式錨固的網(wǎng)片單元式布置系統(tǒng)和梅花形錨固的網(wǎng)片連續(xù)布置系統(tǒng)。
被動防護系統(tǒng)
按構(gòu)成形式和防護能級劃分,常用攔石網(wǎng)型號有數(shù)十種,但從基本結(jié)構(gòu)和功能特征上看,除下部基礎(chǔ)外,其上部結(jié)構(gòu)都是由鋼柱、連接構(gòu)件和柔性網(wǎng)構(gòu)成的柵欄式落石攔擋結(jié)構(gòu)
基本構(gòu)成:
鋼柱:鋼柱是被動系統(tǒng)的支撐結(jié)構(gòu),其主要作用是保證系統(tǒng)及其柔性網(wǎng)的直立,并展開和支承支撐繩、拉錨繩等連接構(gòu)件。
連接構(gòu)件:連接構(gòu)件包括拉錨繩、拉錨錨桿和支撐繩這三類具有特定結(jié)構(gòu)性能的構(gòu)件,及其它起連接作用的構(gòu)件,如緩沖繩、緩沖卡環(huán)等專用連接件和繩夾、卸扣、螺栓等輔助連接件。
柔性網(wǎng):柔性網(wǎng)是被動防護系統(tǒng)的核心構(gòu)成部分,是整個系統(tǒng)中唯一的面狀攔擋結(jié)構(gòu),其主要功能是實現(xiàn)對落石的直接攔截。
消能件:消能件的功能是其受到落石沖擊的荷載較高時,通過自身變形或位移的方式來吸收或消散能量,同時限制整個系統(tǒng)中的荷載峰值。
邊坡支擋
巖土壓力的主要荷載一般包括巖土體自身重量引起的側(cè)向壓力、水壓力以及影響區(qū)范圍內(nèi)的構(gòu)筑物荷載、施工荷載、交通荷載等。
若剛性的擋土墻保持原來的位置靜止不動,則作用在擋土墻上的土壓力稱為靜止土壓力,按下式計算:
靜止土壓力系數(shù)宜由試驗確定,當無試驗條件時,可按下式估算:
若擋土墻在墻后填土壓力作用下,背離填土方向移動,此時作用在墻上的土壓力將由靜止土壓力逐漸減小,當墻后土體達到極限平衡狀態(tài),并出現(xiàn)連續(xù)滑動面而使土體下滑時,土壓力減到最小值,稱為主動土壓力,按下式計算:
主動土壓力系數(shù):
若擋土墻在外力作用下,向填土方向移動,這時作用在墻上的土壓力將由靜止土壓力逐漸增大,直到土體達極限平衡狀態(tài)并出現(xiàn)連續(xù)滑動面,墻后土體將向上擠出隆起,此時土壓力增至最大值,稱為被動土壓力,按下式計算:
巖體壓力:
3、側(cè)向巖體壓力和破裂角計算應(yīng)符合下列規(guī)定:
1) 當巖質(zhì)邊坡無外傾結(jié)構(gòu)面時,以巖體等效內(nèi)摩擦角按側(cè)向土壓力方法計算側(cè)向巖體壓力,破裂角按式 (45°+φ/2)確定,i類巖質(zhì)邊坡取75o左右。
2) 當有外傾硬性結(jié)構(gòu)面時,將計算巖體壓力和以巖體等效內(nèi)摩擦角按側(cè)向土壓力方法計算的結(jié)果對比,取較大值;除i類邊坡巖體外,破裂角取外傾結(jié)構(gòu)面傾角和 兩者中的較小值。
3) 當邊坡沿外傾軟弱結(jié)構(gòu)面破壞時,破裂角取該外傾結(jié)構(gòu)面的視傾角和(45°+φ/2)兩者中的較小值。
擋土墻類型的劃分方法較多,通常以擋土墻的結(jié)構(gòu)形式分類為主,主要有:重力式擋土墻(包括衡重式擋土墻)、薄壁式擋土墻(包括懸臂式和扶壁式擋土墻)、加筋式擋土墻、錨桿式和錨定板式擋土墻、豎向預(yù)應(yīng)力錨桿式擋土墻、土釘式及樁板式擋土墻等。
重力式擋土墻按結(jié)構(gòu)形式可分為仰斜式、垂直式、俯斜式、凸形折線式和衡重式。
地基承載力及墻身強度驗算:必要時應(yīng)參照基礎(chǔ)工程設(shè)計和混凝土設(shè)計原理進行地基承載力驗算及墻身強度驗算。進行地基承載力驗算時,應(yīng)先求出作用在基底的總豎向力,并通過力矩平衡求出合力作用點,進而求得基底合力偏心距,再根據(jù)不同偏心情況下的基底應(yīng)力計算公式分別求得最大值和平均值,驗算二者分別滿足地基承載力驗算公式即可。驗算墻身強度時,則應(yīng)取1~2個控制截面,分別進行其在自重及巖土壓力同時作用下的正截面偏心壓縮承載力驗算、彎曲承載力驗算及斜截面抗剪承載力驗算,具體計算方法可參照相關(guān)規(guī)范。
薄壁式擋土墻高度在6m以下時一般選用懸臂式擋土墻,大于6m時選用扶壁式擋土墻。
設(shè)計原則 : 計算擋土墻整體穩(wěn)定性和立板內(nèi)力時,可不考慮擋土墻墻前底板以上土體的影響;在計算墻趾板內(nèi)力時,應(yīng)計算底板以上填土的自重。計算擋土墻實際墻背和墻踵板的土壓力時,可不計填料與板間的摩擦力。
懸臂式擋土墻由立壁(墻面板)和墻底板(包括墻趾板和墻踵板)組成,呈倒“t”字型,具有三個懸臂,即立壁、墻趾板和墻踵板。
懸臂式擋土墻和扶壁式擋土墻的側(cè)向主動土壓力宜按第二破裂面法進行計算。當不能形成第二破裂面時,可用墻踵下緣與墻頂內(nèi)緣的連線或通過墻踵的豎向面作為假想墻背計算,取其中較不利狀態(tài)的側(cè)向壓力作為設(shè)計控制值。
懸臂式擋墻的立板、墻趾板和墻踵板等結(jié)構(gòu)構(gòu)件可取單位寬度按懸挑構(gòu)件進行計算。
扶壁式擋土墻由墻面板(立壁)、墻趾板、墻踵板及扶肋(扶壁)組成,實際上它是在懸臂式擋土墻的基礎(chǔ)上,沿墻方向每隔一定距離加設(shè)扶肋而成。
對扶壁式擋土墻,根據(jù)其受力特點可按下列簡化模型進行內(nèi)力計算:① 立板和墻踵板可根據(jù)邊界約束條件按三邊固定、一邊自由的板或以扶壁為支點的連續(xù)板進行計算;② 墻趾底板可簡化為固定在立板上的懸臂板進行計算;③ 扶壁可簡化為t形懸臂梁進行計算,其中立板為梁的翼緣,扶壁為梁的腹板。
加筋土擋土墻分為有面板加筋土擋土墻和無面板加筋土擋土墻。有面板加筋土擋土墻在工程中應(yīng)用較為廣泛,即在土中加入拉筋,利用拉筋與土之間的摩擦作用,改善土體的變形條件,提高土體的工程特性,從而達到穩(wěn)定土體的目的。無面板加筋土擋土墻通過反包式土工格柵的加筋錨固作用,約束土體的側(cè)向變形,保證土體的穩(wěn)定。
1、抗滑移穩(wěn)定性驗算:加筋土擋土墻的滑動一般有兩種可能,一種是水平推力克服了加筋體“基底”與地基之間的摩擦力而沿底面滑動,另一種是修筑在邊坡上的加筋土擋土墻可能自身與滑體一起產(chǎn)生滑動。
2、抗傾覆穩(wěn)定性驗算:
(抗傾覆安全系數(shù)一般不小于1.4,地震工況時不小于1.3)
邊坡錨固
拉力型錨桿指受力時錨固段注漿體處于受拉狀態(tài)的錨桿,其主要特點是錨桿受力時錨固段漿體受拉并通過漿體將拉力傳遞至周圍地層,結(jié)構(gòu)簡單,目前使用范圍最廣。
壓力型錨桿指受力時錨固段注漿體處于受壓狀態(tài)的錨桿,其主要特點是利用承載體使錨桿受力時錨固段漿體受壓,并通過漿體將拉力傳遞至周圍地層,防腐性能較好,但由于注漿體承壓面積受到鉆孔直徑的限制,故不能得到高承載力的錨桿。
荷載分散型錨桿也稱單孔復(fù)合錨桿,指在一個鉆孔中,由若干拉力型或壓力型單元錨桿組合而成的復(fù)合錨固體系,其能將錨固力分散作用于錨桿總錨固段的不同部位(即各單元錨桿的錨固段)上。
主要包括拉力分散型錨桿和壓力分散型錨桿兩種,其工作時能充分利用地層固有強度,其承載力隨錨固段長度增加成比例提高。拉力分散型錨桿適用于錨桿承載力要求較高的軟巖或土體工程,壓力分散型錨桿適用于錨桿承載力要求較高或防腐等級要求較高的軟巖或土體工程。
錨固設(shè)計計算:
以預(yù)應(yīng)力錨桿為例,錨固工程設(shè)計主要包括錨固力(斜坡、擋墻、錨拉樁等)計算、錨桿布置及安設(shè)角度確定、錨桿桿體材料選擇及確定、錨桿結(jié)構(gòu)設(shè)計、錨頭及防腐設(shè)計、整體穩(wěn)定性驗算等內(nèi)容。
邊坡錨固力計算:邊坡錨固力計算過程中,首先需按照規(guī)范確定邊坡設(shè)計安全系數(shù),其次針對不同的破壞形式,計算單位長度邊坡所需的錨固力。邊坡錨固力計算可采用極限平衡法,但對于重要或復(fù)雜邊坡的錨固設(shè)計,宜同時采用極限平衡法與數(shù)值分析法。對可能產(chǎn)生圓弧滑動的錨固邊坡,宜采用簡化畢肖普法、摩根斯坦-普賴斯法或簡布法計算,也可采用瑞典法計算;
對可能產(chǎn)生直線滑動的錨固邊坡,宜采用平面滑動面解析法計算; 對可能產(chǎn)生折線滑動的錨固邊坡,宜采用傳遞系數(shù)隱式解法、摩根斯坦-普賴斯法或薩瑪法計算;對巖體結(jié)構(gòu)復(fù)雜的錨固邊坡,可配合采用赤平極射投影法進行分析。
單平面破壞模式:
雙平面破壞模式:
圓弧型破壞模式常發(fā)生于土質(zhì)及碎裂巖質(zhì)邊坡中。
根據(jù)工程實際需求,同時結(jié)合工程類比法,可初步選定錨桿排數(shù)和錨桿間距,單根錨桿拉力標準值應(yīng)根據(jù)邊坡錨固力、錨桿排數(shù)及間距確定,即:
預(yù)應(yīng)力錨桿拉力設(shè)計值(設(shè)計錨固力,或設(shè)計軸向拉力)與錨桿拉力標準值之間存在下列關(guān)系:
錨桿類型應(yīng)根據(jù)工程要求、錨固地層性質(zhì)、錨桿極限受拉承載力、不同類型錨桿的工作特征、現(xiàn)場條件、施工方法等綜合因素選取。此外,預(yù)應(yīng)力錨桿設(shè)計的承載能力極限狀態(tài)還應(yīng)符合下列要求:
錨桿選型:
6) 錨桿布設(shè)
錨桿布設(shè)原則上應(yīng)根據(jù)實際地層情況以及錨桿與其它支擋結(jié)構(gòu)聯(lián)合使用的具體情況確定,必須充分了解邊坡的地質(zhì)狀況,確定邊坡變形破壞的模式后,才能決定錨桿布設(shè)位置。錨桿布設(shè)的總體原則是對邊坡滑體產(chǎn)生最佳的抗滑效果,一般應(yīng)滿足以下基本要求:
(1) 錨桿間距和長度,應(yīng)根據(jù)錨固工程周圍地層的整體穩(wěn)定性確定。
(2) 錨桿間距除必須滿足錨桿的受力要求外,還應(yīng)大于1.5m,以避免因群錨效應(yīng)而降低錨固力。當所采用的間距小于1.5m時,應(yīng)將相鄰錨桿的傾角調(diào)整至相差3°以上。
巖土錨桿通常是以群體的形式出現(xiàn)的,若錨桿布置較密集,地層中受力區(qū)的重疊會引起應(yīng)力疊加和錨桿位移,從而使錨桿極限抗拔力不能有效發(fā)揮,即群錨效應(yīng)。錨桿極限抗拔力會因群錨效應(yīng)而減小,群錨效應(yīng)與錨桿間距、直徑、長度及地層形狀等因素有關(guān)。
(3) 錨桿與相鄰基礎(chǔ)或地下設(shè)施間的距離應(yīng)大于3.0m。
(4) 錨桿錨固段應(yīng)在潛在滑面以外的穩(wěn)定巖土體內(nèi),且上覆土層厚度不宜小于4.5m,避免坡頂反復(fù)荷載的影響,同時不會因較高注漿壓力而使上覆土層隆起。
(5) 根據(jù)錨桿的作用原理,對于不同類型工程,錨桿傾角是不同的,確定錨桿傾角應(yīng)有利于滿足工程抗滑、抗塌、抗傾或抗浮的要求。但就控制注漿質(zhì)量而言,若錨桿傾角過小時,注漿料因泌水和硬化而產(chǎn)生的殘余漿渣會影響錨桿的承載力,故錨桿傾角宜避免與水平面成-10°~+10°的范圍,10°范圍內(nèi)錨桿的注漿應(yīng)采取保證漿液灌注密實的措施。
(6) 為使鋼絞線間有適宜的間距,保證鋼絞線被足夠的水泥漿所包裹,以滿足鋼絞線與注漿體間黏結(jié)強度的要求,錨桿鉆孔直徑應(yīng)滿足錨桿抗拔承載力和防腐保護要求,壓力型或壓力分散型錨桿的鉆孔直徑尚應(yīng)滿足承載體尺寸的要求。
(7) 預(yù)應(yīng)力錨桿的布置間距應(yīng)根據(jù)邊坡地層性態(tài)、所需提供的總錨固力及單錨承載力設(shè)計值確定。一般條件下,i、ii、iii類巖體邊坡預(yù)應(yīng)力錨桿間距宜為3.0~6.0m,iv類巖體及土質(zhì)邊坡預(yù)應(yīng)力錨桿間距宜為2.5~4.0m。
(8) 錨桿的布設(shè)角度,對基坑或近于直立的邊坡而言,需考慮鄰近狀況、錨固地層位置及施工方法。一般錨桿的傾角不小于13°,也不應(yīng)大于45°。傾角愈大,抵抗滑體滑動的能力將相應(yīng)地減弱,故錨桿布設(shè)角以15~35°為宜。
對傾倒破壞的邊坡,預(yù)應(yīng)力錨桿的設(shè)計布設(shè)角度宜與巖體層理面垂直。對滑動破壞的邊坡,預(yù)應(yīng)力錨桿的布設(shè)角度應(yīng)發(fā)揮錨桿的抗滑作用,在施工可行條件下,錨桿傾角宜按下式計算:
錨固段長度可根據(jù)計算和工程類比法確定,對于i、ii級邊坡應(yīng)同時采用現(xiàn)場拉拔試驗驗證。錨桿或單元錨桿的錨固段長度可由下列確定,并取兩者間的較大值:
一般而言,拉力型與壓力型錨桿的錨固段長度宜為3~8m(巖石)和6~12m(土層)。在軟巖或土層中,當拉力或壓力型錨桿的錨固段長超過8m(軟巖)和12m(土層)仍無法滿足極限抗拔承載力要求或需要更高的錨桿極限抗拔承載力時,宜采用壓力分散型或拉力分散型錨桿。壓力分散型與拉力分散型錨桿的單元錨桿錨固段長度宜為2~3m(軟巖)和3~6m(土層)。
錨桿自由段長度應(yīng)根據(jù)錨桿與滑面、邊坡坡面的交點間距確定。若錨桿自由段長度過短,對錨桿施加初始預(yù)應(yīng)力后,錨桿的彈性位移較小,一旦錨頭出現(xiàn)松動等情況,可能會造成較大的預(yù)應(yīng)力損失,因此錨桿自由段長度一般不應(yīng)小于5.0m。此外,自由段應(yīng)穿過潛在滑面至少1.5m,并將錨固段布設(shè)于合適的地層內(nèi),以保證錨固系統(tǒng)的整體穩(wěn)定性。
抗滑樁
1) 計算基本假定
① 在沿滑動主軸方向的地質(zhì)縱斷面圖上,按滑面的產(chǎn)狀和巖土性質(zhì)劃分為若干鉛直條塊,由后向前計算各條塊分界面上的剩余下滑力即是該部位的滑坡推力;
② 每段滑體的下滑力方向與其所在條塊的滑面平行;
③ 橫向按單位寬度計算,不考慮兩側(cè)的摩擦阻力;
④ 視滑體為連續(xù)而無壓縮的介質(zhì),由后向前傳遞下滑力并作整體滑動,不考慮滑體內(nèi)部的局部應(yīng)力作用。
滑坡推力
2) 滑體上的作用力
第i 個條塊滑體上的作用力可分為基本力系和特殊力系兩類。
基本力系包括滑體自重wi、上一條塊傳遞來的剩余下滑力ei-1、下一條塊產(chǎn)生的支撐力ei、滑床反力ni、滑面的抗滑力ti;
特殊作用力系只有在可能出現(xiàn)的情況下,才列入計算,其主要包括作用在條塊上的外部荷載pi、動水壓力di (滑體飽水或其下部飽水且與滑帶水相連通時考慮)、滑床上產(chǎn)生的浮托力si、滑頭水系有壓力水頭時的浮托力si’ 及地震力esi等。
3) 各作用力的計算
4) 通過加大下滑力計算
② 剩余下滑力ei:
5) 通過折減抗滑力計算(推薦)
計算滑坡推力時,首先根據(jù)試驗資料、經(jīng)驗數(shù)據(jù)等進行綜合分析,擬定各條塊滑面的ci、φi值,或整個滑面的平均c、φ值,令f=1,依次計算各條塊的剩余下滑力,并要求滑坡前緣出口的剩余下滑力等于或趨近于零。若不為零,則需調(diào)整c、φ值,重復(fù)計算,直至等于或趨近于零為止,即反算求得c、φ值,如曲線a,進而綜合確定滑面(帶)的強度指標。
其次,根據(jù)工程要求,選定安全系數(shù)f,再重新計算各條塊的剩余下滑力,即為設(shè)計下滑力,如曲線b?;虑熬壋隹谔幍淖罱K不平衡下滑力 ,其為抗滑樁設(shè)計的主要依據(jù)之一。最后,根據(jù)選定的樁位、樁間距,計算作用在每根樁上的滑坡推力。
滑坡推力分布及其作用點位置,與滑坡類型、部位、地層性質(zhì)、變形狀況及地基系數(shù)等因素有關(guān)。當滑體沿斷面高度均勻向下變形、地基系數(shù)為常數(shù)時,推力呈矩形分布;當?shù)鼗禂?shù)沿斷面高度呈線性變化時,則推力呈三角形分布;當?shù)鼗禂?shù)在頂部呈線性變化、底部為常數(shù)時,則推力呈梯形分布。
設(shè)置抗滑樁后,當抗滑樁受到滑坡推力作用產(chǎn)生變形時,一部分滑坡推力傳遞到樁前滑體(滑面以上),另一部分通過樁體傳遞到錨固段地層(滑面以下)??够瑯吨車鷰r土體對抗滑樁的抗力作用稱為樁周巖土抗力,其中滑面以上的稱為樁前滑體抗力,或受荷段地層抗力;滑面以下的為錨固段地層抗力。
① 地基系數(shù)為常數(shù)(即“k”法)的假定,適用于較完整巖層和硬黏土;
② 地基系數(shù)與深度成正比例增加(即“m”法)的假定,適用于硬塑至半堅硬的砂黏土、碎石類土或風化破碎的巖層。
在彈性限度內(nèi),與變位成正比的樁周巖土抗力稱為彈性抗力,根據(jù)彈性理論,由地基系數(shù)計算樁周巖土作用于樁身的彈性抗力值及其分布。假定地層為彈性介質(zhì),樁為彈性構(gòu)件,作用于樁側(cè)任一點y處的彈性抗力:
樁前滑體抗力可由極限平衡時滑坡推力曲線、樁前被動巖土壓力或樁前滑體的彈性抗力(樁前剩余抗滑力)確定,設(shè)計時選用較小值。
① 根據(jù)滑坡推力曲線確定樁前滑體抗力時,假定滑坡處于極限平衡狀態(tài),滑面以上的c、φ值根據(jù)反算法確定時,抗滑樁需要承受的推力(樁上設(shè)計荷載)為t=e-p 。
② 以樁前被動土壓力作為樁前滑體抗力時,可按朗肯被動土壓力公式計算。
③ 采用地基系數(shù)法時,將滑面以上樁身所受的滑坡推力作為已知設(shè)計荷載,然后根據(jù)滑面上下地層的地基系數(shù),把整根樁視為彈性地基梁進行計算,不考慮滑面存在的影響。
應(yīng)特別注意,若樁前滑體將被挖掉或可能滑動,則不存在樁前滑體抗力,此時應(yīng)將滑坡推力直接作為樁上設(shè)計荷載。樁前滑體抗力的分布圖形基本呈拋物線,抗力的最大值出現(xiàn)在滑體中部,靠近滑面的應(yīng)力較小。當滑體為黏性土時,由于黏聚力影響,頂端抗力較滑體為松散介質(zhì)時大,合力重心也較高。在工程設(shè)計中,樁前滑體抗力一般采用與滑坡推力相同的應(yīng)力分布形式,也可采用拋物線分布形式。當采用拋物線分布時,可將抗力圖形簡化為一個三角形和一個倒梯形。
錨固段地層抗力分兩種情況:①抗滑樁錨固在完整巖層中,此時把滑面以下的地層當作半無限的空間彈性體,抗滑樁處理為插入其中的一根桿件較為合適,因按空間彈性體計算較為復(fù)雜,故一般采用彈性力學中簡便的鏈桿法計算,滑面處的抗力圖形有明顯的應(yīng)力集中現(xiàn)象;②抗滑樁錨固在破碎巖層或堆積層中,此時可將地層視為彈性介質(zhì),采用地基系數(shù)法較為合適,而滑面處抗力較小。
抗滑樁橫截面形狀對樁的抗滑作用有較大影響。當滑體滑動方向明確時,可采用矩形截面,其長邊宜與滑動方向一致;當滑體滑動方向難以準確確定時,宜采用圓形截面??够瑯兜慕孛娉叽鐟?yīng)根據(jù)單樁承受的滑坡推力大小、錨固段地層橫向容許承載力和樁間距等因素確定,且樁最小邊寬度不宜小于1.25m。初步選定時,矩形截面的短邊邊長可為1.5~3m,長邊邊長不宜小于短邊的1.5倍;圓形截面的直徑可為1.5~5m。
樁的錨固深度與穩(wěn)定地層的強度、滑坡推力、樁體剛度、截面和間距、是否及如何考慮樁前滑體抗力等因素有關(guān)。錨固不宜過深,通常采用縮小樁距或調(diào)整樁體截面尺寸等方法,以減小錨固深度。抗滑樁錨固段應(yīng)錨固于潛在滑面以下的穩(wěn)定地層內(nèi),且不應(yīng)產(chǎn)生新的深層滑動。初步選定時,錨固深度可為樁長的1/4~1/3,最終應(yīng)根據(jù)計算確定。
樁底支承條件:
① 自由支承:在滑面以下樁的ob段,地層為土體、松軟破碎巖體;
② 鉸支承:當樁底巖層完整時,并較ob段地層堅硬,但樁嵌入此層不深;
③ 固定支承:當樁底巖層完整且極堅硬,樁嵌入該層較深。(不推薦)
剛性樁與彈性樁:
當βh2≤1.0或αh2≤2.5時,抗滑樁屬剛性樁,否則屬彈性樁。錨固段地基系數(shù)為梯形分布時,可將樁分成若干小段,每小段內(nèi)采用常數(shù)分布近似計算。
抗滑樁樁身按受彎構(gòu)件設(shè)計,當無特殊要求時可不做變形、抗裂及撓度等驗算。樁身混凝土的強度等級宜為c30,樁身中的主筋宜采用hrb 400鋼,箍筋可采用hrb 335鋼或hrb 400鋼。
國外通常采用線彈性地基系數(shù)法計算抗滑樁內(nèi)力,將滑面以上按懸臂樁考慮,并采用一般靜力學方法求解其內(nèi)力,而滑面以下采用有限差分法求解其內(nèi)力。國內(nèi)大多采用懸臂樁法和地基系數(shù)法。
受荷段樁身內(nèi)力:
錨固段樁身內(nèi)力:
錨拉樁:
與普通抗滑樁相比,錨拉樁具有下列優(yōu)點:①改變普通抗滑樁的受力狀態(tài),減小樁身彎矩和剪力,從而減小樁身截面面積及埋深,節(jié)省材料并降低造價;②錨索可控制樁頂位移量,由普通樁被動受力變?yōu)橹鲃邮┝?,使其成為主動抗滑結(jié)構(gòu),可有效減小滑體位移量,利于保證滑帶(潛在滑帶)的強度;③能較快控制滑坡。