板肋式錨桿擋土墻在邊坡工程中的應用

喻衛華

(廣州市住宅建筑設計院有限公司,廣東 廣州 510623)

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板肋式錨桿擋土墻在邊坡工程中的應用

喻衛華

(廣州市住宅建筑設計院有限公司,廣東 廣州 510623)

擋土墻是工程建設中常用的邊坡支護結構之一，隨著現代化建設的不斷發展,邊坡支護工程日益增多,特別是在山區建設工程中,板肋式錨桿擋土墻得到越來越廣泛的應用。該文結合廣州地區的一個實際邊坡工程,對錨桿擋土墻設計理論進行了探討,列舉了板肋式錨桿擋土墻設計的要點,指出邊坡施工過程中及施工完成后的監測對邊坡安全有重要指導作用。研究成果為邊坡的設計、施工提供了參考。

板肋式錨桿擋土墻；邊坡工程；應用

1 概述

錨桿擋土墻是由鋼筋混凝土肋柱、擋土板和錨桿組成或者是由鋼筋混凝土面板及錨桿組成的支擋結構物。一般擋土墻是靠自重來保持擋土墻的穩定性。而錨桿擋土墻是靠錨固于穩定土層中的錨桿所提供的拉力,以承受結構物的擋土墻的土壓力、水壓力來保證擋土墻的穩定[1]。

現代社會由于用地緊張,建筑物距離紅線較近的情況時有發生,特別是山地建筑,情況更為明顯,山地建筑時常距離高邊坡較近,為此需要采取有效措施來保證建筑物安全,板肋式錨桿擋土墻此時應用較多[2-3]。板肋式錨桿擋土墻適用于邊坡高度大于12 m,石料缺乏、具備錨固條件及為減少開挖量的挖方地區。目前我國常見的錨桿式擋土墻按面板結構形式可分：板柱式、板壁式、格構式及樁板式等。

2 錨桿擋土墻設計方法

2.1土壓力的確定

《建筑邊坡工程技術規范》( GB50330—2013)提出[4],確定巖土自重產生的錨桿式擋土墻側向壓力分布,應考慮多種因素,包括錨桿層數、擋墻位移大小、支護結構剛度和施工方法等,可簡化為三角形、梯形或其他經驗圖形。單排錨桿的土層錨桿和填方式錨桿擋土墻,可近似按庫侖理論取為三角形分布。對于巖質邊坡以及密實、中密砂土類邊坡和堅硬、硬塑狀粘土和,當采用逆作法施工的、柔性結構的多層錨桿擋墻時,側向土壓力分布可按圖1確定。

圖1 太沙基土壓力分布示意

圖中ehk按下式計算。

對巖質邊坡:

(1)

對土質邊坡:

(2)

式中ehk為側向巖土壓力水平分力標準值,kN/m2；Ehk為側向巖土壓力合力水平分力標準值,kN/m；H為擋墻高度,m。

對于巖質邊坡主動巖石壓力修正系數β1,可根據邊坡巖體類別按下表確定。

表1 主動巖石壓力修正系數β1

3.2板肋計算

板肋的內力按照豎向連續梁計算確定,根據樁底處的土質條件和樁基入土深度,將該端點簡化成自由、簡支、嵌固等,肋柱看成支承在錨桿和地基土上的多跨連續梁,按結構力學方法求解內力[5]。計算采用公式為：

qi=K1σxil

(3)

式中qi為作用于肋上的荷載,kN；K1為土壓力荷載分項系數,見輸入界面中的荷載系數,一般為1.2；σxi為第i類板塊計算的水平土壓力,kPa,計算時取同一跨中該類型板最下面板塊底邊緣的水平土壓力,做為該類型板上荷載；l為板的水平計算跨長(兩肋之間的間距,m)。

3.3錨桿計算

錨桿總長度為自由段、錨固段和外錨段長度總和。自由段根據滑動面與錨桿的交點來確定,錨固段長度需計算確定。錨桿內力計算公式為：

(4)

式中Nn為第n道錨桿所受到的軸向拉力設計值，kN；Rn為第n道錨桿拉力垂直于肋柱方向的分力，kN；α為肋柱的豎向傾角，°；β為錨桿對水平方向的傾角，°。

錨桿錨固段長度計算：

(5)

式中la為錨桿錨固段長度，m；D為錨桿成孔直徑，m；τ為錨桿錨固體與土層之間抗剪強度，m。

式中Nn計算時需考慮安全系數儲備。

3.4面板計算

擋板可視為上下兩端簡支,左右兩端固定的單向板,見圖2。計算時按照實際土壓力情況進行計算,即可確定擋板的配筋。

圖2 擋板計算支承條件示意

3 板肋式錨桿擋土墻應用實例

3.1工程介紹

擬建邊坡支護工程位于廣州市花都區花東鎮,山體植被茂盛,坡高約為0～25 m。邊坡滑塌影響區內有3棟11層建筑物,高度34.1 m。邊坡底部離建筑物邊線僅1.5 m,距離較小(見圖3)。若邊坡垮塌,對建筑物將造成較大破壞。邊坡設計年限為50 a,屬永久性加固工程。經綜合考慮,本邊坡工程安全等級為二級,穩定驗算及設計安全系數按1.25考慮,支護結構重要性系數γ=1.0。

圖3 邊坡支護平面示意(單位：mm)

3.2工程地質及水文地質條件

根據鉆孔揭露,場地內地基按其成因類型自上而下分為第四系人工填土層(Qml)、第四系坡殘積層(Qdel)、泥盆系(D)沉積巖。素填土組成物主要為人工堆填的風化殘積土,局部夾有少量強中風化巖塊。第四系坡殘積層(Qdel)組成物為粘粒、粉粒,粘韌性較多,局部含坡積形成的粉砂巖質小角礫,砂礫感較明顯,含較多碎石土。泥盆系(D)沉積巖主要分為粉砂巖、炭質灰巖。場地有同一風化程度但不同的巖性相互穿插、局部地段不同風化程度軟硬相夾現象。

圖4 邊坡高度所處范圍典型地質剖面示意

本場地為丘陵地貌,地下水類型主要有孔隙水、基巖裂隙水?？紫端饕x存在場地第四系底層的顆?？紫吨?一般屬潛水性質,基巖裂隙水主要賦存在風化巖的裂隙中,該裂隙水水量較小,地下水貧乏。場地內沒有明顯的含水層,各土巖層的透水性弱、富水性差。

3.3設計過程

該邊坡坡高約25 m,且坡底距離建筑物距離僅為1.5 m,建筑物為高層建筑。一級邊坡坡頂由于消防車道限制,邊坡較陡(約82°),二級邊坡坡頂由于用地紅線限制,邊坡也較陡峭(約75°)?？紤]到如果產生滑坡,對坡底建筑物將造成嚴重影響,人民群眾財產會有重大損失。經綜合對比,最終決定采用安全性較高的板肋式錨桿擋土墻支護方案。

圖5為邊坡支護一典型剖面圖,從圖中可以看出邊坡主要位于全風化巖層、強風化巖層及中風化巖層內。

圖5 邊坡支護1-1剖面示意(單位： mm)

圖6為邊坡支護部分區段立面圖,圖中泄水孔、錨桿水平及豎向間距均為2 m,由于邊坡平面長度較長,在支護結構內設置了變形縫,縫寬20 mm?？p內用瀝青麻筋等彈性防水材料填塞,用水泥砂漿整體抹面,覆蓋縫隙。

圖6 邊坡支護立面示意(單位：mm)

圖7為錨桿及壓頂梁大樣圖，壓頂梁按構造設置鋼筋即可。

圖7 錨桿及壓頂梁大樣示意(單位：mm)

圖8為板肋式錨桿擋土墻面板及肋柱配筋大樣。擋板可視為上下兩端簡支,左右兩端固定的單向板。計算時按照實際土壓力情況進行計算,即可確定板的配筋。肋柱根據各道錨桿處產生的支點力,按照多跨連續梁進行計算。

擋板按照單塊矩形板進行計算,擋板墻面、墻背橫向及豎向鋼筋采用A10@200鋼筋可滿足構造及受力要求。肋柱按照多跨連續梁進行計算,立柱角筋采用4C16,箍筋采用A8@200可滿足構造及受力要求，具體配筋見圖8。

圖8 混凝土面板及肋柱配筋示意(單位：mm)

3.4施工難點及主要流程

由于現澆板肋鋼筋混凝土模板安裝為單邊支模,模板側壓力僅依靠間距2 m的錨桿點拉支撐難以滿足施工要求,在板肋式錨桿擋土墻200 mm厚現澆鋼筋混凝土板肋施工前,先在永久邊坡上用高壓噴射混凝土施工一層80～100 mm厚C20混凝土(內層鋼筋網A8@50/225)以作模板，內層鋼筋網的排設如圖9所示。待噴射強度達到70%以上時開始板肋式支護結構的模板混凝土施工,板肋支護結構高度方向以2～2.5 m 為一施工段依次施工,施工縫按施工單位要求處理。

圖9 鋼絲網大樣示意(單位：mm)

鋼筋混凝土肋柱及面板按如下要求施工：

1) 面板的內側鋼筋,短跨鋼筋置內側,長跨鋼筋置外側；面板的外側鋼筋,短跨鋼筋置外側,長跨鋼筋置內側。

2) 肋柱與面板均采用現澆施工。

3) 格構梁每隔20 m設置伸縮縫兼做沉降縫,縫寬20 mm,縫內用瀝青麻筋等彈性防水材料填塞,用水泥砂漿整體抹面,覆蓋縫隙。

4) 所有工序均須待上一工序的支護結構達設計要求后方可進行下一工序的施工。

3.5計算結果

圖10為根據邊坡穩定分析程序計算出的滑動面,其中滑動面圓心為相對于坡腳的坐標?；瑒訄A弧半徑為14 m,邊坡整體穩定安全系數K=1.28,滿足規范要求。從圖中可知,由于全風化巖和強風化巖強度相對較弱,滑動圓弧主要處于全風化巖和強風化巖層內。邊坡支護設計時需加強全風化和強風化巖層內支護措施。

圖10 邊坡滑動范圍示意

3.5監測要求

監測工作在邊坡施工過程中和施工完成后均具有重要意義。本工程邊坡在施工中應進行地表裂縫監測、坡頂水平和垂直位移監測及錨桿拉力監測,并應包括邊坡影響范圍內的建(構)筑物、管線監測等。地表裂縫、水平位移、垂直位移監測頻率每周1次,錨桿拉力監測頻率每半月1次?？⒐ず蟮谋O測尚須確認各項變形已趨于收斂方可終止。邊坡支護工程竣工后的監測時間不應少于2 a,頻率可在每月1次。

4 結語

邊坡支護方案的確定必須在全面分析工程地質條件、周邊環境的基礎上,從安全、造價、工期和施工工藝等方面綜合考慮,從而確定科學合理的方案。本項目由于建筑方案的特殊性,無法采用普通的擋土墻方案。板肋式錨桿擋土墻由于施工占地少,可減小土方開挖量,加快施工速度,這種擋土墻對于巖石陡坡地區及挖方地區有利。與普通毛石擋土墻及鋼筋混凝土擋土墻相比可節約大量混凝土量及用地面積。項目現已完工,產生了良好的社會效益。對以后類似情況的工程項目有一定的參考價值。

但是板肋式錨桿擋土墻也存在施工后坡面是混凝土,在美觀方面有所欠缺等問題。設計時可結合市政及園林專業要求,采取合理的園林方案來美化坡面。

[1] 尉希成,周美玲. 支擋結構設計手冊(第二版)[M]. 北京:中國建筑工業出版社, 2004.

[2] 周恒宇.錨桿擋土墻在邊坡防護中力學機理的研究 [D]. 成都:西南交通大學,2010.

[3] 應志民.錨桿擋土墻力學作用的研究 [D]. 杭州:浙江大學,2006.

[4] 建筑邊坡工程技術規范：GB 50330—2013[S].北京：中國建筑工業出版社,2013.

[5] 虢曙安.柱板式錨桿結構治理高速公路路塹邊坡的理論與應用研究 [D]. 長沙:湖南大學,2005.

(本文責任編輯 馬克俊)

Application of Post-Panel Bolts Retaining Wall to Slope Engineering

YU Weihua

(The Institute of Residential Architecture Design of Guangzhou，Guangzhou 510623，China)

Retaining wall is one of commonly used slope supporting structure in construction engineering. With the development of modern society, slope support engineering becomes widely-used. Post-panel bolts retaining wall are widely used, especially in mountain construction project. Combining with a practical project in Guangzhou area, design theory is discussed of anchored retaining wall. Design points of post-panel bolts retaining wall are listed, and that slope monitor is very important for slope is pointed out. It may provide certain basis to design and construction of the slope.

post-panel bolts retaining wall； slope engineering； application

2016-06-03;

2016-06-20

喻衛華(1984),男,碩士，工程師,主要從事巖土及結構方面的設計工作。

TU473