2016--锚杆框架梁边坡防护[1]

1、锚杆框架梁在边坡防护中的应用徐敏(陕西省公路勘察设计院 西安 邮编 710068)摘 要：随着我国高速公路的迅猛发展，高速公路建设已向山区延伸，由于高填深挖大量出现，高边坡的数量在急剧增加，这一定程度上破坏了当地原有的生态环境，坡体 的变形、失 稳以及破坏频发，对高速公路的施工和运营安全产生了较大的威胁。本文通过锚杆框架梁的设 计原理、施工原则、设计事例分析，充分肯定锚杆框架梁应用于工程滑坡、高边坡以及桥墩边 坡防护以及配合抗滑桩、抗滑挡土墙等其他支挡工程对坡体进行防护的良好防护效果。关键词：锚杆框架梁 边坡防护 设计 应用引言 我省的高等级公路建设在近年得到了飞速发展，以“米”字型为骨架正逐

2、步实 现全省高速公路的网络化。高速公路的建设极大的促动了我省与国内其他各省，以 及省内各地区之间的文化经济发展，但随着高等级公路建设的数量增加，等级、指 标的提高， 高填深挖大量出现，高边坡的数量在急剧增加， 这一定程度上破坏了当 地原有的生态环境，坡体的变形、失稳以及破坏频发，对高速公路的施工和运营安 全产生了较大的威胁。我省地质条件复杂，按地貌单元可划分为陕北黄土高原区，陕南基岩山区和关 中盆地区。其边坡破坏型式多样，机理复杂，防护难度大，现边坡防护已成为了高 速公路建设中需要认真解决的课题。岩土锚固技术作为一种边坡防护措施，于 20 世 纪 50 年代开始在我国采用，近年我省高速公路建设

3、项目的边坡防护中大量采用此项 技术，其 中锚杆框架梁以其防护效果好，使用范围广，造价不高，施工简易等特 点 得到了广大科研单位和设计人员的认可，大量使用在边坡防护中。本文仅对锚杆框 架梁在边坡防护中的一些问题做基本阐述。1、锚杆框架梁的设计 在设计之前，应在地质调查、踏勘及资料收集的基础上，对所治理坡体进行相 应的工程勘察，分析计算其自然状态和工程开挖后的坡体稳定性，确定可能的破坏 型式，以最危险破裂面作为设计依据 ，利用极限平衡理论和 Bishop 法分析边坡，得 出坡体的剩余下滑力(k = 1.25 ),以其作为坡体稳定的最小锚固荷载。1.1 、原理：锚 杆框架梁是利用现浇钢筋混凝土框架进

4、行边坡的坡面防护，并通 过锚杆锚固坡体的一种边坡防护技术。其与公路环境美化相结合，利用框架梁护坡 在钢筋混凝土框架之内充填 预制空心六棱块植草绿化坡面，达到环保美观的效果 。 锚杆框架梁主要是通过框架 梁节点处的锚 杆将边坡坡体的剩余下滑力或土、岩石压 力传递给稳定地层，使边坡在锚杆提供的锚固力作用下达到稳定状态。1.2 、特点：锚杆框架梁具有防护效果好，适用范围广，型式多样，布置灵活， 截面易于调整，框架梁可紧贴坡面，随坡就势，造价不高，施工方便等特点。1.3 、布置型式：在框架梁的各个节点处，预先设置注浆锚杆，待其具有一定强度后，再在坡面 上施工框架梁。一般情况下，框架梁基础深入坡面以下

5、50cm在框架梁顶部设置50cm 厚的浆砌片石镶边工程防护坡顶，以减少水下渗到坡体内破坏坡体的稳定性。其具 体布置型式见图1(图中框架梁，竖肋、横梁采用400X 400mm勺截面，锚杆间距2.5m, 每 7.5 米一片锚杆框架梁) 。1.4 、锚杆：锚杆支护与传统勺支护存在着根本不同和突出勺优越性，其不是被动承受岩土 体产生勺荷载，而是主动加固岩土体，有效控制其变形，防止岩土体坍塌破坏勺发 生， 属于一种主动防护技术。 在我省已建成和正新建勺高速公路勺边坡防护中多数 使用勺是非预应力等截面全粘结型锚杆，下面对此类锚杆作简单介绍。1.4.1 锚固原理：坡体在自然状态下自身具有一定勺强度和刚度，由

6、于降雨及工程原因，破坏了 其自身勺稳定性，而产生变形破坏。锚杆支护是通过将锚杆设置在岩土体内部，来 提供维持坡体稳定勺所需要勺锚固力，其作用主要表现在：( 1 )、注浆锚杆改变岩土体勺性质 ：设置了注浆锚杆勺岩土体，一方面，注浆 体将钻孔部分勺岩土体置换出来，从而提高了坡体勺强度，另一方面，钻孔中注浆 时一般采用不小于0.3Mpa的压力注浆，浆液沿着岩土体裂缝扩渗，在周围形成胶结 网，大大提高了其C、©值，使岩土体的强度和刚度提高，保证坡体的整体稳定性进(2)、注浆锚杆与岩土体的相互作用：锚杆作为一种传力杆件，是依靠锚固段杆 体与稳定地层间的锚固力来提供足够的 抗滑力， 同时锚固体与

7、岩土体之间的粘结能 大大提高潜 在滑移面上的抗剪强度 ，有效的阻止坡体变形位移。1.4.2 、结构：锚杆作为一种传力的结构体系，其主要由锚头、自由段、锚固段、及锚杆配件 组成。(具体见图2)143、设计：143.1、设计基本原则在岩土体中确定使用锚杆时，应充分研究锚杆工程的安全性、经济性和施工可 行性，认真调查与锚固工程有关的地形、场地、周围已有建筑物、地下埋设物、道 路交通和气象等事项，并进行工程地质钻探及有关岩土物理力学性能试验，提供锚 固工程范围内岩土性状、抗剪强度、地下水等资料，对于土层，则还应掌握标准贯 入值、颗粒级配、含水量和塑限。 对使用期限在2年以上的工程锚杆，应按永久性 锚杆

8、设计。锚杆锚筋一般采用级螺纹钢筋，直径 2232,长度一般不超过20m 间距为1.55.0m,间距过大，锚杆分散，设计锚固力过大，偏于不安全；间距小于 1.5m，易产生群锚效应，经济性差。工程实例中锚杆间距多为2.5与3.0m。一般锚杆的俯角工程中多采用与水平呈 1535°的夹角，俯角愈大，有利于抵抗侧压力的 水平分力，但是由于垂直分力过大，产生不利影响。图1锚杆框架梁布置型式平面示意图图2锚杆结构示意图1-杆体；2-钻孔；3-连接钢筋；4-支架；5-导向钢筋；L1-自由段；L2-锚固段；L3-沉渣段、锚杆的设计(1) 、锚杆的长度一般为锚固段长度、自由段长度以及外锚段长度之和。锚杆

9、自 由段长度按外锚头到潜在滑裂面的长度计算，而锚固段长度则由中的计算 确定。同时，土层锚杆锚固段长度宜大于 4.0m、小于14.0m，岩石锚杆锚固段长度 宜大于3.0m、小于10.0m。(2) )锚杆的锚头设计是由锚杆杆体在端部加工成一角度，与防护坡面坡度一致， 通过连接钢筋固定在框架梁中，与框架梁浇注成为一整体。3)、锚杆尾端焊接的导向钢筋，主要作用是放置锚杆时起到导向作用，使其位于钻孔中间。(4)、锚杆中布置的钢筋支架沿锚杆轴线方向每隔 1.02.0m设置一个，而对于 岩石锚杆支架间距可适当增大至 2.02.5m,实际应用中一般采用2.0m间距设置。 其主要作用是保证锚杆位于钻孔的中间，使

10、注浆体均匀包裹在锚杆周围，提供固定 的锚固力。( 5)、在无特殊要求时,锚杆浆体一般采用 1：1 的水泥砂浆,水灰比在 0.38 0.45之间选择，其强度设计值不宜低于M20其注浆压力工程中一般考虑不低于0.3MPa,在一次注浆后，要进行二次加压注浆，使浆体充满钻孔及其岩土体裂隙中， 提高锚固强度，保证工程安全性。1.4.4 、锚杆的施工 锚杆施工质量的好坏将直接影响锚杆的承载力和边坡稳定安全， 一般在施工前应根据工程施工条件和地质条件选择适宜的施工方法，认真组织施工。在施工工程中 如遇与设计不符的地层，应及时报告设计人员，以作变更处理。1.4.5 、锚杆的性能试验锚杆的性能试验是 在锚固工程

11、开工前为了检验设计锚杆性能所进行的锚杆破坏 性抗拔试验 ，其目的是为了确定锚杆的极限承载力，检验锚杆在超过设计拉力并接 近极限拉力条件下的工作性能和安全程度，及时发现锚杆设计施工中的缺陷，以便 在正式使用锚杆前调整锚杆结构参数或改进锚杆制作工艺。性能试验的锚杆数量一般为三根， 用作性能试验的锚杆参数、 材料和施工工艺必 须与工程锚杆相同，而且必须在与安设工程锚杆相同且具有代表性的地层中进行。张拉工程中采用逐级循环加荷，测得(CS)曲线。1.5、框架梁 在我省边坡防护中，采取锚杆框架梁防护的坡体中，框架梁主要是以现浇钢筋 混凝土为主，其主要型式有方型、菱形、人字型及弧型四种型式。 其中以方型应用

12、 最为广泛。框架梁每7.48m 一片，每片之间留2cm伸缩缝，缝间用浸沥青木板填充。每片 框架梁有三根竖肋，横梁数量根据每一级边坡高度做具体调整。其采用现浇钢筋混 凝土，浇注应一次性完成，其钢筋配置按简支梁的理论设计，参考混凝土结构设计规范进行。框架梁平放在坡面上，底部夯实平整，保证框架梁布置的随坡就势。1.6、预制六棱空心块对边坡进行防护的同时，应考虑坡面的绿化问题。锚杆框架梁防护时，通过在 框架内填充预制混凝土空心六棱块，六棱块内填土植草，达到了较好的绿化效果， 空心块尺寸一般选取外径36cm 40cm大的还有做到60、70cm的，这要由边坡坡率 以及岩性综合考虑。黄延线裢褡沟特大桥3#桥

13、墩边坡防护，由于坡率较陡，设计中 将六棱块预制成直角梯形的，交错布置，达到在框架内稳定的结果，同时收到美观 的意外效果。2锚杆框架梁的应用锚杆框架梁主要应用于工程滑坡、高边坡以及桥墩边坡防护，其配合抗滑桩、 抗滑挡土墙等其他支挡工程对坡体进行防护，并取得了较好的防护效果。(1)、西安柞水高速公路 K28+452- +681段高边坡该段路线位于石砭峪水库东岸斜坡地带，由于该段地形高陡，路基开挖形成最 大高度62米、长度200余米的高边坡，2004年10月，受连续降雨影响，部分坡面 产生滑塌，总方量1000余方，阻碍了施工的正常进行及该段边坡的整体稳定性。该段坡体岩性复杂，坡顶出露薄层残坡积或坡洪

14、积粘性土，下覆风化花岗岩， 节理裂隙发育，原岩成分及结构已基本破坏，并发育有岩土接触面。根据现场调查 资料和原治理设计内容，进行了加固设计。主要采用卸载、抗滑桩及抗滑挡土墙支 挡，结合锚杆框架梁和拱形骨架护坡在中部坡面进行防护。其具体内容如下表：工程名称治理内容卸载依据设计坡面线，将 K28+455K28+670段边坡的上部卸载，方量13000方。抗滑桩在K28+533K28+601段布置2.4 X 1.8m抗滑桩12根，间距6米。桩间用挡土板连接，挡土板前布置花篮墙，绿化坡面。抗滑挡土墙在K28+455K28+533段布置高4m的抗滑挡土墙，长度 78米。锚杆框架梁布置于一、二、三级坡面，共

15、计53片，锚杆675根。骨架护坡在四级以及四级以上坡面布置，坡率1 : 1,防护面积3926卅。仰斜排水孔在K28+455+588段布置23根30m长的仰斜排水孔， 与碎落台垂距1m倾角5 °，间距6m=此段高边坡设计由于地质条件变化较大，岩土接触面分布不规则，则防护时大致将其划分为三段。K28+45A530段,花岗岩风化较强，出露较高，岩土接触面为一 弧形，治理采用抗滑挡土墙+锚杆框架梁和拱形骨架护坡防护；K28+53旷+600 段, 堆积残坡积粘性土，基岩在路基标高以下，岩土接触面呈“ V'字型，属于危险地段, 治理中采用抗滑桩+锚杆框架梁和拱形骨架护坡防护（见图 3）;

16、 K28+60旷+670段, 基岩风化较弱，出露不高，表面完好，治理中采用锚杆框架梁和拱形骨架护坡防护。此处高边坡设计中，锚杆框架梁主要作用是为防治坡体中部的浅表层滑塌和坡面冲 刷，并通过绿化改善其整体美观性。飙-图3西安柞水高速公路 K28+452K28+681段高边坡加固工程治理断面（图中尺寸以厘米计）（2）、黄陵延安高速公路老庄河特大桥3井桥墩下边坡该段边坡，坡体高度约40米，角度4055°,表面覆盖有大约3、4米厚的虚 土，产生部分滑溜，破坏了坡体的整体稳定性，将对3#桥墩的安全产生威胁。根据现场勘察测量资料，对该边坡进行治理。其治理工程内容如下表。工程名称治理内容抗滑挡土墙

17、布设于原有便道以上，共计45米，米用7.5#浆砌片石砌筑。锚杆框架梁在二、一级坡面布置锚杆框架梁，锚杆长度分别为10、12米。桥墩(台)防护，由于桥梁在高速公路中的重要性，其修建所形成的边坡一般 存在坡体陡峭不规则，坡率较陡，防护空间小，施工场地有限等特点。所以对桥墩(台)的边坡防护时，简单的坡率法和支挡工程一般造价大，防护效果不好，此次 治理中锚杆框架梁的应用，具有布置灵活，型式易调整，防护安全系数高的特点， 实践中也取得了较好的防护效果，另外黄陵延安高速公路裢褡沟特大桥的 3 #桥墩 边坡防护中也应用到了锚杆框架梁。4、小结通过上述，我们对锚杆框架梁在高速公路边坡防护中的应用有了进一步的了解 和认识。通过对各个工程中应用情况的调查，锚杆框架梁都取得了良好的防护效果， 其美观性也得到认可。具体表现在(1) 、稳定性和整体性锚杆框架梁作为一种主动防护，通过全粘结型的锚杆与岩土体的稳定地层锚固 在一起，提供锚固力承受坡体的剩余下滑力，其有效地利用了岩土体自身所具有的 强度和刚度，将下滑力传递到稳定地层中，转嫁给锚固体的抗拔力。同时框架梁作 为一个整体，在各个节点处都布置有锚杆，可