王 乾

(廣州利源工程咨詢有限公司,廣州 510000)

隨著水利水電、礦山、鐵路、公路、城市建設(shè)事業(yè)迅猛發(fā)展,在邊坡治理中,支擋加固技術(shù)越來越受到世界各國的關(guān)注。當(dāng)前,我國的支擋加固技術(shù)向小型化、輕型化、復(fù)合型、機械化施工方向發(fā)展,格構(gòu)錨固技術(shù)正是順應(yīng)了這種潮流,并將護坡與支擋相結(jié)合。格構(gòu)錨固是一種行之有效的邊坡防護技術(shù),目前已經(jīng)引起非常廣泛的重視隨著我國基建投資的增加,公路、水利等領(lǐng)域?qū)霈F(xiàn)大量的邊坡,這就給邊坡的治理技術(shù)帶來了新的挑戰(zhàn)[1]。近幾年來,在高邊坡、水利水電邊坡、工業(yè)和民用建筑等領(lǐng)域,對其進行了深入的理論分析和設(shè)計研究。

1 工程概況

廣州健康產(chǎn)業(yè)城(醫(yī)藥研發(fā)片區(qū))河涌整治一期工程(第一期)位于廣州市白云區(qū)鐘落潭鎮(zhèn),主要建設(shè)內(nèi)容是對馬洞坑樁號馬k1+800-樁號k2+260河涌兩岸共計460m按控規(guī)進行整治,馬洞坑樁號馬k1+780-馬k1+800及馬k2+260-馬k2+360共計120m河涌采用漸變式C30懸臂鋼筋混凝土擋土墻護岸和上下游現(xiàn)狀河涌平順連接;對茅崗河樁號茅k0+000-茅k0+720共計720m河涌左岸按控規(guī)進行整治,茅k0+000-茅k0+720段河涌右岸為放坡開挖,采用格構(gòu)式護坡形式,形成臨時渠道;新建抽水站一座,泵房長寬為4m×4m,新建灌溉渠道。

2 格構(gòu)錨固的種類與概念

格構(gòu)式錨固是一種由格構(gòu)梁與錨固結(jié)合而形成的新型防滑支擋結(jié)構(gòu)。在坡面上,采取了漿砌塊石、現(xiàn)澆鋼筋、預(yù)應(yīng)力混凝土格構(gòu)梁等多種保護措施,同時,由于梁體與斜坡的接觸面積比較大,在邊坡穩(wěn)定性分析中,采用錨桿或錨索結(jié)合進行邊坡加固是一種行之有效的方法[2]。在實際工程應(yīng)用中,預(yù)應(yīng)力錨索網(wǎng)架的主要結(jié)構(gòu)形式見圖1。

圖1 格構(gòu)示意圖

格構(gòu)的作用是將剩余的巖壓力或下滑力或土壓力分布于格構(gòu)結(jié)點的錨索或錨桿上,用錨桿(索)將其再送至穩(wěn)定的地層,由此,邊坡在錨固力的作用下保持穩(wěn)定。因此,從格構(gòu)本身來說,它只是一種傳遞力量的結(jié)構(gòu),它的抗滑力主要來自于格構(gòu)節(jié)點上的錨桿和錨索。通常所提到的格構(gòu)加固技術(shù),分為兩種類型:格構(gòu)自身和錨桿(索)[3]。此外,格構(gòu)錨固還可以和其它的綠色保護措施相結(jié)合,如在框架中種植雜草,起到了穩(wěn)定邊坡和美化邊坡環(huán)境的作用,因此,格構(gòu)錨固是一種廣泛應(yīng)用的結(jié)構(gòu)形式,具有廣闊應(yīng)用前景的防滑護坡系統(tǒng)[4]。我國在邊坡工程中,按所選擇的材料,多采取漿砌塊式和現(xiàn)澆鋼筋混凝土格構(gòu)。一般有4種:方型、菱型、人型、弧型。為了確保安全,一般采用長方形的橫梁,而且至少要有2/3的橫梁要埋入地下。

漿砌塊石格錨固是以漿砌塊為基礎(chǔ),采用錨桿進行錨固,這樣才能使表面得到加強,水泥砂漿的抗彎性很差,不能承載其本身的重量,但具有良好的抗壓能力,尤其適合于坡面前緣較小、整體穩(wěn)定性良好的邊坡?，F(xiàn)澆鋼筋混凝土錨固結(jié)構(gòu)的現(xiàn)澆鋼筋混凝土格構(gòu)梁,其錨桿(索)在滑行時會產(chǎn)生阻力。鋼筋混凝土梁抗彎、抗壓性能均優(yōu)于漿砌塊,其整體剛度明顯改善,適合于整體穩(wěn)定,在前方發(fā)生溜滑、崩滑、或較大坡度的邊坡整治,得到了較為廣泛的應(yīng)用。

3 工程實踐

3.1 設(shè)計原則

該項目在施工期間,邊坡最大高度差達30m,造成的損害非常嚴重。經(jīng)鑒定,該結(jié)構(gòu)的安全等級為第二級,根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)環(huán)境、邊坡穩(wěn)定性、技術(shù)經(jīng)濟條件等因素,對邊坡進行了分析,采取技術(shù)可靠、施工簡單、投資小的控制措施,為了消除危險,根據(jù)永久邊坡的形式進行了設(shè)計,下面是一些基礎(chǔ)原理:

1)及時、經(jīng)濟、合理的治理措施,可改善地質(zhì)環(huán)境,努力與周圍自然環(huán)境彼此交融,彼此配合。

2)為保證邊坡的安全、地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生、坡腳和人身安全,都起到了重要的作用。

3)在進行邊坡整治前,必須采取適當(dāng)?shù)姆雷o措施,以防止在施工中發(fā)生二次事故,即使出現(xiàn)巖體松動或者是滑坡等情況,同時,要采取有效的保護措施,將其限制在一定的范圍之內(nèi)。

4)從安全角度出發(fā),對設(shè)計方案進行了優(yōu)化,減少了管理費用。

3.2 設(shè)計方案

依據(jù)以上設(shè)計原理,結(jié)合工程實際,提出了以下幾種支護方案:

利用分段削坡技術(shù)建立了一階臺階,在主要裂縫附近,上部邊坡削坡線基本上是沿主裂面切去的,坡度為1∶1; 根據(jù)坡腳用地紅線規(guī)劃,采用1∶0.75～1∶1.5的坡度控制下斜坡的坡度。待削坡完成后,由于覆蓋和全強風(fēng)化作用,上部邊坡的厚度比較大,采用錨桿(錨索)結(jié)合網(wǎng)架支撐,錨索間距為6m,垂直方向為2m,錨桿垂直方向為2m。并在格構(gòu)梁結(jié)點上設(shè)置了錨桿和錨索。下層斜坡主要是風(fēng)化的基巖,系統(tǒng)地錨固采用了鋼筋錨固法。坡頂達分水嶺或匯水區(qū)域不大,故不設(shè)截流渠。在平臺和坡底設(shè)置排水溝,并與斜坡上的縱溝相連,匯集的雨水經(jīng)過集中后,統(tǒng)一排入下水道。在邊坡支護完成后,進行綠化,以美化邊坡,恢復(fù)破壞的生態(tài)環(huán)境。采用噴混植生技術(shù)對斜坡進行復(fù)綠,坡底設(shè)置低矮的漿砌石擋墻,在斜坡后進行回填土和栽植灌叢。

3.3 主要的建造規(guī)范和需求

3.3.1 預(yù)應(yīng)力錨索格構(gòu)的受力分析

在邊坡巖土中,預(yù)應(yīng)力錨索的格構(gòu)受下列力的影響,如圖2所示。

圖2 錨索格構(gòu)受力示意圖

1)錨索拉力pt:根據(jù)預(yù)應(yīng)力錨索的工作原理,將錨索上的拉力首先通過錨固的預(yù)應(yīng)力作用,使其在邊坡體內(nèi)的巖體中得到足夠的拉力,從而達到防止邊坡變形的目的。

2)巖土體對格構(gòu)梁的地基反力q(x):在邊坡變形與錨索約束共同作用下,引起了邊坡的地基反力,并與邊坡土相互作用?；A(chǔ)反力是格構(gòu)梁受力的一種反力,它沿著縱梁、橫梁、與格構(gòu)底部垂直,其分布形式和數(shù)值大小與錨索拉力、格構(gòu)剛度以及邊坡巖土的關(guān)系密切。

3)格構(gòu)與坡面巖土體間的摩擦力f(x):摩擦力f(x)是錨索格構(gòu)和邊坡巖土體之間的相對移動傾向而同時發(fā)生,該力和q(x)同時生成、存在,平行于框架梁梁底。根據(jù)邊坡角度和錨索的實際張力值,這種作用力可以指向坡頂或坡底。

4)格構(gòu)的自重W:鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)本身的自重,垂直向下,相對于其他作用于結(jié)構(gòu)的外力,其數(shù)值一般很小,通常可以忽略。

5)地面對格構(gòu)結(jié)構(gòu)的支承力H:這種作用力對預(yù)應(yīng)力錨索結(jié)構(gòu)的影響較為復(fù)雜,其數(shù)值的大小和分布不僅取決于上述各方面的作用力,還與邊坡的變形規(guī)律密切相關(guān)。如果邊坡上部的變形比下側(cè)大,等于邊坡在斜坡腳下旋轉(zhuǎn),那么這個作用點的作用點就是支撐點,它的作用值就會更高。在邊坡上部的變形比下部小的情況下,如果不是在斜坡的底部,或者在斜坡中埋深較少,那么這種作用力的大小將會很小,甚至是零。由于這種作用力的變化很大,所以在進行格構(gòu)的內(nèi)力分析時,通常忽略了這種作用力的影響,但是這種作用力對框架自身的穩(wěn)定起著很大的作用。

3.3.2 削坡

1)削坡的施工必須由上而下,分段進行,禁止一般大斷面的開挖。在滑坡的推動力區(qū)內(nèi),不能隨意堆放挖掘出的廢渣,避免滑坡,導(dǎo)致新的崩塌。

2)斜坡開挖采用機械法,一般不適宜于常規(guī)爆破,坡度符合設(shè)計要求。

3)在建筑工地設(shè)置警告標志,疏散受影響區(qū)域的人員。

4)為了保證工程的安全,必須加強對削坡的監(jiān)控。

3.3.3 鋼筋錨桿

1)鋼筋錨桿采用為Φ25mmⅢ級螺紋鋼筋,6.5mm鋼筋對中支撐,鉆孔90mm,為全黏性錨固,傾斜角度20°,立面間距2m×2m。

2)錨桿孔間距允許偏差為±100mm,孔傾斜為±5%,超過設(shè)計錨桿長度≥0.5m。在安裝錨桿之前,必須將鉆孔內(nèi)的石粉、積水等雜物清理干凈;鋼筋應(yīng)除繡、調(diào)直,每隔1.5m設(shè)置一對中間支撐,以保證柱身水泥夾層的厚度。

3)注漿材料為M30型水泥砂漿,按比例測定,灌漿壓力在0.3～0.5MPa之間;注漿用42.5R強度的普通硅酸鹽水泥。

4)在工程建設(shè)中,必須在上坡處的錨桿強度達到設(shè)計強度的80%,采取自頂向下的施工方式。

3.3.4 預(yù)應(yīng)力錨索

1)用錨索鉆出直徑137mm的錨繩,用鉆機鉆,再用空機清除。

2)預(yù)應(yīng)力錨索長20m,錨固段長度8m,設(shè)計載荷1000N。

3)纜繩向下傾斜20°,由6條φ15.2mm的鋼絲繩構(gòu)成,灌漿材料為M30水泥砂漿,灌漿材料為0.4MPa,通過試驗確定了配比,鉆孔應(yīng)滿足設(shè)計的要求,傾斜角度≤1°。

4)鉆孔深度應(yīng)與設(shè)計深度相適應(yīng),傾角不能超過1°,錨索應(yīng)涂一層防銹漆,并用波紋管保護。在安裝錨索時,采用對中的支座,每隔1m布置一對中支架。

5)錨索灌漿分為兩個階段,首先是錨固期,其次是張拉后的防腐蝕灌漿。

6)預(yù)應(yīng)力錨索采用二次張拉法,首次張拉為設(shè)計荷載的50%,每次張拉后再進行二次張拉。在張拉階段,張拉荷載是設(shè)計應(yīng)力的25%,50%,75%,100%,在每一階段的載荷作用下,每一階段的應(yīng)力都要達到設(shè)計應(yīng)力的110%,并且在30min之內(nèi)完成。

7)張拉后,采用鋼筋混凝土再對其進行加固處理。

3.3.5 鋼筋混凝土格構(gòu)

1)格構(gòu)大小為40cm(寬)×40cm(高)。

2)每10～20m處布置一條可伸縮縫,寬度為2～3cm,然后用瀝青麻筋或其它有彈性的防水材料填充。

3)該格構(gòu)梁混凝土強度等級為C25,鋼筋混凝土防護層為50mm。

4)格構(gòu)梁被埋在巖石中30cm處。

5)格構(gòu)梁混凝土應(yīng)采取現(xiàn)澆施工,注意噴淋施工,以確保其強度與質(zhì)量。為減少施工困難,加速施工,必須合理安排豎向傳送模式及工作臺,鋼筋混凝土格構(gòu)梁的施工工藝的順序為: 測線、挖梁、鋼筋制安、錨桿頭制安、支模、梁槽內(nèi)澆筑混凝土、拆卸、維護。

4 格構(gòu)梁內(nèi)力分析

4.1 倒梁法

1)剛性倒梁法

按照《建筑地基設(shè)計規(guī)范》要求,在較為均勻的基礎(chǔ)上,上部結(jié)構(gòu)的剛度較好,載荷分布也較均勻,在條形梁高度不低于柱距的六分之一的情況下,可以采用線性分布的方法來計算地基反力,條形梁的內(nèi)力可以用連續(xù)梁來計算。在假定格梁為絕對剛度的情況下,梁基底的反作用力是線性的。

在不考慮梁與巖土相互作用的情況下,僅需計算出梁底端的基礎(chǔ)反力集,確定地基反作用力的分布情況。當(dāng)外力被充分地確定后,就可以決定梁的任何部分的內(nèi)力。

在地基反力確定后采用靜平衡法進行格梁內(nèi)力的計算。很明顯,剛性梁法無法將梁的基礎(chǔ)特性及彎曲剛度等因素考慮在內(nèi),在此基礎(chǔ)上,可以忽略地基與梁體之間的相互作用,而內(nèi)力僅與荷載的大小及位置相關(guān)。只適合于較硬的地層和較大的梁彎曲剛度。

4.2 文克爾彈性地基梁法

文克爾假設(shè):地基面任何一處的下沉量都與這一點上單位面積所承受的壓力相關(guān)。這個假說將地基比作了剛性底座上的彈簧,由于考慮了梁體自身的彈性和地基的彈性變形,克服了反力線性分布的缺陷。

5 結(jié) 語

總之,錨格構(gòu)固結(jié)構(gòu)是近幾年在邊坡支擋、滑坡防治中廣泛采用的一種主動防護結(jié)構(gòu),它是一種以錨桿(索)與網(wǎng)架結(jié)構(gòu)組合而成的結(jié)構(gòu)形式,能夠最大限度地發(fā)揮其本身的潛能,起到很好的支撐效果,其結(jié)構(gòu)簡單,重量輕,材料節(jié)約,坡面綠化方便,技術(shù)上具有很高的實用價值,值得推廣。