滑坡主要防治工程設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介_(kāi)秭歸產(chǎn)學(xué)研基地野

(一)抗滑樁設(shè)計(jì)

抗滑樁是穿過(guò)滑坡體深入于滑床的樁柱，用以支擋滑體的滑動(dòng)力，起到穩(wěn)定邊坡的作用，適用于淺層和中厚層的滑坡，是一種抗滑處理的主要措施。

1. 抗滑樁的分類

(1)按抗滑樁的制樁材料分，除木樁、鋼筋混凝土樁和鋼樁外，還有水泥土樁、CFG樁、石灰樁、二灰樁，以及碎石樁等。

(2)按抗滑樁樁身的制作方法分，有預(yù)制、灌注及與地基土就地?cái)嚢?類方法。預(yù)制樁主要指鋼管樁、“H”形鋼樁及混凝土樁，灌注樁有沉管成孔、鉆入成孔、沖擊成孔、抓掘成孔、螺旋成孔和人工挖孔等幾類，攪拌樁則有水泥漿濕法攪拌和水泥粉體噴射干法攪拌兩類。

(3)按抗滑樁的直徑或截面尺寸分，常有大直徑、中等直徑和小直徑之分。

(4)按抗滑樁的端部形狀分，預(yù)制樁有尖底、平底之分;鋼管樁有開(kāi)口、閉口之分;沉管灌注樁有采用預(yù)制圓錐形樁尖或平底樁靴之分;人工挖孔和機(jī)械成孔灌注樁則均有平底或鍋底之分。

(5)按抗滑樁的縱向截面形狀分，有柱狀樁、板樁、楔形樁和錐形樁之分。柱狀樁又有直身樁、擴(kuò)底樁、多節(jié)樁、竹節(jié)樁、表面帶螺紋的樁等。近年又出現(xiàn)了多支盤擠擴(kuò)樁、DX樁等。

(6)按抗滑樁的橫向截面形狀分，有圓形、管形、正方形、矩形、十字形、“H”形、箱形、三角形、多角形等。

(7)按抗滑樁的擴(kuò)底工藝分，對(duì)于小直徑(Φ＜700)沉管灌注樁而言，有預(yù)(制)擴(kuò)(底)、振(動(dòng))擴(kuò)(底)、夯(擊)擴(kuò)(底)、擠(壓)擴(kuò)(底)等工法;對(duì)于大直徑灌注樁而言，有人工擴(kuò)底、機(jī)械擴(kuò)底等工法;小樁或微型樁擴(kuò)底，主要采用壓力灌漿法。

(8)按抗滑樁的變形和破壞模式分，有剛性樁、半剛性樁和柔性樁。

(9)按抗滑樁的設(shè)置形式分，有單排樁、椅式樁墻、門形、“H”形鋼排架樁、微型樁群加錨索、預(yù)應(yīng)力錨索樁等。

2. 抗滑樁的設(shè)計(jì)步驟

抗滑樁的設(shè)計(jì)技術(shù)路線圖如圖2-74所示。

圖2-74 抗滑樁設(shè)計(jì)計(jì)算程序

具體而言，即是按以下步驟進(jìn)行。

(1)首先弄清滑坡的原因、性質(zhì)、范圍、厚度，分析滑坡的穩(wěn)定狀態(tài)和發(fā)展趨勢(shì)。

(2)根據(jù)滑坡地質(zhì)斷面及滑動(dòng)面處巖土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)，計(jì)算滑坡推力。

(3)根據(jù)地形地質(zhì)及施工條件等確定設(shè)樁的位置及范圍。

①根據(jù)滑坡推力大小、地形及地層性質(zhì)，擬定樁長(zhǎng)、錨固深度、樁截面尺寸及樁間距。

②根據(jù)樁的計(jì)算寬度及滑體的地層性質(zhì)，選定地基系數(shù)。

③據(jù)選定的地基系數(shù)及樁的截面形式、尺寸，計(jì)算樁的變形系數(shù)(α或β)及其計(jì)算深度(αh或βh)，并據(jù)以判斷是按剛性樁還是彈性樁來(lái)設(shè)計(jì)。

(4)根據(jù)樁底的邊界條件采用相應(yīng)的公式計(jì)算樁身各截面的變位(位移)、內(nèi)力及側(cè)壁應(yīng)力等，并計(jì)算確定最大剪力、彎矩及其部位。

(5)校核地基強(qiáng)度。若樁身作用于地基的彈性應(yīng)力超過(guò)地層容許值或者小于容許值過(guò)多時(shí)，則應(yīng)調(diào)整樁的埋深或樁的截面尺寸，或樁的間距，重新計(jì)算，直至符合要求為止。

(6)根據(jù)計(jì)算的結(jié)果，繪制樁身的剪力圖和彎矩圖。

(7)對(duì)于鋼筋砼樁，還需進(jìn)行配筋設(shè)計(jì)。

3. 抗滑樁內(nèi)力計(jì)算

1)樁的計(jì)算寬度的確定

為了簡(jiǎn)化計(jì)算，將空間受力狀態(tài)轉(zhuǎn)化為平面問(wèn)題，考慮到樁截面形式的影響，將樁寬(或樁徑)換算成相當(dāng)于實(shí)際工作條件下的矩形樁寬度Bp，Bp稱為計(jì)算寬度。計(jì)算公式如下(D為樁中心距，m):

式中:Bp為樁的計(jì)算寬度(m);d為樁徑(m);b為樁寬(m)。

2)確定地基反力系數(shù)或計(jì)算參數(shù)

水平地基反力系數(shù)一般應(yīng)通過(guò)試驗(yàn)確定。但無(wú)試驗(yàn)資料時(shí)，可參照相關(guān)的文獻(xiàn)或規(guī)范確定。

3)計(jì)算方法選擇和樁性質(zhì)的判定

根據(jù)樁的變形系數(shù)判斷樁的性質(zhì)(彈性樁或剛性樁)，選擇相應(yīng)的計(jì)算方法。計(jì)算方法很多，常用的有K法、m法。

(1)K法計(jì)算。當(dāng)βh2≤1.0時(shí)，抗滑樁屬剛性樁;當(dāng)βh2＞1.0時(shí)，抗滑樁屬?gòu)椥詷?。其中，β為樁的變形系?shù)，以m－1計(jì)，可按下式計(jì)算:

式中:h2為樁的錨固段長(zhǎng)度(m);k H為側(cè)向地基系數(shù)，不隨深度而變化(k N/m3);Bp為樁的正面計(jì)算寬度(m);E為樁的彈性模量(k Pa);I為樁的截面慣性矩(m4)。

(2)m法計(jì)算。當(dāng)αh2≤2.5時(shí)，抗滑樁屬剛性樁;當(dāng)αh2＞2.5時(shí)，抗滑樁屬?gòu)椥詷?。其中，α為樁的變形系?shù)，以m－1計(jì)，可按下式計(jì)算:

式中:m H為水平方向地基系數(shù)隨深度而變形的比例系數(shù)(k N/m4)，其余符號(hào)同前。

4)根據(jù)所確定的計(jì)算參數(shù)、計(jì)算的方法、樁的性質(zhì)等，即可按規(guī)范中的各種方法計(jì)算出樁沿軸線的彎矩分布圖、剪力分布圖、樁的水平變位和轉(zhuǎn)角分布圖，同時(shí)計(jì)算出樁身對(duì)地層巖(土)體的側(cè)向應(yīng)力分布圖。

4. 抗滑樁的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1)樁的正截面設(shè)計(jì)

一般情況下，抗滑樁按受彎構(gòu)件設(shè)計(jì)，配筋時(shí)按單筋矩形梁考慮?？够瑯督孛嫘螤钔ǔ榫匦?，其正截面受彎承載力的計(jì)算公式如下:

式中:M為彎矩設(shè)計(jì)值;α1為系數(shù)，當(dāng)混凝土強(qiáng)度等級(jí)不超過(guò)C50時(shí)取1.0，當(dāng)混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C80時(shí)取0.94，其余的采用線性內(nèi)插;fc為混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，按《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50010—2010)取用;b為矩形截面寬度;x為混凝土受壓區(qū)高度;h0為截面有效高度。

混凝土受壓區(qū)高度由下式計(jì)算:

α1fcbx=fyAs

式中:fy為普通鋼筋抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，按《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50010—2010)取用;As為受拉區(qū)縱向鋼筋的截面面積。

2)樁的斜截面設(shè)計(jì)

矩形截面的受彎構(gòu)件，其受剪截面應(yīng)符合以下條件:

式中:V為構(gòu)件斜截面上的最大剪力設(shè)計(jì)值;b為混凝土強(qiáng)度影響系數(shù)，當(dāng)混凝土強(qiáng)度等級(jí)不超過(guò)C50時(shí)取1.0，當(dāng)混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C80時(shí)取0.94，其余的采用線性內(nèi)插。同時(shí)滿足:V≤0.7ftbh0或V≤0.07fcbh0。

抗滑樁內(nèi)不宜設(shè)置斜筋，當(dāng)混凝土不滿足斜截面抗剪強(qiáng)度時(shí)，可采用調(diào)整箍筋的直徑、間距和樁身截面尺寸等措施，滿足斜截面的抗剪強(qiáng)度。當(dāng)僅配置箍筋時(shí)，其界面受剪承載力應(yīng)符合下列規(guī)定:

式中:V為構(gòu)件斜截面上的最大剪力設(shè)計(jì)值;Asv為配置在同一截面內(nèi)箍筋各肢的全部截面面積;n為在同一截面內(nèi)箍筋的肢數(shù);Asv1為單肢箍筋的截面面積;s為沿構(gòu)件長(zhǎng)度方向的箍筋間距;fyv為箍筋抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，按《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》采用。

3)側(cè)向允許應(yīng)力驗(yàn)算

(1)當(dāng)錨固段地層為土層或嚴(yán)重風(fēng)化的破碎巖層時(shí)，樁身對(duì)地層的側(cè)壓力應(yīng)符合下列條件:

式中:σmax為樁身對(duì)地層的側(cè)壓應(yīng)力(k Pa);γ為地層巖(土)的重度(k N/m);φ為地層巖(土)的內(nèi)摩擦角(°);c為地層巖(土)的黏聚力(k Pa);l為地面至計(jì)算點(diǎn)的深度(m)。

(2)當(dāng)錨固段地層為比較完整的巖質(zhì)、半巖質(zhì)地層時(shí)，樁身對(duì)圍巖的側(cè)壓力應(yīng)符合下列條件:

σmax≤K'1K'2R0

式中:K'1為折減系數(shù)，根據(jù)巖層產(chǎn)狀的傾角大小，取0.5～1.0;K'2為折減系數(shù)，根據(jù)巖層的破碎和軟化程度，取0.3～0.5;R0為圍巖巖石單軸極限抗壓強(qiáng)度(k Pa)。

5. 鋼筋混凝土樁的構(gòu)造要求

(1)混凝土強(qiáng)度:一般采用C20，不低于C15，水下灌注不低于C20。

(2)主筋保護(hù)層厚度:一般不小于35mm，水下灌注不小于50mm。

(3)主筋不宜小于8Φ10，常用12Φ16以上，縱向主筋沿樁身周邊均勻布置(圓樁)，鋼筋凈間距不應(yīng)小于60mm。

(4)配筋率一般為0.65%～0.20%(小樁徑取高值，大樁徑取低值)。

(5)箍筋率不低于Φ6@200，宜采用螺旋箍筋或焊接環(huán)式箍筋，鋼筋骨架中，應(yīng)每隔2m左右設(shè)一道加強(qiáng)箍筋。

(6)鋼筋的接長(zhǎng)等應(yīng)符合鋼筋混凝土構(gòu)件的構(gòu)造要求。

(二)擋土墻工程設(shè)計(jì)

擋土墻是目前整治中小型滑坡中應(yīng)用最為廣泛而且較為有效的措施之一(朱彥鵬、羅曉輝等，2008)。

1. 種類

擋土墻按照墻的位置、材料、結(jié)構(gòu)形式可以劃分為以下幾種類型。

(1)按照墻的位置，可分為路塹墻、路堤墻、路肩墻和山坡墻等類型。

(2)按照墻體材料，擋土墻又可分為石砌擋土墻、磚砌擋土墻、混凝土擋土墻、鋼筋混凝土擋土墻和加筋土擋土墻等類型。

(3)按照墻的結(jié)構(gòu)形式，擋土墻可分為重力式、衡重式、半重力式、懸臂式、扶壁式、錨桿式、柱板式、垛式等類型。其中，重力式、衡重式多用石砌;半重力式用混凝土澆注，視需要也可以在受拉區(qū)加少量鋼筋，以節(jié)省圬工;其他類型多用鋼筋混凝土就地制作或預(yù)制拼裝。

2. 擋土墻功能

(1)在路塹地段，若開(kāi)挖后的路塹邊坡不能自行穩(wěn)定，可在坡腳處設(shè)置擋土墻，以支撐邊坡，降低挖方邊坡高度，減少挖方數(shù)量，避免山體失穩(wěn)坍滑。

(2)在地面橫坡較陡，填筑路基難以穩(wěn)定，或征地、拆遷費(fèi)用高的填方路段，可以在路肩或填方邊坡的適當(dāng)位置設(shè)置擋墻，以收縮路堤坡腳，減少填方數(shù)量或減少拆遷和占地面積，保證路堤穩(wěn)定性。

(3)對(duì)于沿河路基，為避免沿河路基擠縮河床，防止水流沖刷路基，可以在沿河一側(cè)路基設(shè)置擋土墻。

(4)在某些挖方路段，原地面有較厚的覆蓋層或滑坡，可以在路塹邊坡上方設(shè)置擋土墻，防止山坡覆蓋層下滑和抵抗滑坡。

其他還有設(shè)置于隧道洞口的洞口擋墻和設(shè)置于橋頭的橋頭擋墻(即橋臺(tái))等。

3. 各類擋土墻的適用條件(表2-30)

表2-30 擋土墻適用條件

對(duì)于起抗滑作用的擋土墻墻面坡度常用1∶ 0.3～1∶ 0.5的坡率，有時(shí)甚至緩至1∶ 0.75～1∶ 1。其基底常做成反坡或鋸齒形，有時(shí)還在墻后設(shè)置1～2m寬的衡重臺(tái)或卸荷平臺(tái)。通常抗滑擋土墻布置在滑坡前緣滑床平緩處。常用抗滑擋土墻斷面形式如圖2-75所示。

圖2-75 常用的抗滑擋土墻斷面形式

4. 擋土墻設(shè)計(jì)計(jì)算

1) 擋土墻力系分析與荷載確定

通常將作用于擋土墻上的力系分為基本力系和附加力系?；玖ο凳侵赣蛇吰禄蚧麦w和擋土墻本身產(chǎn)生的下滑力和阻滑力，它與邊坡的大小、容重、滑動(dòng)面形狀和滑面(帶)的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)c、φ值等因素有關(guān)。附加力系是作用于抗滑擋土墻上除基本力系外的其他力，主要包括如下幾種。

(1)作用于邊坡上的外加荷載:如，建筑物自重，汽車自重等。

(2)對(duì)于水庫(kù)岸坡，水庫(kù)蓄水時(shí)邊坡體有水，應(yīng)考慮的動(dòng)水壓力和浮力。

(3)其他偶然荷載:如地震力和其他特殊力。

2)擋土墻土壓力的確定

一般根據(jù)朗肯或庫(kù)倫土壓力理論等計(jì)算前后主動(dòng)土壓力，將主動(dòng)土壓力作為擋土墻設(shè)計(jì)力;當(dāng)擋土墻用于小型滑坡治理時(shí)，若滑坡推力大于主動(dòng)土壓力，應(yīng)把滑坡推力作為擋土墻設(shè)計(jì)力。但當(dāng)滑坡推力合力作用點(diǎn)位置較主動(dòng)壓力的作用點(diǎn)高時(shí)，擋土墻的抗傾覆穩(wěn)定性取其力矩大者進(jìn)行計(jì)算。

擋土墻的合理墻高應(yīng)保證邊坡體不發(fā)生越過(guò)強(qiáng)頂?shù)幕瑒?dòng)。合理墻高可采用試算法進(jìn)行確定。

3)基礎(chǔ)的埋深

基礎(chǔ)的埋深應(yīng)通過(guò)計(jì)算予以確定。一般情況下，無(wú)論何種型式的抗滑擋土墻，其基礎(chǔ)必須埋入完整穩(wěn)定的巖土層中，且有足夠的抗滑、抗剪和抗傾覆的能力。對(duì)于基巖埋深不小于0.5m，對(duì)于穩(wěn)定堅(jiān)實(shí)土層埋深不小于2m，并將基礎(chǔ)置于可能向下發(fā)展的滑動(dòng)面以下。

4)基底應(yīng)力及地基強(qiáng)度驗(yàn)算

擋土墻的剛度一般很大，基底應(yīng)力可按直線分布，按偏心受壓公式計(jì)算，對(duì)于矩形墻底，基底應(yīng)力計(jì)算公式為:

式中:σmax/min分別為基底的最大和最小應(yīng)力(k Pa);B為墻底寬度(m);Vk為作用在基底面上的豎向力標(biāo)準(zhǔn)值(k N);e為合力作用點(diǎn)偏心距(m)，e=B/2－ξ，一般對(duì)于巖石地基，e≤B/6，對(duì)于土質(zhì)地基，e≤B/4;ξ為合力作用點(diǎn)與墻前趾的距離(m)。

ξ=(MR－Mo)/VK

MR、Mo分別為豎向合力標(biāo)準(zhǔn)值和傾覆力標(biāo)準(zhǔn)值對(duì)墻底面前趾的穩(wěn)定力矩和傾覆力矩(k N ·m)。

當(dāng)ξ≤B/3時(shí)，σmin將出現(xiàn)負(fù)值，即產(chǎn)生拉應(yīng)力。但墻底和地基之間不可能承受拉應(yīng)力，此時(shí)基底應(yīng)力將出現(xiàn)重分布。根據(jù)基底應(yīng)力的合力和作用在擋土墻上的豎向力合力相平衡的條件，得:

σmax=2VK/3ξ

σmin=0

設(shè)計(jì)時(shí)要求基底最大應(yīng)力應(yīng)小于地基承載力，即:

γσσmax≤σγ

式中:σγ為地基承載力設(shè)計(jì)值(k Pa)。

5)擋土墻的穩(wěn)定性及強(qiáng)度驗(yàn)算

(1)擋土墻穩(wěn)定性驗(yàn)算。

①抗滑穩(wěn)定性驗(yàn)算

式中:VK為作用于抗滑擋土墻上的豎向合力(k N);μ為擋土墻基底摩擦系數(shù);Ep為墻前被動(dòng)土壓力的水平分力(k N);Eax為墻背主動(dòng)土壓力或剩余下滑力的水平分力;［Ks］為擋土墻所允許的最小抗滑安全系數(shù)。

②抗傾穩(wěn)定性驗(yàn)算

K0=MH/M0≥［K0］

式中:［K0］為擋土墻所允許的最小抗傾覆安全系數(shù)。

(2)擋土墻截面強(qiáng)度驗(yàn)算。

①偏心壓縮的承載力計(jì)算

N≤φf(shuō) A

式中:N為由荷載設(shè)計(jì)值產(chǎn)生的軸向力;f為砌體抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值;A為截面面積;φ為承載力影響系數(shù)。

對(duì)于石砌體擋土墻，偏心距按荷載標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)不宜超過(guò)0.7y，y為截面中心到軸向力所在偏心方向截面邊緣距離。

當(dāng)0.7y≤e≤0.95y時(shí)，應(yīng)按正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算:式中:Nk為軸向力標(biāo)準(zhǔn)值;ftm，k為砌體沿近縫截面的彎曲拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值;W為截面抵抗矩。當(dāng)e≥0.95y時(shí)，按下式計(jì)算:

式中:N為軸向力設(shè)計(jì)值。

對(duì)于混凝土灌注的擋土墻，則應(yīng)按素混凝土偏心受壓計(jì)算。此時(shí)，不考慮彎矩，但應(yīng)考慮穩(wěn)定系數(shù)的影響。

受壓承載力應(yīng)按公式計(jì)算:

式中:φ為素混凝土構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)，對(duì)于重力式擋土墻可以取1.0;fcc為素混凝土的軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，其值由查表得fc再乘以系數(shù)0.95;e0為受壓自混凝土的合力點(diǎn)至截面重心的距離;b為截面寬度，擋土墻計(jì)算中多取1m。

當(dāng)e≥0.45y'時(shí)，應(yīng)在混凝土受拉區(qū)配置鋼筋，否則必須滿足下式方可不配置鋼筋。

式中:fet為素混凝土抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，由表查出ft值乘以0.6確定;γm為截面抵抗矩塑性系數(shù)，對(duì)于擋土墻計(jì)算截面為矩形時(shí)取1.75;b，h分別為單位長(zhǎng)和擋土墻的厚度。

②受剪承載力計(jì)算

V≤fvbz

式中:V為剪力設(shè)計(jì)值(k N);fv為砌體抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值;b為截面寬度，擋土墻為單位延米長(zhǎng);z為內(nèi)力臂，z=I/S，截面為矩形時(shí)，z=2h/3，h為截面高度，即擋土墻厚度;I為截面慣性矩;S為截面面積矩。

(三)錨固工程設(shè)計(jì)

1. 錨桿(索)

巖土錨固技術(shù)是把一種受拉構(gòu)件埋置于土層中，以提高巖體自身的強(qiáng)度和自穩(wěn)能力的一門工程技術(shù)?；驹砭褪抢缅^桿(索)周圍地層巖土的抗剪強(qiáng)度來(lái)傳遞結(jié)構(gòu)物的拉力或保持地層開(kāi)挖面的自身穩(wěn)定，由于錨桿錨索的使用，它可以提供作用于結(jié)構(gòu)物上以承受外荷的抗力;可以使錨固地層產(chǎn)生壓應(yīng)力并對(duì)加固地層起到加筋作用;可以增加地層的強(qiáng)度，改善地層的力學(xué)性能。錨桿是一種將拉力傳至穩(wěn)定巖層或土層的結(jié)構(gòu)體系，主要由錨頭、自由段和錨固段組成，通常按是否預(yù)先施加應(yīng)力、錨固機(jī)理以及錨固形態(tài)分類。

按是否預(yù)先施加應(yīng)力分為預(yù)應(yīng)力錨桿(索)和非預(yù)應(yīng)力錨桿(索);按錨固機(jī)理分為黏結(jié)錨桿、摩擦型錨桿、端頭錨固型錨桿和混合型錨桿;按錨固形態(tài)可分為圓柱型錨桿、端部擴(kuò)大型錨桿(索)和連續(xù)型錨桿(索)。

1)設(shè)計(jì)步驟

對(duì)邊坡錨桿(索)加固設(shè)計(jì)首先必須進(jìn)行邊坡工程地質(zhì)調(diào)查，在掌握地質(zhì)情況的基礎(chǔ)上，對(duì)邊坡的破壞方式進(jìn)行判斷，并分析采用錨桿方案的可行性和經(jīng)濟(jì)性。如果采用錨桿方案可行，開(kāi)始計(jì)算邊坡作用在支擋結(jié)構(gòu)物上的側(cè)壓力，根據(jù)側(cè)壓力的大小和邊坡實(shí)際情況選擇合理的錨桿型式，并確定錨桿數(shù)量、布置形式、承載力設(shè)計(jì)值，計(jì)算錨筋截面，選擇錨筋材料和數(shù)量。在確定錨筋后，按照錨筋承載力設(shè)計(jì)值進(jìn)行錨固體設(shè)計(jì)(包括錨固段長(zhǎng)度、錨固體直徑、注漿材料和工藝等)。如果采用預(yù)應(yīng)力錨桿還要確定預(yù)應(yīng)力張拉值和鎖定值，并給出張拉程序。最后是進(jìn)行外錨頭和防腐構(gòu)造設(shè)計(jì)并給出施工建議、試驗(yàn)、驗(yàn)收和監(jiān)測(cè)要求。在邊坡錨桿加固中要選擇合理的錨桿型式，必須結(jié)合被加固邊坡的具體情況，根據(jù)錨固段所處的地層類型、工程特征、錨桿承載力的大小、錨桿材料、長(zhǎng)度、施工工藝等條件綜合考慮進(jìn)行選擇。

2)計(jì)算方法

錨桿(索)錨固設(shè)計(jì)荷載的確定應(yīng)根據(jù)邊坡的推力大小和支護(hù)結(jié)構(gòu)的類型綜合確定。首先應(yīng)當(dāng)計(jì)算邊坡的推力或側(cè)壓力，然后根據(jù)支擋結(jié)構(gòu)的形式計(jì)算該邊坡要達(dá)到穩(wěn)定需要錨固提供的支撐力，根據(jù)這個(gè)支撐力和錨桿數(shù)量、布置便可確定出錨桿(索)錨固荷載的大小，該荷載的大小是作為錨筋截面計(jì)算和錨固體設(shè)計(jì)的重要依據(jù)。

按照設(shè)計(jì)程序，在確定出錨桿軸向設(shè)計(jì)荷載后，需要對(duì)錨桿進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的第一步就是根據(jù)錨桿軸向設(shè)計(jì)荷載計(jì)算錨桿的錨筋截面，并選擇合理的鋼筋或鋼絞線配置錨筋;在配置錨筋后可由錨筋的實(shí)際面積和錨筋的抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算出錨桿承載力設(shè)計(jì)值，然后方能進(jìn)行錨桿體和錨固體的設(shè)計(jì)計(jì)算。

(1)錨固錨筋的截面積計(jì)算。假設(shè)錨桿軸向設(shè)計(jì)荷載為N，則由下式初步計(jì)算出錨桿要達(dá)到設(shè)計(jì)荷載N所需的錨筋截面:

式中:Ag為計(jì)算出的錨筋截面;k為安全系數(shù)，對(duì)于臨時(shí)錨桿取1.6～1.8，對(duì)于永久性錨桿取2.2～2.4;fplk為錨筋抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。

(2)錨筋的選用。根據(jù)錨筋截面計(jì)算值A(chǔ)g，對(duì)錨桿進(jìn)行錨筋的配置，要求實(shí)際的錨筋配置截面Ag'≥Ag。配筋的選材應(yīng)根據(jù)錨固工程的作用、錨桿承載力、錨桿的長(zhǎng)度和數(shù)量，以及現(xiàn)場(chǎng)提供的施加應(yīng)力和鎖定設(shè)備等因數(shù)綜合考慮。對(duì)于棒式錨桿，都采用鋼筋做錨筋。如果是普通非預(yù)應(yīng)力錨桿，由于設(shè)計(jì)軸向力一般小于450k N，長(zhǎng)度最長(zhǎng)不超過(guò)20m，因此錨筋一般選用普通Ⅱ、Ⅲ級(jí)熱軋鋼筋;如果是預(yù)應(yīng)力錨桿可選用Ⅱ、Ⅲ級(jí)冷拉熱軋鋼筋或其他等級(jí)的高強(qiáng)精軋螺紋鋼筋。鋼筋的直徑一般選用Φ22～32。對(duì)于長(zhǎng)度較長(zhǎng)、錨固力較大的預(yù)應(yīng)力錨桿應(yīng)優(yōu)先選用鋼絞線、高強(qiáng)鋼絲，這樣不但可以降低錨桿的用鋼量，最大限度地減少鉆孔和施加預(yù)應(yīng)力的工作量，而且可以減少預(yù)應(yīng)力的損失。

(3)錨桿(索)的錨固力計(jì)算。錨桿極限錨固力(極限承載力)是指錨桿錨筋沿握裹砂漿或砂漿沿孔壁產(chǎn)生滑移破壞時(shí)所能承受的最大臨界拉拔力，錨桿容許錨固力(容許承載力)是由極限錨固力(極限承載力)除以適當(dāng)?shù)陌踩禂?shù)(通常為2.0～2.5)得到。錨桿錨固力的計(jì)算方法隨錨固體形式不同而異，圓柱型錨桿的錨固力由錨固體表面與周圍地層的摩擦力提供;而端頭擴(kuò)大型錨桿的錨固力則由擴(kuò)座端的面承力及與周圍地層的摩擦力提供。對(duì)于圓柱型錨桿，錨桿的極限錨固力按下式計(jì)算:

Pu=πLdqs

式中:L為錨固體長(zhǎng)度;d為錨固體周長(zhǎng);qs為錨固體表面與周圍巖土體之間的極限黏結(jié)強(qiáng)度。

對(duì)于端部擴(kuò)大頭型錨桿，可按下式進(jìn)行計(jì)算:

式中:L1、L2、D、d為錨固體結(jié)構(gòu)尺寸;qs為錨固體表面與周圍巖土體之間的極限黏結(jié)強(qiáng)度;γh為擴(kuò)大頭上覆土層的容重和厚度;cu為土體不排水抗剪強(qiáng)度;βc為錨固力因數(shù)。

(4)錨桿彈性變形計(jì)算。錨桿的變形是由錨桿本身在外荷作用下變形和由于地層徐變引起的變形組成，由地層徐變引起的錨桿變形計(jì)算可以通過(guò)徐變系數(shù)計(jì)算錨桿在不同時(shí)期的徐變位移。錨桿本身在外荷載作用下變形以彈性變形為主。

(5)錨桿(索)的鎖定荷載和錨頭設(shè)計(jì)。對(duì)于錨桿，原則上可按錨桿設(shè)計(jì)軸向力(工作荷載)作為預(yù)應(yīng)力值加以鎖定，但鎖定荷載應(yīng)視錨桿的使用目的和地層性狀而加以調(diào)整。

(6)錨桿(索)的防腐設(shè)計(jì)。對(duì)錨桿進(jìn)行防腐設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)充分調(diào)查腐蝕環(huán)境，并選擇適宜的防腐方法。防腐方法應(yīng)適應(yīng)巖土錨固的使用目的，即不能影響錨桿各部件(包錨固體、自由段和錨頭)的功能，因此對(duì)錨桿的不同部位要作不同的防腐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。永久住錨桿應(yīng)采用雙層防腐，臨時(shí)性錨桿可采用簡(jiǎn)單防腐，但當(dāng)腐蝕環(huán)境嚴(yán)重時(shí)，也必須采用雙層防腐。

2. 錨噴工程

1)設(shè)計(jì)步驟

錨噴設(shè)計(jì)的一般過(guò)程為:安全系數(shù)確定—邊坡錨固力計(jì)算—錨固角確定—錨桿(索)間距確定—設(shè)計(jì)錨固力確定—錨桿孔徑與直徑確定—錨固長(zhǎng)度確定—錨桿錨固力校核及拉拔試驗(yàn)—噴砼設(shè)計(jì)—施工。

2)計(jì)算方法

(1)邊坡安全系數(shù)直接關(guān)系到邊坡工程的安全性和經(jīng)濟(jì)性。其值可依據(jù)規(guī)范確定，必要時(shí)可采用工程地質(zhì)類比法確定。

錨桿體安全系數(shù)應(yīng)根據(jù)預(yù)應(yīng)力錨桿的實(shí)用條件、有效使用期和防腐措施，分別確定錨桿材料安全系數(shù)、握裹體與內(nèi)錨段巖體間的拉拔安全系數(shù)、錨桿與握裹體間的拉拔安全系數(shù);若錨固采用加套錨桿，還需確定套管與握裹體間的安全系數(shù)。

對(duì)于重要永久工程，安全系數(shù)K≥1.8;一般工程K≥1.5;臨時(shí)錨固工程1.2≤K＜1.5。

(2)邊坡錨固力計(jì)算。邊坡錨固力是指使斜(滑)坡達(dá)到設(shè)計(jì)要求的安全系數(shù)時(shí)，所需給巖體施加的某一方向的抗滑力。該錨固力的計(jì)算采用極限平衡法。邊坡破壞形式不同，該力的計(jì)算不盡相同，可分為平面剪切破壞邊坡錨固力計(jì)算、多平面滑動(dòng)破壞邊坡錨固力計(jì)算、圓弧形破壞邊坡加固力計(jì)算。

(3)錨固參數(shù)確定。最優(yōu)錨固角確定取決于兩個(gè)方面:一是鉆孔施工條件和灌漿條件，滑面或潛在滑面的產(chǎn)狀、粗糙程度及力學(xué)性質(zhì);二是經(jīng)濟(jì)最優(yōu)要求。

錨固角的確定可依據(jù)規(guī)范，常用的包括《錨桿噴射混凝土支護(hù)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50085—2001)及日本VSL錨固(施工法)設(shè)計(jì)施工規(guī)范。

錨固間距的確定，應(yīng)充分考慮巖土體的特性。同時(shí)，既要注意避免群錨效應(yīng)，又要保證錨索之間能形成有效的擠壓帶，使錨索能產(chǎn)生切實(shí)的聯(lián)合作用效果。

(4)設(shè)計(jì)錨固力確定。在總加固力確定后，在確定錨索間距及沿滑動(dòng)面方向排數(shù)的基礎(chǔ)上，可依據(jù)下式確定單孔錨索的錨固力，即設(shè)計(jì)錨固力Td:

Td=(T×d)/n

式中:T為總加固力;n為錨索排數(shù);d為錨索間距(m)。

設(shè)計(jì)錨固力必須滿足以下3個(gè)條件:小于或等于容許拉拔力、小于或等于容許拉力、小于或等于Tad(地基容許力)。

(5)錨固長(zhǎng)度及錨索長(zhǎng)度優(yōu)化確定。錨固段長(zhǎng)度確定主要有以下4種方法:規(guī)范法、根據(jù)錨索的設(shè)計(jì)錨固力確定、根據(jù)被錨固段巖體強(qiáng)度確定錨固長(zhǎng)度、三維數(shù)值模擬分析擬合。

(6)噴砼設(shè)計(jì)。噴砼設(shè)計(jì)參數(shù)主要包括噴砼厚度、噴砼強(qiáng)度、噴砼材料、鋼筋網(wǎng)參數(shù)。

①噴砼厚度?！跺^桿噴射混凝土支護(hù)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50085—2001)規(guī)定噴砼厚度不應(yīng)小于50mm，不應(yīng)超過(guò)200mm。公路規(guī)范規(guī)定，噴砼層厚度一般定為10cm，在穩(wěn)定性系數(shù)較低時(shí)，定為15cm。

②噴砼強(qiáng)度。噴射混凝土的強(qiáng)度等級(jí)是決定其力學(xué)性能和耐久性的重要指標(biāo)，對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)的工作性能和使用效果關(guān)系重大?！跺^桿噴射混凝土支護(hù)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50085—2001)規(guī)定噴砼強(qiáng)度不應(yīng)小于C20。

③噴砼材料。要求使用425#以上的水泥以及滿足有關(guān)規(guī)范的砂石，配合比為水泥∶ 砂∶石為1∶ 2∶ 2，水灰比為0.52。使用速凝劑時(shí)應(yīng)滿足規(guī)范要求。

④鋼筋網(wǎng)參數(shù)。鋼筋網(wǎng)的主要作用是提高噴砼的整體性，防止收縮，使混凝土中的應(yīng)力均勻分布，并提供一定的抗剪強(qiáng)度，有利于抵抗巖石塌落和承受沖擊荷載。

《錨桿噴射混凝土支護(hù)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50086—2001)規(guī)定鋼筋網(wǎng)按構(gòu)造要求設(shè)計(jì)，鋼筋直徑宜為4～12mm。

實(shí)踐表明，當(dāng)鋼筋間距小于150mm時(shí)，噴射混凝土回彈大，且鋼筋與壁面之間易形成空洞，不能保證砼的密實(shí)度;當(dāng)鋼筋間距大于300mm時(shí)，將大大削弱鋼筋網(wǎng)在噴砼中的作用。因此，規(guī)范規(guī)定鋼筋網(wǎng)間距應(yīng)為150～300mm。

鋼筋保護(hù)層厚度不應(yīng)小于20mm，考慮邊坡將承受雨水的長(zhǎng)期沖刷作用，因此，鋼筋保護(hù)層厚度不應(yīng)小于50mm。

3. 格構(gòu)

格構(gòu)加固技術(shù)是利用漿砌塊石、現(xiàn)澆鋼筋混凝土或預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土進(jìn)行邊坡坡面防護(hù)，并利用錨桿或錨索加以固定的一種邊坡加固技術(shù)。它的主要作用是將邊坡坡體的剩余下滑力或土壓力、巖石壓力分配給格構(gòu)結(jié)點(diǎn)處的錨桿或錨索，然后通過(guò)錨索傳遞給穩(wěn)定地層。根據(jù)格構(gòu)的特點(diǎn)和作用，格構(gòu)加固技術(shù)特別適用于坡度較陡、坡體巖土均勻且較堅(jiān)硬的公路邊坡或公路滑坡。

根據(jù)格構(gòu)采用的材料不同，格構(gòu)可分為漿砌塊石格構(gòu)、現(xiàn)澆鋼筋混凝土格構(gòu)和預(yù)支預(yù)應(yīng)力混凝土格構(gòu)。

依據(jù)地質(zhì)條件，應(yīng)選用不同的結(jié)構(gòu)形式。主要分以下3種情況。

①漿砌石格構(gòu)護(hù)坡。主要用于整體穩(wěn)定性好的斜坡或滑坡的表面防護(hù)。

②現(xiàn)澆鋼筋砼格構(gòu)+錨桿。主要用于整體穩(wěn)定性好，但前部出現(xiàn)溜滑或坍滑，或坡度大于35°時(shí)。

③現(xiàn)澆鋼筋砼格構(gòu)+預(yù)應(yīng)力錨桿或錨索，用于斜坡整體穩(wěn)定性差，且需表面防護(hù)的情況。鋼筋砼格構(gòu)梁與預(yù)應(yīng)力錨索復(fù)合結(jié)構(gòu)可順地形而設(shè)，變形協(xié)調(diào)能力強(qiáng)，施工工藝簡(jiǎn)便，不需要大型機(jī)械，不必開(kāi)挖擾動(dòng)邊坡。

根據(jù)格構(gòu)常用的型式可分為方形、菱形、“人”字形和弧形。

①方形:指順邊坡傾向、沿邊坡走向設(shè)置方格狀的漿砌塊石或鋼筋混凝土梁。對(duì)于漿砌塊石，格構(gòu)水平間距應(yīng)小于3.0m;鋼筋混凝土梁格構(gòu)水平間距應(yīng)小于5.0m。

②菱形:沿平整邊坡坡面斜向設(shè)置漿砌塊石或鋼筋混凝土梁。對(duì)于漿砌塊石，格構(gòu)間距應(yīng)小于3.0m;鋼筋混凝土梁格構(gòu)間距應(yīng)小于5.0m。

③“人”字形:指順邊坡傾向設(shè)置條帶，沿條帶之間設(shè)置“人”字形條帶。格構(gòu)水平間距應(yīng)小于3.0m(漿砌塊石)或小于4.5m(鋼筋混凝土格構(gòu))。

④弧形:順邊坡傾向設(shè)置條帶，沿條帶之間設(shè)置弧形條帶。

格構(gòu)橫向間距應(yīng)小于3.0m(漿砌塊石)，或小于4.5m(鋼筋混凝土格構(gòu))。

漿砌石格構(gòu)設(shè)計(jì)以類比法為主。斷面高×寬不應(yīng)小于300mm×200mm，最大不超過(guò)450mm×350mm。水泥砂漿為M7.5，格構(gòu)框條采用里肋式或柱肋式，并設(shè)置變形縫。為加強(qiáng)穩(wěn)定性，可在格構(gòu)節(jié)點(diǎn)設(shè)置錨桿，長(zhǎng)度一般應(yīng)大于4m。

格構(gòu)錨固設(shè)計(jì)流程圖如圖2-76所示。

圖2-76 格構(gòu)錨固設(shè)計(jì)流程圖

1)設(shè)計(jì)步驟

對(duì)于整體穩(wěn)定性好，并滿足設(shè)計(jì)安全系數(shù)要求的邊坡，可采用漿砌塊石格構(gòu)進(jìn)行護(hù)坡，采用經(jīng)驗(yàn)類比法進(jìn)行設(shè)計(jì)，坡度一般不大于35°，當(dāng)邊坡高度超過(guò)30m時(shí)，須設(shè)馬道放坡，馬道寬1.5～3.0m;對(duì)于整體穩(wěn)定性好，但前緣出現(xiàn)溜滑或坍滑的公路滑坡，或坡度大于35°的高陡邊坡，宜采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土格構(gòu)進(jìn)行護(hù)坡，并采用錨桿進(jìn)行加固。采用經(jīng)驗(yàn)類比和極限平衡法相結(jié)合的方法進(jìn)行設(shè)計(jì)。錨桿須穿過(guò)潛在滑面1.5～2.0m，且采用全黏結(jié)灌漿;對(duì)于整體穩(wěn)定性差，且前沿坡面須防護(hù)和美化的滑坡，宜采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土格構(gòu)與預(yù)應(yīng)力錨索進(jìn)行防護(hù);而對(duì)于整體穩(wěn)定性差、滑坡推力過(guò)大，且前沿坡面須防護(hù)和美化的滑坡，宜采用預(yù)制預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土格構(gòu)與預(yù)應(yīng)力錨索進(jìn)行防護(hù)。

邊坡格構(gòu)加固設(shè)計(jì)的內(nèi)容包括:①邊坡穩(wěn)定性分析和荷載計(jì)算;②選擇格構(gòu)型式及加固方案;③擬定格構(gòu)的尺寸，確定錨桿(索)的錨固荷載;④錨桿(索)的設(shè)計(jì)計(jì)算;⑤格構(gòu)內(nèi)力計(jì)算及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);⑥加固后邊坡的穩(wěn)定性驗(yàn)算。

2)設(shè)計(jì)計(jì)算方法

對(duì)于采用格構(gòu)加固的高陡邊坡設(shè)計(jì)，首要的問(wèn)題是計(jì)算錨固荷載，邊坡在設(shè)計(jì)所提供的錨固荷載的作用下應(yīng)處于穩(wěn)定，并且穩(wěn)定性系數(shù)應(yīng)達(dá)到規(guī)范要求，通常情況下應(yīng)根據(jù)邊坡的破壞類型確定計(jì)算方法。對(duì)于無(wú)連續(xù)滑動(dòng)面的直立或近直立的邊坡，在采用錨桿(索)擋墻加固時(shí)，可以采用土壓力理論計(jì)算土壓力或巖石壓力，然后確定錨固荷載;對(duì)于具有連續(xù)的潛在滑動(dòng)面的邊坡，采用條分法穩(wěn)定性進(jìn)行錨固荷載反算。根據(jù)計(jì)算求得的錨固荷載和邊坡實(shí)際情況，確定錨索分布及不同高度的錨索設(shè)計(jì)錨固力，然后計(jì)算格構(gòu)的內(nèi)力。通常情況下，將兩個(gè)錨固點(diǎn)之間的格構(gòu)梁簡(jiǎn)化為一個(gè)簡(jiǎn)支梁來(lái)計(jì)算其內(nèi)力。

按受彎構(gòu)件考慮來(lái)驗(yàn)算格構(gòu)梁的強(qiáng)度和進(jìn)行配筋計(jì)算。假設(shè)計(jì)算獲得的格構(gòu)梁的最大彎矩為Mmax，截面尺寸為b和h，截面相對(duì)受壓高度為ζjg，截面有效高度為h0，混凝土安全系數(shù)為γc=1.25，鋼筋安全系數(shù)γs=1.25，則計(jì)算步驟如下所示。

(1)計(jì)算最大配筋率μmax=0．55，最小配筋率μmin=0．15%。

(2)驗(yàn)算雙筋的可能性:如果1γcRabh20ζjg(1－0．5ζjg)＞Mmax，按單筋截面進(jìn)行設(shè)計(jì);否則按雙筋截面進(jìn)行設(shè)計(jì)。

(4)配筋:縱向受力配筋按計(jì)算設(shè)計(jì)，構(gòu)造筋按《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》要求設(shè)置。