預應力錨索格構(gòu)在國省道邊坡治理中的應用

吳沙鍔

(平塘縣交通運輸局，貴州 平塘 558300)

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預應力錨索格構(gòu)在國省道邊坡治理中的應用

吳沙鍔

(平塘縣交通運輸局，貴州 平塘 558300)

首先介紹了國省道升級改造中防護工程設計和施工要點，包括擋土墻結(jié)構(gòu)、邊坡防護結(jié)構(gòu)以及安全保障防護，然后根據(jù)S312平塘至董架公路改造工程K28+900～K28+950路段實例探究了預應力錨索格構(gòu)在國省道邊坡治理中的應用，以期增加國省道干線公路的改造力度。

預應力錨索格構(gòu)；國省道邊坡治理；應用

1 工程地質(zhì)概況

S312平塘至董架公路改造工程K28+900～K28+950路段網(wǎng)側(cè)邊坡呈階梯狀，開挖深度26m，設計坡度約45°。坡體未發(fā)現(xiàn)外傾軟弱結(jié)構(gòu)面。邊坡原地形邊坡較緩，呈階梯狀，場地不存在深層滑坡，整體穩(wěn)定。根據(jù)邊坡開挖后狀態(tài)，取天然快剪計算時求得剖面穩(wěn)定性系數(shù)Ks=1.06；取飽和快剪計算時求得剖面穩(wěn)定性系數(shù)Ks=0.93。根據(jù)地質(zhì)分析，本工程邊坡需采取必要的防護措施。

2 邊坡防護形式的選定

2.1 工程升級改造中防護概述

2.1.1 擋土墻結(jié)構(gòu)

(1)重力式擋土墻。重力式擋土墻可以依靠自身重力作用平衡土體，結(jié)構(gòu)形式簡單、施工便捷。根據(jù)墻背型式的不同，可以將其分為普通重力式擋墻、不帶衡重臺的折線墻背式重力擋墻和衡重式擋墻。(2)錨定式擋土墻。錨定式擋土墻是一種輕型的擋土墻，擋土墻墻面是由擋土板以及混凝土立柱所構(gòu)成的，擋土墻墻面與鋼錨桿相互結(jié)合，能夠有效支擋土體，提高土體的整體性和穩(wěn)定性。(3)加筋土擋土墻。加筋土擋土墻主要是由填土、填土中的拉筋條以及墻面板這三個部分組成的，能夠通過填土與拉筋間的摩擦，有效削減土的側(cè)壓力，穩(wěn)定土體。2.1.2 邊坡防護結(jié)構(gòu)

(1)植物防護。①種草防護，種草防護適用于邊坡比較穩(wěn)定，有利于草類生長的邊坡。②鋪草皮，在一些國省道邊坡施工中，需要快速形成綠化帶，此時可以使用鋪設草皮的方式進行邊坡防護治理。(2)工程防護。①預應力錨索框格防護適用于已經(jīng)發(fā)生風化作用的邊坡治理中。②常見的邊坡防護封面，主要有捶面、噴射混凝土、抹面等形式。(3)護面墻。通常情況下，護面墻可以被分為很多類型，包括窗孔式、實體式等等，在實際應用中，護面墻適用于邊坡面易受損的土質(zhì)邊坡以及軟質(zhì)巖層中，值得注意的是，必須確保其符合穩(wěn)定邊坡條件，才能體現(xiàn)出應用效果。(4)錨桿鋼絲網(wǎng)噴漿護坡。錨桿鋼絲網(wǎng)噴漿護坡主要適用于直面為碎裂結(jié)構(gòu)的硬巖中。(5)土工織物防護。該防護形式可以被分為掛網(wǎng)式坡面防護以及土工織物復合植被防護兩種。在邊坡懸掛土工網(wǎng)，可以有效截留落石，并將其引導至其他地區(qū)；而坡面防護中三維土網(wǎng)植被防護一般適用于邊坡高度低于3m的邊坡防護中。

2.1.3 安全保障防護

(1)混凝土護欄。混凝土護欄按構(gòu)造可分為F型號、單坡型、加強型三種，應根據(jù)路側(cè)危險情況選用。(2)波形護欄。鋼筋混凝土護欄主要是在路基下邊坡特別危險路段進行安全防護，而波形梁鋼護欄則主要是應用在一般危險路段。(3)鋼索護欄。纜索護欄由立柱、托架、纜索、卡具、錨具等組成。纜索不影響綠化帶的生長，可使護欄與植樹防眩很好地融合在一起，即美化了公路，又有安全保障。

2.2 本工程邊坡防護方式選定

在S312平塘至董架公路改造工程K28+900～K28+950路段護欄形式的選擇上，綜合考慮施工現(xiàn)場的實際情況以及相關(guān)規(guī)定，確定將本段設置為預應力錨索框架形式。預應力錨索框架形式的應用具有施工成本低、施工便捷、可以獨立使用等優(yōu)點，而且有利于節(jié)約施工材料，能夠有效控制巖土體變形，調(diào)整巖土體的穩(wěn)定性，生態(tài)保護性能較高。

3 國省道邊坡防護預應力錨索框架的計算

3.1 錨索拉力計算

(1)對于滑坡推力的設計計算

E=KWisinαi+Ei-1[cos(αi-1-αi)-sin(αi-1-αi)tanφi]-Wicosαitanφi-CiL

①

在公式①中，K表示在設計過程中必須考慮到的安全系數(shù)；Wi表示第i條滑塊的重量大小，kN/m；αi和αi-1分別表示第i條和第i-1條塊滑塊在邊坡位置的傾角；φi表示第i-1條塊在邊坡滑面中的摩擦角；Ci表示第i-1條塊所在邊坡滑面的單位粘聚力，kPa；L表示第i條塊所在邊坡滑面長度大小。

(2)①式中只有Ci和φi是未知數(shù)。

(3)滑坡推力的安全系數(shù)K一般取1.05～1.25。

(4)錨索拉力

T=Ecosα/cosβ

②

式中：E為滑體的整體下滑力；α為滑體面傾角大小；β為錨索與水平位置的夾角大小。

3.2 格構(gòu)內(nèi)力計算

預應力錨索結(jié)構(gòu)在國省道邊坡治理中的實際應用過程中，通常可以將錨索格構(gòu)簡化成受均布荷載的剛性梁，其計算簡圖如圖1(a)所示

圖1 錨索格構(gòu)計算簡圖

本工程設計中各點的錨索拉力均相等，選擇對稱機構(gòu)進行設計計算，計算步驟如下所示。

(1)選擇對稱結(jié)構(gòu)A，通過錨索拉力計算地基反力q的具體數(shù)值。

q=p/A

③

A=(L1+L2+b)×a+(L3+L4)×b

④

式中：A為單元體的占地面積；P為錨索拉力大小。

(2)格構(gòu)內(nèi)力的設計計算。

⑤

中心O點彎矩值計算：

⑥

橫梁的最大彎矩同樣位于錨索拉力的作用點位置：

⑦

中心點彎矩值計算：

⑧

通過上述公式，能夠準確計算出彎矩，通過計算結(jié)果，綜合考慮構(gòu)造設計要求，科學合理的設計格構(gòu)橫梁和豎肋配筋大小。

4 國省道邊坡工程防護治理措施

在邊坡過程防護治理開始前，首先需要綜合考慮國省道邊坡工程的實際情況再進行設計計算，確定具體的加固方案，在國省道線路的一、二、三級邊坡坡面上布置排預應力錨索，錨索的長度為15m，錨索的間距為3m，豎直間距為2.7m，錨固長度為8m，錨索傾斜角15°，鉆孔直徑為Φ130mm。在錨索端部設置格構(gòu)提供反力，豎梁和衡梁的截面尺寸均為0.4m×0.4m，采用C25現(xiàn)澆混凝土。

(1)施工準備。在施工前準備好施工機具設備，包括注漿泵、內(nèi)燃空壓機、千斤頂、灰漿攪拌機等。

(2)鉆孔。在錨索結(jié)構(gòu)的鉆孔過程中，一般使用干鉆的方式，通過這一施工形式，能夠確保邊坡的地質(zhì)環(huán)境不會惡化，有利于提高孔壁的粘結(jié)性。

(3)清孔。鉆孔完成后，用清水沖洗，清理積水。

(4)錨索編制。對于錨固段架線環(huán)以及緊箍環(huán)的設置，應該確保間隔1m，在自由段需要間隔2m設置好架線環(huán)。

(5)下錨。在下錨過程中，應該緩緩送入錨索，確保錨索在孔內(nèi)不會發(fā)生彎曲變形。

(6)內(nèi)錨固段注漿。在施工過程中確保一次澆筑完成，并且使用注漿管泵送灌注。

(7)安裝錨固板。根據(jù)工程的實際情況安裝錨固板。

(8)張拉鎖定。具體的施工工序為：錨具安裝一次張拉二次張拉鎖定。

(9)二次注漿、封閉錨頭。當完成好錨索張拉定后，就可以進行灌漿施工工序。其中，灌漿壓力應該大于0.6；回漿比重應該大于進漿比重。錨索在張拉鎖定，以及完成封孔灌漿后，就應該及時清洗鋼絞線以及錨索，為了保證錨頭質(zhì)量，應該使用混凝土材料對錨頭進行封閉保護。

5 結(jié) 語

綜上所述，預應力錨索格構(gòu)作為新興的施工結(jié)構(gòu)具有施工成本較低、施工速度較快等有點，而且對于坡體本身不會產(chǎn)生較大干擾。另外，還可以使用土工網(wǎng)和局部噴射混凝土，加強巖面封閉，有利于邊坡表層保護和美化環(huán)境。

[1] 葛新輝.預應力錨索格構(gòu)梁復合結(jié)構(gòu)在邊坡治理中的應用[J].福建建筑，2013，(5)：74-75.

[2] 張永平.預應力錨索在巖土邊坡工程治理中的應用[J].建筑工程技術(shù)與設計，2015，(4)：163-164.

[3] 王宏貴，赫曉光.壓力分散型預應力錨索在邊坡治理工程中的應用[J].科技視界，2014，(2)：110.

2016-04-01

吳沙鍔(1977-)，工程師，從事公路建設方面研究。

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