滑坡治理中格構式錨桿框架結構設計

李樂超，彭 釗，李士青

（1.湖南省地質科學研究院，湖南長沙410000；2.長沙學院，湖南長沙410000）

滑坡治理中格構式錨桿框架結構設計

李樂超1，彭 釗1，李士青2

（1.湖南省地質科學研究院，湖南長沙410000；2.長沙學院，湖南長沙410000）

近年來，我國水工環工程中的松散堆積滑坡治理問題日益突出，探討滑坡的治理方法具有重大現實意義。本文主要結合某地區滑坡的治理，對錨固結構設計治理松散堆積體滑坡的合理形式進行分析，并取得較好的治理效果，從而將滑坡體的潛能充分發揮出來，僅供參考。

滑坡治理；格構錨桿；松散堆積體

1 引言

松散堆積層滑坡的坡面承載力較低，采用錨桿結構進行加固，極易由于錨桿的張拉力較大，破壞坡面，而格構式錨桿框架結構是錨桿和鋼筋混凝土梁柱的復合結構，在不進行大規模開挖的前提下，就能有效治理滑坡。格構式錨桿框架結構的工作原理是通過錨桿將坡體滑推力傳到山體內部的基巖中，由于格構梁柱和坡面的接觸面積較大，有利于降低坡面反力，同時，由于格構梁柱的剛度較大，使得坡面的受力和變形較為均勻。因此，格構式錨桿框架結構對于坡面為松散堆積層的滑坡治理是極為有效的。

2 工程概況

下文僅以某滑坡區治理中格構式錨桿框架結構進行分析：

2.1 工程地質特征

該滑坡區的山頂高程為763m，地形陡峭，中上部的坡度約40～50°，山坡上多呈臺階狀環形陡坎，且坎的平均高度為1～3m，最高高度為8m，山坡上的喬灌木從發育較為良好，山下即為商業街、政府機關、居民小區，根據滑坡的范圍和規模，可將滑坡分為滑坡子區和高陡斜坡子區。

（1）滑坡子區：該子區位于山腳下某旅館的東面，總長度為125m，平均寬度為35m，滑坡斜坡地形呈現上部分陡峭、下部分較緩的特點，平均坡度為35～40°，在子區內，多件不連續陡坎，主要是山體局部滑落導致的。滑坡的后緣高程為740m、剪出口高程為646m。滑坡子區主要由碎石土及強風化千枚巖組成的，呈現蠕滑的狀態?；w厚度呈現中間薄，兩邊厚的特點，平均厚度為15m，滑體的總方量為65600m3。

（2）高陡斜坡子區：該子區位于山東面某超市的后部，長度、寬度分別為150m、60m，后緣是一些不連續陡坎，這些陡坎的高度為1～3m，前緣高程為657～660m，斜坡的坡度為40～50°，斜坡上大多是不連續陡坎，坎高約1～2m，植被發育良好。該子區具有較厚的殘坡積碎石土層集中在前緣，規模小，基本是穩定的。在中上部陡坡，松散碎石土及破碎千枚巖層較薄，總厚度約為1～3m，再加上地層傾向和坡向是相反的，坡體整體上較為穩定的狀態。

該地區地質災害的主要問題表現在：無法保障表層松散堆積物在強降水的條件下形成坡面泥石流及高陡斜坡松散堆積層的穩定性。

2.2 防治工程的安全等級

雖然滑坡治理工程區的斜坡高度＜15m，但山下是商業街、居民小區等人為活動較集中的地帶，若失事，將會造成嚴重后果，對以上因素進行綜合考慮后，決定將本防治工程的安全等級確定為二級。

3 滑坡治理方案選擇

根據該滑坡區開挖的現場來看，滑坡的滑動面特征不是很明顯，下伏基巖面外傾，上覆碎石土，處于高陡斜破，很難保持長期的穩定性，因此，在該地不適合削坡，只能采取支擋措施。另外，該處邊坡的地形陡峭、場地狹窄，坡高8～9m，因此，可選用格構式錨桿框架結構進行支擋。

4 滑坡治理中格構式錨桿框架結構設計

4.1 確定設計荷載

4.1.1 計算參數的取值

根據實驗的相關資料，并參考相關經驗進行分析，再根據現場的實際情況，決定將滑坡體計算強度指標選取為：容重γ=19.5kN/m3，內摩擦角采用似摩擦角φ=35°，粘聚力c=0。

4.1.2 計算方法的選取

只有在強降水條件下，該滑坡體才能形成破面泥流及存在高陡斜破的穩定性問題，對滑坡推力的計算成果和該滑坡區內一些不詳地質的特征，決定選用靜止土壓力和主動土壓力之和的一半作為設計計算所使用的荷載，并滿足在強降水條件下滑坡體穩定性的相關要求。

4.1.3 計算公式及荷載大小

靜止土壓力：E0=0.5γH2K0+q1HK0

主動土壓力：Ea=0.5γH2Ka

設計荷載：E=0.5（E0+Ea）

梁柱上荷載的分布：q=1.15Eb/0.875H

式中：H為計算高度；b為格構梁柱的間距；K0為靜止土壓力系數；Ka是主動土壓力系數，根據相關資料，選取K0=0.5，Ka=0.518，將H和b的值代入后，可計算得出E=961kN/m；q= 318kN/m。

4.2 格構式錨桿框架的設計計算

4.2.1 建立計算模型

在格構梁柱的作用下，破面的受力及變形較為均勻，因此，可根據井字梁體系對結構內力進行考慮，計算過程中，將錨桿和格構連接處按剛性支點進行考慮。傳給支承梁柱的荷載可用以下方法予以確定：將每一方格的四角作對角線，將方格分為4個板塊，每個板塊的荷載傳至相鄰的支承梁柱，因此，作用在支承梁柱荷載的分布不是很均勻，而是呈三角形分布，如圖1所示。

圖1 格構式支承梁柱荷載分配圖

4.2.2 格構式錨桿框架梁柱的內力計算

格構式錨桿框架梁柱的彎矩和支座反力所采用的三彎矩方、方程進行計算如下：

式中：bn表示第n跨格構梁柱的間距；Mn表示第n跨格構梁柱的彎矩；和則和支承情況、荷載的分布情況相關，將相應數值代入可得出：

支座處的最大彎矩為：Mmax=81kN/m

跨中最大彎矩：Mmax=56.3kN/m

最大支座反力：Rmax=258kN

4.2.3 框架梁柱設計

根據相關經驗，選取梁柱的截面為35cm×40cm，混凝土的保護層厚度為6cm，并根據相關要求，可根據以下公式對梁柱配筋進行計算。

受拉力縱向鋼筋的截面積為：

斜截面的受剪承載力計算公式為：

縱向受拉鋼筋的配筋率計算公式為：ρ=As/bh0，將入彎矩和支座反力代入計算后，得出縱向鋼筋為4φ18和4φ14，箍筋為φ8＠200，在經過校核后，可有效滿足配筋率的相關要求，見圖2。

圖2 梁柱的截面配筋

4.2.4 錨桿設計

根據相關規定，通過Rmax=258kN，在根據公式進行錨桿設計。錨桿軸向拉力標準值：Nak=Rmax/cosα；錨桿的軸向拉力設計值為：Na=γQNak；錨桿鋼筋的截面面積：As≥γ0Na/ξ2fy；錨桿錨固體的錨固長度：La≥Nak/ξ1πDfrb；其中：錨桿的傾角α=15°，錨固體的直徑D=14cm；γQ、γ0是重要性系數；ξ1、ξ2為工作條件的系數；fy、frb為相應的強度值，以上這些都可以根據相關的規范規定進行選值。經過計算，錨桿的錨固長度最小為5m，錨桿拉筋為3φ28，砂井保護層的厚度為2.5cm。

4.2.5 框架間板的設計根據間板依據構造的相關原則進行設計，具體施工工序為首先噴射5cm后的細石混凝土，并鋪設φ8＠200的鋼筋網，最后再鋪設5cm厚的細石混凝土；用長4m、直徑為φ20的短錨桿固定在鋼筋網中間。

4.2.6 格構式錨桿框架的布設及相應工程量

格構式錨桿框架的橫間距和豎間距為3m，整個滑坡區總共布設了長、短錨桿分別為123根錨桿，共39t的鋼筋總量，C30混凝土為73.4m3、C20混凝土47m3，整個滑坡質量工程的預算約130萬，為超過工程預算。

4.2.7 施工要求

①錨桿在施工過程中，其自由段長度可根據基巖出露情況作出相應的調整，但應保證錨固段大于等于5m；②做好錨桿的除銹防銹工作，可將定位器安置在錨桿上，間距約為1.5m，錨頭螺帽應用100N·m的扭矩進行擰緊；③在錨桿工程開始施工前，應根據相關規定進行錨桿的基本試驗，試驗的基本內容為將錨固體和巖土層見的粘結強度特征值有效確定下來，若試驗得出的特征值和設計過程中所采用的參數具有較大差異時，可根據試驗所取得的特征值對錨桿的錨固長度進行修改。在施工結束后，應按照相關規定對錨桿的驗收進行試驗。

5 實施效果

該工程施工已經通過專家組驗收，由此可得出結論為格構式錨桿框架結構對于松散堆積層滑坡的治理是極為有效的。在治理松散堆積滑坡時，格構錨桿結構比較適合采用間距小、噸位小的錨索和連續格構梁，與此同時，還應保證梁端懸臂具有一定的長度，以此來確保格構梁受力的均勻性，從而提高基土的承載能力，有利于保證深層的抗滑性。

6 結束語

依靠土體自身的承載能力，將格構錨桿作為支擋措施廣泛應用于滑坡防治工程中，是一種性價比較高的支擋加固措施，將格構錨桿應用到覆蓋層構成的滑坡或者不穩定的邊坡治理加固中，具有良好的適應性和支撐性。針對滑坡治理加固工程的實際情況，需對其產生的具體原因進行分析，并對其穩定性進行計算，做好格構錨桿框架結構設計，保證滑坡治理效果。

[1]劉妮娜，劉 聰，李尋昌，等.滑坡治理中格構式錨桿框架結構設計[J].地球科學與環境學報，2004，26（04）：46～48.

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[3]鮑亮亮.錨桿格構技術在陜北滑坡防治工程中的應用[J].價值工程，2015（26）：142～143.

TU476

A

2095-2066（2016）24-0041-02

2016-8-15

李樂超（1981-），男，工程師，本科，主要從事水工環地質工程工作。