錨桿格構(gòu)梁在高邊坡防護(hù)中的應(yīng)用

拓偉民

（蘭州市政建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，甘肅蘭州 730030）

1 工程概況

蘭州市南山路中西段道路工程輔道 K3+040～K3+120 段左側(cè)三級邊坡采用噴錨網(wǎng)狀格構(gòu)梁防護(hù)。錨桿孔徑 130 mm，單孔錨桿分別采用 3 根15.24 mm 鋼絞線，長度 12 m 至 28 m 不等，間距2.5 m，錨孔采用 42.5 級普通硅酸鹽水泥漿灌注，框架格內(nèi)采用 C30 噴射混凝土防護(hù)。要求每束錨索的設(shè)計張拉力不少于 70 kN,預(yù)應(yīng)力錨索采用錨具固定在網(wǎng)格梁上。

2 地形地貌條件

該段位于黃河南岸二級階地后緣，地勢東高西低，略起伏，相對高差 20 m～35 m，植被發(fā)育差，易沖刷，有嚴(yán)重滑坡危險，上有陳坪公路，下有南山公路輔道，邊坡防護(hù)至關(guān)重要。

3 設(shè)計原理

3.1 極限平衡法

極限平衡理論是經(jīng)典的確定性分析方法，許多派生的邊坡穩(wěn)定分析方法都是建立在極限平衡理論之上，而且大都采用剛體極限平衡法。

極限平衡法的最基本原理是：

（1）假設(shè)邊坡由均勻介質(zhì)構(gòu)成，抗剪強度服從庫侖準(zhǔn)則：

其中：c 為介質(zhì)的粘結(jié)力；φ為介質(zhì)的內(nèi)摩擦角；σ為剪切面的法向應(yīng)力。

（2）假設(shè)可能發(fā)生的滑動破壞面為圓弧形，對每個圓弧所對應(yīng)的安全系數(shù)進(jìn)行計算，其中最小的為最危險滑動面。

（3）將滑動體分為 N 個垂直條塊，假設(shè)每條塊間不存在相互作用力。

（4）各圓弧面上的安全系數(shù) F 值的計算方法為：

其中，L 為剪切面弧長；Wi 為每條塊重量；ai 為第 i 條塊的剪切面與水平夾角。

然后在地質(zhì)調(diào)查、踏勘及資料收集的基礎(chǔ)上，對所治理坡體進(jìn)行相應(yīng)的工程勘察，分析計算其自然狀態(tài)和工程開挖后的坡體穩(wěn)定性，確定可能的破壞型式，以最危險破裂面為設(shè)計依據(jù)，利用極限平衡理論，得出坡體的剩余下滑力（k＝1.25），以其作為坡體穩(wěn)定的最小錨固荷載。

坡體在自然狀態(tài)下自身具有一定的強度和剛度，由于降雨及工程原因，破壞了其自身的穩(wěn)定性而產(chǎn)生變形破壞。錨桿支護(hù)是通過將錨桿設(shè)置在巖土體內(nèi)部，來提供維持坡體穩(wěn)定的所需要的錨固力，其作用主要表現(xiàn)在以下幾個方面。

3.1.1 注漿錨桿改變巖土體的性質(zhì)

設(shè)置了注漿錨桿的巖土體，一方面，注漿體將鉆孔部分的巖土體置換出來，從而提高了坡體的強度；另一方面，鉆孔中注漿時一般采用不小于0.3 MPa 的壓力注漿，漿液沿著巖土體裂縫擴(kuò)滲，在周圍形成膠結(jié)網(wǎng)，大大提高了其 C、φ值，使巖土體的強度和剛度提高，保證坡體的整體穩(wěn)定性進(jìn)一步提高。

3.1.2 注漿錨桿與巖土體的相互作用

錨桿作為一種傳力桿件，是依靠錨固段桿體與穩(wěn)定地層間的錨固力來提供足夠的抗滑力，同時錨固體與巖土體之間的粘結(jié)能大大提高潛在滑移面上的抗剪強度，有效地阻止坡體變形位移。錨桿框架梁是利用現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架進(jìn)行邊坡的坡面防護(hù)，并通過錨桿錨固坡體的一種邊坡防護(hù)技術(shù)。其與鐵路環(huán)境美化相結(jié)合，利用框架梁護(hù)坡，在鋼筋混凝土框架之內(nèi)噴漿，達(dá)到環(huán)保美觀的效果。錨桿框架梁主要是通過框架梁節(jié)點處的錨桿將邊坡坡體的剩余下滑力或土壓力傳遞給穩(wěn)定地層，使邊坡在錨桿提供的錨固力作用下達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。

3.2 錨桿框架梁特點

錨桿框架梁具有防護(hù)效果好，適用范圍廣，型式多樣，布置靈活，截面易于調(diào)整，框架梁可緊貼坡面，隨坡就勢，造價不高，施工方便等特點。

4 施工設(shè)計方案

護(hù)坡采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土和錨桿框架梁格構(gòu)加固技術(shù)，設(shè)計邊坡為 3 級。K3+040～K3+120 段左側(cè)塹坡高 H≥6 m 時，每高 6m 處設(shè) M7.5 漿砌片石邊坡平臺，平臺寬 3.0 m，平臺內(nèi)側(cè)設(shè)截水溝。一級邊坡坡率為 1:1.75，二級邊坡坡率為 1:1.75；三級邊坡坡率為 1:0.5，采用邊坡噴錨網(wǎng)格梁支護(hù)。圖1、圖2分別為網(wǎng)格梁正立面圖與剖面圖。

圖1 網(wǎng)格梁正立面圖

圖2 網(wǎng)格梁剖面圖

5 錨桿施工技術(shù)

施工時先清刷邊坡，搭設(shè)鋼管支架作為施工平臺，然后按設(shè)計要求的直徑、深度進(jìn)行鉆孔，放入錨索，最后進(jìn)行注漿封閉。

5.1 鉆孔

（1）錨索鉆孔必須采用風(fēng)動鉆進(jìn)，鉆孔完成后使用高壓風(fēng)清孔，清除孔內(nèi)碎巖和積水。嚴(yán)禁水沖鉆進(jìn)，嚴(yán)禁用高壓水清孔。鉆孔與水平面向下夾角15 °～20 °。

（2）錨孔孔位應(yīng)按設(shè)計要求準(zhǔn)確放置于坡面上,孔位誤差不得超過± 0.2 m；錨孔的孔斜度（傾角）誤差不超過± 2°；實際鉆孔深度應(yīng)比設(shè)計孔深大 0.2 m。

（3）鉆孔過程中嚴(yán)禁水沖，若地層松散破碎易坍孔時，應(yīng)采用跟管鉆進(jìn)技術(shù)，坍孔嚴(yán)重時應(yīng)立即停鉆，進(jìn)行灌漿固壁處理，待水泥砂漿初凝后重新掃孔鉆進(jìn)，確保成孔質(zhì)量和鉆進(jìn)進(jìn)度。

5.2 成孔及裂隙水處理

（1）按設(shè)計位置將孔位布置在修整好的邊坡上，把鉆機(jī)就位并調(diào)試好鉆桿沿水平方向向下傾斜的角度（15°），鉆孔即可開始。

（2）成孔后用空氣壓縮機(jī)風(fēng)管清理孔穴，將孔內(nèi)壁及根部殘留廢土清除干凈。

（3）成孔后，在未灌注水泥砂漿前，孔內(nèi)如有零星裂隙水，可采用在竹竿上包裹與孔徑一樣大的吸水材料（棉紗或海綿），將裂隙水吸出。

5.3 錨索的制作

（1）錨索設(shè)計長度根據(jù)坡體高度為 12～28 m,下層最短為 12 m，每 2.5 m 高度增加 2 m，錨孔直130 mm。錨索的設(shè)計長度不含埋置于錨頭內(nèi)的長度。錨索鋼絞線表面采用環(huán)氧樹脂涂層進(jìn)行防腐防銹。錨索體與水平面的夾角為 15 °～20 °，錨索鋼絞線外露面配合框架梁使用。

（2）錨索采用 3 根Φ15.24 mm 高強鋼絞線，索身每隔 1.5 m 設(shè)一個封閉型對中支架（φ12 mm 鋼筋），張拉完成后，錨具外鋼絞線外露不少于 3 cm，并采用 C30 混凝土封閉。

5.4 錨索的入孔對中支架

（1）對進(jìn)入工地的鋼絞線、鋼筋必須按要求進(jìn)行抽檢，檢驗合格后方可使用。

（2）錨索入孔時，將支架朝上，緩慢沿孔壁向內(nèi)滑動，到位后用管鉗將錨索提起轉(zhuǎn)動至正確位置，做到孔壁不受擾動，并保證方向及位置準(zhǔn)確，即定位支架在錨索下方支撐孔壁，并使其上下左右錨索分別在一條直線上。

5.5 灌注水泥沙漿

（1）設(shè)計錨固水泥砂漿強度為 M30，水泥使用Po42.5 級普通硅酸鹽水泥，錨孔內(nèi)注漿采用孔底返漿法一次注漿。

（2）制漿前砂子必須清洗并篩除砂子中的大顆粒，以免堵塞輸漿管路。

（3）水泥、砂、水按配合比在攪拌機(jī)中拌合均勻，將拌好的水泥砂漿通過 2.5 mm×2.5 mm 的濾網(wǎng)后，存放于儲漿桶內(nèi)供壓漿使用。儲漿桶內(nèi)的水泥砂漿在使用前仍低速攪拌，防止流動度的損失。

（4）灌漿方法：采用重力灌漿與壓力灌漿相結(jié)合。灌注錨桿砂漿時，將灌漿膠管（內(nèi)徑 5 cm）沿錨桿插入（亦可與錨桿同時插入）距錨孔底 10 cm處，用壓漿泵（灌漿壓力為 0.3 MPa 左右）將水泥砂漿從儲漿桶經(jīng)灌漿膠管壓入錨桿孔內(nèi)，然后隨漿液的灌進(jìn)，把灌漿管從孔底開始朝孔口緩慢勻速拔出，但膠管口始終保持埋入砂漿內(nèi) 1.5～2 m,使砂漿均勻、飽滿的由孔底向孔口逐漸灌入。當(dāng)砂漿灌至孔口略有溢出時為止，將壓漿泵壓力降為零，以免在孔口形成噴漿。為避免孔內(nèi)產(chǎn)生氣墊，儲漿桶內(nèi)始終有一定量的砂漿。灌漿管拔出孔口后立即將制作好的封口板塞好孔口，灌漿即告完成。

6 框架梁施工

6.1 框架梁基礎(chǔ)開挖

框架梁應(yīng)先放線開挖溝槽，位置、間距、尺寸應(yīng)嚴(yán)格按設(shè)計要求測量、放線。施工時根據(jù)錨桿縱、橫邊坡率的不同選用相應(yīng)的結(jié)構(gòu)尺寸?？蚣芰翰捎萌珨嗝媲度胧?，頂面與邊坡坡面齊平；梁背面與槽底面密貼，凹凸不平處用水泥砂漿或混凝土填平，確保梁均勻受力。

6.2 鋼筋骨架綁扎

（1）框架梁：框架梁的截面形式為：0.4 m 寬0.4 m 高的矩形。鋼筋骨架主筋 N1 為Φ16 螺紋鋼，箍筋 N2 為φ16 圓鋼。梁背面與槽底面密貼，對凸出及不平處用水泥砂漿或混凝土填平，確保梁均勻受力。

（2）骨架下料：鋼筋骨架在地面上配料和分片綁扎成型，在打入錨桿和注漿后，分片將鋼筋骨架掛在錨桿上，并采用綁扎與錨桿固定。鋼筋骨架安裝應(yīng)與坡面密貼，并設(shè)固定錨樁錨固于坡面。注意焊接鋼筋時保護(hù)鋼絞線，火花不能傷著鋼絞線。

6.3 框架梁及錨頭施工

錨桿注漿完成后待水泥砂漿強度達(dá)到設(shè)計強度的 70%立即進(jìn)行框架梁和錨頭的施工，錨頭與框架梁同時澆筑?？v向每隔 20 m 設(shè)伸縮縫一條，縫寬 2 cm，采用瀝青麻筋填塞。伸縮縫置于兩排節(jié)點中間。

6.4 立模及澆筑混凝土

采用竹膠板作為混凝土澆筑模板，用鋼管及圓木加固。采用 C30 混凝土澆筑，由拌和站集中生產(chǎn)，攪拌運輸車運輸，人工倒運入模，插入式振搗器振搗密實。

7 結(jié)語

該段邊坡通過錨桿框架梁的施工，坡體未發(fā)現(xiàn)開裂、蠕動變形等斜坡滑移跡象，穩(wěn)定性有了明顯的提高。表明采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土格構(gòu)的錨桿框架梁加固技術(shù)，達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計效果。噴錨網(wǎng)格梁適用于黃土地區(qū)、巖質(zhì)路塹邊坡結(jié)構(gòu)面發(fā)育不良、巖體破碎，不良地質(zhì)體如淺層順層地段，軟硬質(zhì)巖互層地段等路塹高邊坡的坡面防護(hù)工程。是一種經(jīng)濟(jì)，快速，高效的防護(hù)方式，這種防護(hù)形式在高邊坡防護(hù)的領(lǐng)域中可以推廣應(yīng)用。

[1] 李海光.新型支擋結(jié)構(gòu)設(shè)計與工程實例[M].北京：人民交通出版社，2004.

[2] 程良奎，劉啟琛.巖土錨固工程技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展[M].萬國學(xué)術(shù)出版社，1996.