边坡治理土木工程专业毕业设计论文

1、摘 要本篇毕业论文从土力学基本理论出发，结合相关设计规范及工程实际，对某边坡治理工程进行初步设计。在设计中采用计算边坡推力的方法进行边坡稳定性分析，并以滑坡推力的计算结果和地质勘测资料作为肋梁锚杆支护计算、设计的依据。除了理论上的计算之外，本文还论述了边坡治理的一些基本原则。根据这些基本原则和计算结果，给出了治理边坡的方案。关键词： 稳定性 锚杆 边坡治理AbstractThis paper begins with basic theory of soil mechanics,considering the besigh criteria correlative and the enginee

2、ring factors .In the design,we analyze stability of the landsliode by calculating the landslide thrust.With the calculate results and the data of geology survey,we can calculate and design anti-slide piles. This paper discusses some basic principles of landslide treatment as theoretic calculate. Bas

3、ing on the basic principles and the calculate results, a project of the landslide treatment be provided.Key words: stability slide piles landslide treatment目 录1.工程区自然条件12.工程地质概况12.1地形地貌12.2地层岩性与岩土工程地质特征12.3地质构造32.4水文地质条件52.5人类工程活动53.边坡特征73.1边坡形态特征73.2边坡物质组成73.3边坡的水文地质条件84.边坡稳定性分析104.1边坡类型及安全等级104.2

4、影响边坡稳定性的因素104.3 边坡稳定性分析114.4 边坡破坏模式及控制条件134.5 边坡岩石的物理力学性质155.边坡稳定性计算165.1按岩层层面滑动进行稳定性验算165.2按岩体破裂面进行稳定性验算175.3按裂隙面滑动进行稳定性验算196.支护结构设计216.1设计依据216.2选择支护方案21设计原则21设计支护方案226.3锚杆计算的理论基础22锚杆的基本原理23锚杆的力学作用236.4锚杆计算成果整理257.施工组织设计287.1施工工序287.2施工监测297.2.1 监测工作的任务和目的297.2.2 监测设计方案主要技术依据及原则297.3 监测工作设计30监测工作布

5、置30观测方法30参考文献31结束语32附图331.工程区自然条件忠县位于三峡工程库区中部，县城上游距重庆市240km，下游距长江三峡工程坝址约360km。本边坡位于忠县县城上游、长江左岸，距县城10km。行政区划隶属重庆市，水陆交通发达，交通十分便利。忠县地处川东低山丘陵区，属中纬度亚热带东南季风暖气候区，四季分明，气候温和，湿热多雨，雨量充沛。年均气温18.2，最高气温42.1，最低气温-4.1。年均降雨量1172.1mm，最大降雨量1471.1mm，最小降雨量866.6mm，长年主导东北风。2.工程地质概况2.1地形地貌边坡位于长江近岸谷坡地带，地貌形态主要为坪状丘陵，高程为206230

6、m，原始地形坡度为1030°、局部大于30°。边坡的地形坡度为64°，坡高为18m，坡下为居民安置点或规划的安置点，周围建筑物较多。2.2地层岩性与岩土工程地质特征边坡区域分布有：第四系全新统人工堆积层(Qr)、第四系全新统坡积层(Q4dl)；基岩为侏罗系上统蓬莱镇组第2段（J3P2）。各岩土层特征分述如下：（1）第四系人工堆积层(Qr)：主要为边坡开挖形成的碎块石填土层，紫红色，稍密状，主要由块石、碎石及粘土等组成，碎块石呈棱角状，粒径110cm，含量30%。分布于边坡外围，厚度0.51.5m。堆填时间在三年以内。残坡积层(Q4dl)：紫红色、灰黄色，粉质粘土夹

7、碎石，碎石含量10%35%，粒径13cm，最大56cm，碎石多为强风化状泥岩及砂岩，粉质粘土呈可塑状，土层结构稍密。广泛分布于坡顶及其以上斜坡地带，厚度0.51.5m。（2）侏罗系 边坡区由侏罗系上统蓬莱镇组第2段（J3P2）基岩组成，地层岩性见地层岩性简表2.1（地层柱状引用长江三峡水利枢纽库区忠县与石柱县迁建城镇新址地质论证报告）。表2.1 岩 性 一 览 表系统组段大层地层代号岩性代号厚度（m）岩 性 描 述第四系Q0.51.5 坡积物（Qdl）：土夹碎石或碎石土；人工堆积物（Qr）：块石碎石夹土。侏罗系上统蓬莱镇组第2段第3大层J3P2-3Ss3035.8 厚层浅紫灰色长石砂岩，中部夹

8、两层紫红色粉砂质泥岩。第2大层J3P2-2-3St+Cr7.8薄层浅灰紫色泥质粉砂岩与紫红色粉砂质泥岩互层。J3P2-2-2St夹Cr15.9为中厚层灰紫色泥质粉砂岩夹极少量薄透镜状粉砂质泥岩。J3P2-2-1St+Cr15上部为薄层灰紫色泥质粉砂岩与紫红色粉砂质泥岩互层；中部为厚约34m的粉砂岩；底部为厚3m的紫红色粉砂质泥岩。第1大层J3P2-1-4Ss20厚巨厚层浅灰色长石石英砂岩。J3P2-1-3St+Cr8.6薄中厚层粉砂岩夹紫红色粉砂质泥岩。J3P2-1-2Ss45浅灰色中厚层砂岩。J3P2-1-1St+Cr17.3薄层粉砂岩与紫红色粉砂质泥岩互层。粉砂质泥岩：紫红色，泥钙质胶结较

9、差，层理不发育，可见次圆状泥钙质粉砂岩团块，粒径0.52cm。抗风化能力差，遇水易崩解等特点。泥质粉砂岩：紫红色，泥钙质胶结，成分较均一，局部夹粉砂质泥质条带或薄层，层面略有起伏，抗风化能力差。长石石英砂岩：灰灰白色，泥钙质胶结较好，抗风化能力较强，呈厚层、巨厚层状构造。2.3地质构造(1）区域地质构造与地震本区处于扬子准地台之次级构造单元四川台坳（图2.1）。基底主要由早元古代变质火山碎屑岩及侵入其间的岩浆岩组成；区内沉积盖层出露齐全，侏罗系末的燕山运动使盖层产生强烈褶皱，断裂较为少见。主要是因为沉积岩的高度柔塑性在地应力作用下，构造变位的表征是塑性流动，褶皱成山，断裂则少发生。主要断裂与褶

10、皱的形成密切相关，即发生应力集中部位的背斜核部或偏翼部，向斜内偶见小规模的断裂错动。区内构造形迹的展布方向由NE向渐变为NEE向弧形，宽阔平缓的屉状向斜与梳状紧闭的背斜相间排列，构成隔档式构造。区内主要褶皱有万县向斜、大池干井背斜、丰都忠县向斜、方斗山背斜与石柱向斜。主要断层有楠木垭大垭口断层、横梁子断层、茨竹垭断层、齐岳山大断层、吊钟坝断层等，分布于工程区外围。图2.1 忠县及其周缘地区构造纲要图1: 背斜; 2: 向斜; 3: 一般断层; 4: 航磁推测大断裂; 5: 二级构造单元界线; 6: 边坡区根据中国地震动参数区划图（GB183062001），该地区地震动基岩峰值加速度值为0.05

11、g，反应谱特征周期为0.35s，相应地震基本烈度为度。 (2）边坡地质构造边坡内未见断裂发育，层间剪切带不发育，岩体均为裂隙切割，裂隙一般发育在砂岩中，裂隙短小；泥岩中微裂隙发育。边坡区地层为单斜构造。2.4水文地质条件 边坡区为一向冲沟倾斜的斜坡，该区降雨充沛，大气降水大部分多沿斜坡向冲沟排泄，仅有少部分降水渗入斜坡体的松散覆盖层及基岩裂隙内。汇水面积0.0001km2。该区内的地下水，按其赋存条件可分为孔隙水和裂隙水。孔隙水：主要分布于坡积层和人工堆积层内。埋藏不深，水量不丰，受季节影响明显。裂隙水：赋存于张开的基岩裂隙中，水量不丰。地下水主要靠大气降雨补给。大部分降水沿斜坡快速向溪沟排泄

12、，仅有很少部分雨水垂直下渗，补给地下水。该地段的松散堆积层中，泥岩类和砂岩类地层中，水量均不丰，大多以渗水的方式排泄，该边坡未见泉水出露地下水的水化学类型为HCO3 -Ca型水。总体而言，该区水文地质条件较为简单。2.5人类工程活动 边坡坡顶主要为农田和山地，没有大的人类工程活动。坡脚为居民自建房或规划建房的宅基地，除规划建房处将来需进行建房施工外，不会有大的人类工程活动。3.边坡特征3.1边坡形态特征边坡走向356°，倾向86°，坡角64°，多呈上缓下陡状。坡顶高程为231m，坡底高程为213.2215.6m。坡面略有起伏，坡面泥岩风化剥落凹进，砂岩凸出。坡长6

13、0m，坡高18m。3.2边坡物质组成（1）岩性基岩边坡的地层主要为蓬莱镇组第2段第二大层J3P2-2地层，岩性主要为中厚层灰紫色泥质粉砂岩、砂岩与夹少量紫红色粉砂质泥岩与薄层浅灰紫色泥质粉砂岩夹紫红色粉砂质泥岩互层。第四系覆盖层分布于边坡坡顶及外围，主要为坡积物和人工堆积物，厚0.51.5m。（2）岩体风化高边坡地段出露的基岩，由于自身岩石矿物成份、成岩条件的不同，其风化程度有明显的差异。泥岩类，抗风化能力弱，其风化后多为碎石及碎石土；砂岩类，一般抗风化能力相对较强，风化后矿物变异，岩石颜色变浅，力学强度降低。根据地表及人工边坡出露的基岩的风化特征，按岩土工程勘察规范（GB500212001）

14、中的岩石风化分带标准，可将区内风化岩体分为强风化带、中等风化带和微风化带，各风化带特征如下：强风化带：岩石结构大部分破坏，颜色变浅，矿物变异，岩石破碎，部分手搓呈砂粒或泥状，遇水容易松散。中等风化带：岩石结构有轻微破坏，原岩矿物轻度变异，部分泥岩、粉砂质泥岩和泥质粉砂岩浸水后容易破碎；砂岩仅沿裂隙、层面及所夹软岩有色变现象。边坡上部或表层岩体多呈强风化状，强风化厚度0.35.0m。中风化岩体完整，多出露于边坡中下部。3.3边坡的水文地质条件（1）地表水迳流条件边坡区为一向冲沟倾斜的斜坡，该区降雨充沛，大气降水大部分多沿斜坡向冲沟排泄，仅有少部分降水渗入斜坡体的松散覆盖层及基岩裂隙内。汇水面积0

15、.0001km2。（2）地下水赋存条件该区内的地下水，按其赋存条件可分为孔隙水和裂隙水。孔隙水：主要分布于坡积层和人工堆积层内。埋藏不深，水量不丰，受季节影响明显。裂隙水：赋存于张开的基岩裂隙中，水量不丰。（3）岩（土）体的透水性土体的透水性：区内土体透水性总体较弱，仅表部人工填土透水性相对较强。岩体的透水性：据忠县城区大量地质勘察资料揭示，基岩中等风化带岩体透水率少部分为15Lu，大部分小于1Lu。类比可知，该地段中等风化带岩体应属微透水岩体，强风化岩体透水性也较弱。（4）地下水补排形式地下水主要靠大气降雨补给。大部分降水沿斜坡快速向溪沟排泄，仅有很少部分雨水垂直下渗，补给地下水。该地段的松

16、散堆积层中，泥岩类和砂岩类地层中，水量均不丰，大多以渗水的方式排泄，该边坡未见泉水出露。（5）地下水化学成分本边坡区无地下水排泄点，据邻近本边坡区的地下水的水化学分析成果显示，水化学类型多为HCO3 -Ca型水。（6）地下水对工程的影响根据水质分析成果，参照岩土工程勘察规范（GB500212001）相关标准判别，地下水对混凝土无腐蚀性。4.边坡稳定性分析4.1边坡类型及安全等级根据国家标准建筑边坡工程技术规范GB50330-2002规定，岩体较完整、中风化岩质边坡划为类边坡。根据规范对安全等级划分的规定，岩质边坡边坡高度1530m，破坏后果严重，边坡安全等级定为二级。因此，本边坡确定为：安全等

17、级：二级;安全系数：K=1.30；边坡工程重要性系数： 0=1.104.2 影响边坡稳定性的因素岩质边坡主要控制因素一般是岩体的结构面(或层面)与坡面的关系以及结构面(或层面)的强度指标，因此，正确确定这些参数是边坡稳定分析和边坡设计成败的关键。边坡的稳定性分析评价，应在确定边坡破坏模式的基础上进行，不同的边坡有不同的破坏模式，不同的破坏模式有不同的计算方法，如果破坏模式选错，计算就失去基础，得不到正确的结果。工程地质特征是判断边坡稳定与不稳定的主要内因，包括以下几个方面：(1)地层岩性地层岩性及其组合是构成边坡的物质基础，岩性决定岩石的强度，抗风化能力，岩体结构及所能保持的边坡高度。(2)地

18、质构造地质构造决定岩层的产状，节理裂隙的性质及发育程度，断层破裂带的性质等。这些因素又决定了边坡的岩体结构。受构造的影响，边坡体上节理裂隙发育、岩体破碎，将严重影响边坡的稳定性。(3)边坡岩体的风化程度岩体风化以一方面破坏岩体的完整性，另一方面是岩体物质成分发生变化，导致岩石物理力学性质的变化，直接影响岩体的强度及构造特性，进而影响边坡稳定。风化程度一般分为四级，即全风化、强风化、中风化、微风化。不同的风化程度表示岩体受改造的程度及其力学属性的差异，同时也预示着其变形特征及主要影响变形因素的改变。如全风化呈砂土状岩体构成的边坡稳定性，节理裂隙已不起作用，其控制作用的是土状岩体的强度能否支撑设计

19、的坡度、坡高；强风化碎裂结构岩体或风化呈碎石夹砂土状岩体，由岩体强度、破裂程度及构造面的组合及其与临空面的关系等共同控制边坡稳定性；中微风化硬质岩石，主要由结构、构造面组合及其与临空面的关系控制坡形、坡度的加固工程措施。(4)水文地质条件水是造成边坡失稳的重要因素，地下水软化岩土体，降低其强度，增大容重而增大了下滑力，产生静、动水压力，引起边坡的失稳。4.3 边坡稳定性分析本工程场区内，考虑的因素有：各组裂隙面(或层面)产状，坡面倾向，岩体风化程度、覆盖层、水等的影响。(1)岩性组合特征边坡的地层主要为蓬莱镇组第2段第二大层J3P2-2地层，岩性主要为中厚层灰紫色泥质粉砂岩、砂岩与夹少量紫红色

20、粉砂质泥岩与薄层浅灰紫色泥质粉砂岩夹紫红色粉砂质泥岩互层。岩性软、硬岩相间。由坡上至坡下，风化强烈至中等。(2)边坡与岩层关系边坡走向356°，倾向86°，倾角64°，坡度42°64°。岩层倾向98°，倾角32°。边坡为顺向坡。(3)裂隙发育特征边坡内未见发育断裂，层间剪切带不发育，岩体均为裂隙切割，统计坡体面上发育的裂隙，主要为如下三组裂隙：走向90°，倾向180°，倾角65°，裂面平直，宽15mm，充填粘土，可见长1.87.0m，发育间距3.04.0m。走向55°，倾向325

21、76;，倾角60°，裂面平直，宽13mm，充填粘土，可见长1.58.0m，发育间距4.05.0m。走向358°，倾向88°，倾角50°，裂面平直，宽13mm，充填粘土，可见长1.55.0m，发育间距1.01.5m。图4.1 边坡结构面极射赤平投影图由边坡岩体裂隙与岩层面和坡向绘制的赤平投影图(图4.1 )可知，裂隙3受裂隙1与裂隙2的切割形成倾向坡外的块体，倾角为50°，由其构成的不稳定块体沿裂隙面产生滑移破坏。4.4 边坡破坏模式及控制条件边坡的破坏模式有平面滑动、圆弧滑动、楔形滑动、倾倒、剥落等。根据破坏控制条件，岩质边坡的破坏形式分为：沿

22、外倾结构面(或层面)破坏、由岩体强度控制的破坏。对无外倾结构面的边坡，破坏形式为岩体强度控制的破坏。对无软弱结构面有倾角大于40°的外倾硬性结构面的边坡，破坏形式为沿外倾硬性结构面滑动或由岩体强度控制的破坏，由相应侧向压力的较大值确定。岩质边坡的稳定性受优势面控制(结构面、裂隙面等)，边坡岩体各不连续面中及其组合构成了岩体的分离体和滑动边界。边坡稳定性评价关键在裂隙面及坡面的组合关系的评价。综合前述边坡岩土工程地质条件，分析该边坡滑移存在三种失稳模式：(1)顺层滑移破坏在顺向坡中，岩体中发育有顺坡向层面，岩体在层面和结构面的切割下，在边坡临空面上，形成顺层块体，块体在重力作用下，产生

23、滑移破坏解体，其变形破坏模式演化过程见图4.2。 图4.2 顺层块体滑移破坏模式演化图(2)岩体破裂面滑移破坏 在边坡中，在岩体的自重作用下，沿破裂面产生滑移破坏解体，其变形破坏模式演化过程见图4.3。 图4.3 岩体破裂面滑移破坏模式演化图(3)沿裂面滑移破坏在边坡中，岩体发育外倾结构面，岩体在外倾结构面与其它结构面的切割下，在边坡临空面上，沿裂隙面产生卸荷拉开，块体在重力作用下，产生滑移破坏解体，其变形破坏模式演化过程见图4.4。 图4.4 沿裂面滑移破坏模式演化图4.5 边坡岩石的物理力学性质边坡岩石主要为：粉砂质泥岩，泥质粉砂岩和砂岩。依据岩石试验与经验类比，提出边坡岩体(石)的力学参

24、数建议值(见表4.1)。表4.1 岩体物理力学参数建议值表岩性风化分带密度(g/cm3)抗剪强度抗压强度(MPa)抗拉强度(MPa)变形模量E0(GPa)泊松比软化系数C(MPa)f (度)饱和天然砂 岩强风化2.50.100.1224481.20.30中等风化2.550.20.252915252.52.00.280.60.65泥质粉砂岩强风化2.530.080.1023351.00.30中等风化2.580.150.22781521.50.290.50.6粉砂质泥岩强风化2.550.050.0822240.60.35中等风化2.60.10.15255101.51.00.300.40.5结构面泥

25、岩层面0.050.11924砂岩层面0.10.152527泥质粉砂岩裂隙面0.010.0220225.边坡稳定性计算5.1按岩层层面滑动进行稳定性验算考虑岩层层面为滑动面，如图5.1所示。 图5.1 边坡稳定性平面滑动计算示意图岩坡中层面与垂直裂缝的组合面为ABC，由它切割的边坡滑体为ABCD，滑块的重量为W，BC面倾角为b，坡面倾角为a，坡高为H。 (6-1)根据极限平衡条件，边坡稳定性安全系数为： (6-2)式中：g岩体的容重，kN/m3；H滑坡体高度，m；L滑动面长度，L=(HZ)/sinb，m；Z坡顶垂直裂缝深度，m；b滑动面倾角，度；a坡面倾角，度；C滑动面上的粘聚力kPa；f滑动面

26、上的内摩擦角，度；W为滑块的重量，kN；U为滑动面上垂直方向静水压力，U=gw×Zw×L/2，kN；V为滑动面上侧向静水压力，V=gw×Zw2×L/2，kN；Zw为坡顶裂缝中地下水位深度，m；A水平地震力，Ama，kN；m滑体质量，kg；a地震加速度，6度地震区取0.05g，即a=0.5m/s2。边坡层面内摩擦角折减系数为0.8，边坡稳定安全系数取值为1.30，重要性系数为1.1。由于岩层倾角为32°，则b32°，边坡坡角为a64°，坡高18米，不考虑地下水，坡顶无垂直裂缝，边坡岩体的力学参数建议值，则：C=80kPa； f

27、 =20°×0.8=16°；g =25kN/m3；Z=0；L=H/sin32°=33.97m；W=0.5×25×182×sin(64°32°)/sin32°sin64°=4506.04kN；m=W/g=4506.04/10=450.6kg；A=ma=450.6×0.5=225.3kN； 即边坡岩层层面安全系数为1.57，大于规范要求的稳定值(1.30)。5.2按岩体破裂面进行稳定性验算根据边坡岩体的力学参数建议值，相关数值取值如下：f岩体内摩擦角(度)，f=23°&

28、#215;0.8=18.4°，0.8为折减系数；C滑动面上岩体粘聚力(kPa)；取C=60kPa；岩体的容重(kN/m3)，取g=25kN/m3；破裂角(度)，=45+/2，=45+18.4/2=54.2°；边坡开挖后边坡角(度)，=64°；H坡体高度(m)，H=18m；根据图5.2计算如下：图5.2 按岩体破裂面进行稳定性验算示意图C=60kPa； f =23°×0.8=18.4°；g =25kN/m3；Z=0；L=H/sin54.2°=22.19m；W=0.5×25×182×sin(64&#

29、176;54.2°)/sin54.2°sin64°=945.64kN；m=W/g=945.64/10=94.56kg；A=ma=94.56×0.5=47.28kN；即按岩体内抗剪强度指标进行稳定性验算结果表明，岩体中剪应力最大面的安全系数为1.89，远大于规范要求的稳定值(1.30)。5.3按裂隙面滑动进行稳定性验算考虑块体沿裂隙3滑动，裂隙3为滑动面，如图5.3所示。图5.3 沿裂面滑动稳定性验算示意图边坡裂隙面内摩擦角折减系数为0.8，边坡稳定安全系数取值为1.30，重要性系数为1.1。由于裂隙面倾角为50°，则b50°，边坡坡角

30、为a64°，坡高18米，不考虑地下水，坡顶无垂直裂缝，根据边坡岩体的力学参数建议值，则：C=30kPa； f =22°×0.8=17.6°；g =25kN/m3；Z=0；L=H/sin50°=23.5m；W=0.5×25×182×sin(64°50°)/sin50°sin64°=1423.04kN；m=W/g=1423.04/10=142.3kg；A=ma=142.3×0.5=71.15kN； 即抗滑力977.87kN，下滑力1135.84 kN若岩层内摩擦角不折减

31、，且不考虑地震力，则计算所得K0.99。即边坡沿裂面滑动体安全系数为0.86，远小于规范要求的稳定值(1.30)；即使不计地震作用，内摩擦角不予折减，沿裂面滑动体才刚刚接近极限平衡状态，因此必须对滑动体进行加固。6.支护结构设计6.1设计依据(1)建筑边坡工程设计技术规范GB50330-2002；(2)锚杆喷射混凝土支护技术规范(GB50086-2001)；(3)建筑地基基础设计规范(GBJ7-89)；(4)锚杆喷射混凝土支护技术规范(GBJ86-85) ；(5)岩土工程勘察规范(GB50021-2001)；(6)混凝土结构设计规范(GBJ-89)；(7)混凝土结构设计规范(GBJ-89 19

32、96年局部修订条文)。6.2选择支护方案6.2.1设计原则根据前述边坡的坡面形态特征、坡体岩土结构及斜坡稳定验算结果与不良地质现象，综合工程场区内建筑物特点，边坡防护治理设计应遵循以下原则：(1)边坡防护工程应与工程场区地质环境、斜坡形态与结构特征及居民楼特点相适应；(2)根据居民楼的相互位置关系，边坡防治尚需考虑可利用空间位置的大小匹配；(3)在达到防治目的的前提下，边坡的防治要尽量做到施工简单、造价便宜、防护工程美观且与居民楼相得益彰。6.2.2设计支护方案根据前述边坡的地形地质条件及稳定性分析成果，以及上述设计原则，结合工程现场实际情况，确定本工程人工边坡支护方案为：截排水肋梁锚杆支护。

33、截排水：在边坡坡顶及坡面布置截排水系统，以减少雨水对坡面及坡体的冲刷、侵蚀。肋梁锚杆：边坡整体加固及坡面治理防护。考虑了两种方案：一种为普通锚杆结合片石肋梁支护方案；另一种为普通锚杆结合钢筋混凝土肋梁支护方案。其中锚杆主要起整体加固作用，肋梁主要起坡面加固作用，同时兼作锚杆外锚头的锚固端。由于工程场区内坡体结构主要为泥质粉砂岩、砂岩与粉砂质泥。经过验算沿裂面滑动体存在滑移可能，锚杆必须穿过滑动体进入稳定岩体，选用锚杆结合钢筋混泥土肋梁方案，采用锚杆对滑动体加固，坡面采用混泥土肋梁做为锚杆的锚固体。6.3锚杆计算的理论基础岩体和土层的锚固是一种把受力拉杆埋入地层的技术。岩土锚固能充分发挥岩土能量

34、，调用和提高岩土的自身强度和自稳能力，大大减轻结构自重，节约工程材料，并确保施工安全和工程稳定，具有明显的经济效益和社会效益，因而世界各国都是在大力开发这门技术。锚杆由锚头、杆体和锚固体三部分组成。锚头位于锚杆的外露端，通过它将锚固力传给结构物。杆体连接锚头和锚固体，通常利用其弹性变形的特性。锚固体位于锚杆的根部，把拉力从杆体传给地层。锚杆的基本原理岩土锚固的基本原理就是依靠锚杆周围地层的抗剪强度来传递结构物的拉力或保持地层开挖面自身的稳定。岩土锚固的主要功能是：(1)提供作用于结构物上以承受外荷的抗力，其方向朝着与岩土相接触的点；(2)使被锚固地层产生压缩应力区或对通过的岩石起加筋作用；(3

35、)加固并增加地层强度，也相应地改善了地层的其它力学性能；(4)通过锚杆，使结构与岩石连锁在一起，形成一种共同工作的复合结构，使岩石能更有效地承受拉力和剪力。锚杆的这些功能使互相补充的。对某一特定的工程而言，也并非每一个功能都发挥作用。锚杆的力学作用(1)抵抗竖向位移对于水池、车库、水库、船坞等坑洼式结构，当地下水的上浮力大于结构物的重力时，将导致结构物上漂、倾斜和破坏。因此在设计上必须采用抵抗竖向位移的方法。传统的方法是用压重法，即加厚结构尺寸，这会时结构进一步下沉，从而又增加上浮力，因而增大的结构自重又会被增大的体积所排开的水所抵消。采用锚固结构抵抗竖向位移，可大大减小结构的体积，而且由于对

36、锚固结构施加预应力，当地下室产生的上浮力不大于预应力值时，就不会出现竖向位移。(2)抵抗倾倒对于坝工建筑，坝体的稳定性常取决于作用在结构物的绕转动边的正负弯矩的比值。结构物的重力和该中心至基础转动边的距离直接影响着有利于稳定负弯矩，水压力和上浮力则产生不利于稳定正弯矩。若完全依赖坝体积即结构物重力来平衡产生倾覆的正弯矩，不仅需要庞大的混凝土体积，而且产生倾倒的力也难以根据混凝土体积来加以调整。用锚固技术来抵抗倾覆，其锚固力中心可以位于距转动点的最大距离处，这就能以较小的锚固力，产生较大的抗倾覆弯距。对于深基坑工程，采用护壁桩或连续墙维护其坑稳定，也常出现倾倒危险。采用锚索（杆）拉固护壁桩，既能

37、抵抗倾倒，也有利于减小护壁桩的弯距。(3)控制地下洞室围岩变形和阻止塌落地下开挖会扰动岩体原始的平衡状态，导致岩石的变形、松散、破坏甚至塌落。采用预应力锚固技术，既能为围岩提供径向抗力，使开挖后的岩石尽快避免处于单轴或双轴应力状态，进入三轴应力状态，以保持围岩的固有强度，又可改善围岩应力状态，在锚固范围内形成压应力环，进一步提高洞室稳定。(4)阻止地层的剪切破坏在边坡工程中，当潜在滑体沿剪切面的下滑力超过时，即会出现沿剪切面的滑移和破坏。在坚硬岩体中，剪切面多发生在断层、节理、裂隙等软弱结构面上。在土层中，砂质土的滑移面多为平面，粘性土的滑移面则呈现圆弧状。有时也会出现上覆土和下卧岩层的临界面

38、滑动的情况。为了保持边坡的稳定，一种方法是大量削坡，直至达到稳定的边坡角；另一种办法室设置挡土墙结构。在许多情况下，这些办法往往不够经济，或不可能实现。(5)抵抗结构物基底的水平位移结构对水平位移的阻力在很多情况下是由其自重决定的。除自重外，水平方向的稳定也依靠基础底平面的摩擦系数。如果计算得出的安全系数不能满足要的方法求，则可用把结构锚固于下卧层取代结构重力的方法，这样，就能大量节约工程材料和显著地降低工程造价。6.4锚杆计算成果整理锚杆设计锚固长度为5.0m，倾角为15°，采用2f 28二级冷拉钢筋，正方形布置，间距3.0m，沿坡高共布置6排。钻孔f 110，灌注砂浆M30。锚杆

39、锚固设计值计算如下：锚孔提供的锚固力设计值：Na1= La×x1×p×D×frb (7-1)式中Na1锚孔提供的锚固力设计值(KN)；La锚固长度(m)；La=5.0 mfrb岩石与锚固体粘结长度特征值(kPa)，取较硬岩下限550kPa；x1锚固体与地层粘结条件工作系数，取1.00(永久锚杆)；D钻孔直径(m)。D=0.11 m将以上数值代入(7-1)式得：Na1 = La×x1×p×D×frb=5×1.00×3.14×0.11×550=949.85 KN锚杆提供的锚固力设

40、计值：Na2 = La×x3×n×p×d×fb (7-2)式中Na2锚杆提供的锚固力设计值(KN)；d锚杆直径(m)，d=0.028 m；n锚杆根数，等于2；fb钢筋与砂浆之间粘结强度设计值(kPa)，M30砂浆与螺纹钢筋取2400×0.71680kPa；x3钢筋与砂浆之间粘结条件工作系数，取0.60(永久锚杆)。将以上数值代入(7-2)得：Na2 = La×x3×n×p×d×fb=5×0.6×2×3.14×0.028×1680=886

41、.23KN根据计算取Na1、Na2计算所得的较小值，因此锚杆所能提供的轴向拉力设计值Na =886.23 kN锚杆轴向拉力标准值：Nak=Na/rQ (7-3)式中：rQ何载分向系数，rQ =1.3Nak=Na/rQ =886.23÷1.3=681.72 KN锚杆水平拉力标准值：Htk= Nak×cos(7-4)式中：锚杆锚固倾斜角度(度)，=15°Htk= Nak×cos=681.72×cos15°=658.5 KN锚杆提供的破裂面切向力：F = Htk×cos=658.5×cos50°=423.28

42、KN锚杆提供的破裂面法向力：T = Htk×sin =658.5×sin50°=504.44kN锚杆提供的锚固力：N=6×F ÷3.0=846.56kN 加固后边坡稳定安全系数：K(抗滑力N)下滑力=(977.87846.56)1135.841.61.3因此，边坡是稳定的，即采用锚杆肋梁进行支护后，由锚杆提供的水平支护力，使边坡处于稳定状态，达到规范的要求。7.施工组织设计7.1施工工序本工程采用逆作法进行施工，按下述顺序组织施工：上层土石方开挖坡面修整挡墙肋柱锚孔及锚孔放线定位锚孔施工安装锚筋注浆肋梁、面板钢筋制作支模板浇肋柱、面板养护下层土石方开挖。由于该边坡岩体，强风化层较厚且裂隙较发育，施工要求严格按逆作法进行，自上而下，及时支护，当上层结构强度达到70%以上，方可进行下一层的施工开挖，每层开挖深度不得超过5米，严禁爆破作业。做好场区内临时排水，封面处理，保证场区内基本不受雨水影响。主要工程量见表7.1。表7.1 基本工程量汇总表编号工程名称单位数量备注一肋柱锚