巖質(zhì)高邊坡穩(wěn)定性分析與加固設(shè)計(jì)

巖質(zhì)高邊坡穩(wěn)定性分析與加固設(shè)計(jì)

一、錨桿的設(shè)計(jì)問題在設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)鉤子的情況下，加固鋼筋混凝土或預(yù)制預(yù)制混凝土，以保護(hù)邊板的傾斜邊緣，并使用鉤子加固固定的邊坡加固技術(shù)。格構(gòu)的主要作用是將邊坡的剩余下滑力或土壓力分配給格構(gòu)結(jié)點(diǎn)處的錨桿(索),然后通過錨桿傳遞給穩(wěn)定地層,從而使邊坡在由錨桿或錨索提供的錨固力的作用下達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。因此,就格構(gòu)本身來講僅僅是一種傳力結(jié)構(gòu),而抗滑力主要由結(jié)點(diǎn)處的錨桿或錨索提供。錨桿的設(shè)計(jì)主要是根據(jù)邊坡的下滑力(或土壓力,設(shè)計(jì)中取兩者的大值作為設(shè)計(jì)依據(jù))來確定錨桿的自由段長(zhǎng)度、錨固段長(zhǎng)度、鋼筋的截面面積等。錨桿本身對(duì)加固效果的影響涉及錨桿的長(zhǎng)度、直徑、錨桿表面特性等。隨錨桿長(zhǎng)度的增加,錨桿的加固效果得到提高。但是當(dāng)錨桿長(zhǎng)度超過一定長(zhǎng)度后,其加固效果提高甚微或不再提高。所以在錨桿的設(shè)計(jì)過程中應(yīng)當(dāng)特別注意錨桿錨固段長(zhǎng)度的確定。方從嚴(yán)等通過室內(nèi)試驗(yàn)研究了錨桿加固機(jī)理以及錨固段長(zhǎng)度的確定方法;文浩雄等通過巖石邊坡加固設(shè)計(jì)證明了錨桿加固對(duì)于巖石陡坡地區(qū)及挖方地區(qū)是一種十分行之有效的支擋措施。二、工程實(shí)例與輔助方案1.巖質(zhì)邊坡高度本文以某一巖質(zhì)高邊坡的加固分析為例來探討巖質(zhì)邊坡的錨固設(shè)計(jì)及其力學(xué)機(jī)理。某巖質(zhì)邊坡高度總長(zhǎng)220m,最大坡高23m,坡角50°～60°,坡面面積4,908m2。高切坡類型為Ⅰ1類巖質(zhì)切坡,高切坡失穩(wěn)危害較嚴(yán)重,安全等級(jí)為二級(jí),設(shè)計(jì)安全要求不下于1.25。2.工程治理方案通過對(duì)邊坡加固前的穩(wěn)定性計(jì)算,邊坡存在不穩(wěn)定滑動(dòng)面的穩(wěn)定性系數(shù)不滿足安全性的要求,有必要采取工程治理措施。方案設(shè)計(jì)如下:主要采取的治理工程為格構(gòu)錨桿方案。格構(gòu)主要起到護(hù)坡的作用,防治坡面在降雨條件下進(jìn)一步?jīng)_刷;錨桿的作用主要為治理不穩(wěn)定滑面提供抗滑力,提高滑面的穩(wěn)定性安全系數(shù)。(1)混凝土澆筑法格構(gòu)設(shè)計(jì):坡面采用格構(gòu)(縱橫向間距3.5m),設(shè)計(jì)錨桿錨固于格構(gòu)上,格構(gòu)的橫截面尺寸設(shè)計(jì)為30×40cm,采用C25混凝土現(xiàn)場(chǎng)澆筑,配筋滿足構(gòu)造要求即可。(2)錨桿設(shè)計(jì)(1)錨桿設(shè)計(jì)流程(2)最優(yōu)錨固角的確定錨桿的間距根據(jù)格構(gòu)的節(jié)點(diǎn)來確定,利用格構(gòu)節(jié)點(diǎn)將錨桿錨固與節(jié)點(diǎn)上,因此錨桿的間距取為3.5m。錨桿的安設(shè)角度一般不小于10°,理論分析表明,錨桿的最優(yōu)錨固角為:式中:uf071—為滑動(dòng)面的傾角;uf06a—為滑動(dòng)面上的內(nèi)摩擦角。但有時(shí)受到施工條件和結(jié)構(gòu)本身要求的限制,不可能按最優(yōu)錨固角進(jìn)行布置,此時(shí)可對(duì)錨固角進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整,但必須保證提供較好的錨固效果。此次設(shè)計(jì)的錨索的安設(shè)角度取為20°(3)錨桿抗滑力計(jì)算根據(jù)邊坡的穩(wěn)定性計(jì)算:總的下滑力1,935.054(kN/m),總的抗滑力2,115.402(kN/m),滑動(dòng)安全系數(shù)為1.09,如達(dá)到1.25的安全系數(shù),則抗滑力要到達(dá)2,418.818kN/m,因此錨桿要承擔(dān)的抗滑力為En=303.416kN/m。通過搜索最危險(xiǎn)滑面的平均傾角為40°,因此需承擔(dān)的水平抗滑力為Ehk=En·cos35°=303.416×cos35°=232.43kN/m。最危險(xiǎn)滑面坡高為19.8m,由此可得出單位面積錨桿需承擔(dān)的水平抗滑力為ehk=11.74kN/m2。再根據(jù)錨桿設(shè)計(jì)的行距和排距3.5m×3.5m,可以得出單根錨桿需承擔(dān)的水平抗滑力,即錨桿所受水平拉力標(biāo)準(zhǔn)值Htk=ehk×3.5×3.5=143.3kN。最后,根據(jù)錨桿的軸向拉力標(biāo)準(zhǔn)值。(4)桿截面的鋼筋段根據(jù),錨桿鋼筋選用為。因此錨桿的鋼筋直徑可以取Φ28。(5)錨桿襯底固結(jié)層長(zhǎng)度三、計(jì)算的加固1.邊坡安全設(shè)計(jì)問題巖質(zhì)高切坡的穩(wěn)定性計(jì)算分為整體穩(wěn)定性計(jì)算和局部塊體穩(wěn)定性計(jì)算。對(duì)邊坡影響較大的是整體穩(wěn)定性問題,加固方案的設(shè)計(jì)也主要根據(jù)整體穩(wěn)定性計(jì)算來確定。因此選取的剖面要具有充分的代表性,滿足邊坡安全設(shè)計(jì)等級(jí)的要求。本文計(jì)算選取的剖面如圖4。3.ks—穩(wěn)定性計(jì)算方法通過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和勘察結(jié)果,該邊坡主要為強(qiáng)風(fēng)化花崗巖組成,破壞模式主要為坡面的雨水沖刷和可能存在的整體圓弧滑動(dòng)為主,由于強(qiáng)風(fēng)化花崗巖巖性較均勻,可采用圓弧滑動(dòng)法進(jìn)行整體穩(wěn)定性計(jì)算。其計(jì)算原理如下:式中:Ks—邊坡穩(wěn)定性系數(shù);Gi—第i計(jì)算條塊單位寬度巖土體自重(kN/m);Gbi—第i計(jì)算條塊滑體地表建筑物的單位寬度自重(kN/m);Pwi—第i計(jì)算條塊單位寬度水壓力值(kN/m)。4.錨桿錨固段長(zhǎng)度的確定通過比較加固前和加固后最危險(xiǎn)滑動(dòng)面穩(wěn)定性系數(shù)情況,可以清晰看出支護(hù)前巖質(zhì)邊坡的滑動(dòng)面為圓弧,如圖5,剪出口在強(qiáng)風(fēng)化線與中風(fēng)化線相交處,穩(wěn)定性系數(shù)為1.03,不滿足安全系數(shù)的要求;對(duì)于加固后的邊坡,通過最危險(xiǎn)滑面搜索,得到的最小穩(wěn)定性系數(shù)為1.29,大于標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的1.25的要求,支護(hù)效果滿足要求。為了達(dá)到工程效果和技術(shù)要求最優(yōu)支護(hù)方案可以進(jìn)行優(yōu)化。該邊坡在地質(zhì)結(jié)構(gòu)上較為簡(jiǎn)單,由較均一的散體、碎裂狀及塊狀風(fēng)化花崗巖體構(gòu)成,如圖1。切坡自上而下根據(jù)風(fēng)化分帶分為三層:(1)層,全風(fēng)化花崗巖,厚4.6～12m,淺黃褐色,疏松、半疏松狀,風(fēng)化較均勻,由淺黃褐或灰黃色,疏松、半疏松狀,中粗粒礫石含量占95%以上,風(fēng)化較均勻,強(qiáng)度低,手可捏碎,屬碎屑狀風(fēng)化類型,有時(shí)夾少量碎塊石和風(fēng)化球塊。(2)層,強(qiáng)風(fēng)化花崗巖,淺褐黃色,半疏松狀,夾有零星風(fēng)化球,最大厚度14.6m;(3)層,中風(fēng)化花崗巖,灰白色,堅(jiān)硬狀。根據(jù),經(jīng)計(jì)算得出錨桿錨固段的長(zhǎng)度為3.19m。錨桿設(shè)計(jì):根據(jù)構(gòu)造要求取錨固長(zhǎng)度La=3.5m