摘要：本文以二廣高速公路洛陽至南陽段路塹巖質(zhì)高邊坡，采取削方整形、錨桿格構(gòu)、漿砌石護(hù)坡、地表排水等加固防護(hù)工程的設(shè)計為實例，詳細(xì)闡述了錨桿格構(gòu)設(shè)計計算過程。對于巖質(zhì)高邊坡加固設(shè)計有一定的參考意義。
引言
隨著高速公路建設(shè)的不斷發(fā)展，工程建設(shè)中路塹開挖產(chǎn)生的人工高邊坡問題越來越多。如何安全經(jīng)濟(jì)、科學(xué)合理地處理好高邊坡問題，對邊坡治理本身及日后工程運營都具有十分重要的意義，同時也具有顯著的社會經(jīng)濟(jì)效益。
1邊坡工程地質(zhì)條件概述
二廣高速公路侄分水嶺至南陽段開挖有一系列巖質(zhì)邊坡，本文選取的邊坡是一個中心最大開挖深度達(dá)21m的高路塹巖質(zhì)邊坡。
1.1邊坡工程地質(zhì)條件
本高邊坡所處地貌整體為中低山地貌形態(tài)，地勢起伏較平緩。邊坡長105m坡面產(chǎn)狀為298°∠47°。該邊坡為一巖質(zhì)邊坡，巖體為變質(zhì)泥巖、變質(zhì)頁巖和變質(zhì)砂巖，這3種巖體交互發(fā)育。邊坡為大角度斜交坡，坡體為一傾向北東的單斜巖層構(gòu)造.該邊坡內(nèi)部節(jié)理較發(fā)育，共見4組節(jié)理，這些節(jié)理面分布較均勻，貫通性較差，相互間少見穿透切斷現(xiàn)象，節(jié)理面大部分延伸長度較小，多呈微張型。位于邊坡左下側(cè)還發(fā)育一條寬10cm，長20m的擠壓破碎帶。
1.2邊坡穩(wěn)定性評價
根據(jù)高邊坡地質(zhì)勘察資料和邊坡穩(wěn)定的計算，該高邊坡自北西側(cè)向南東側(cè)穩(wěn)定系數(shù)逐步增大。西北側(cè)1-1至4-4剖面目前處于極限平衡狀態(tài)，在特殊工況時，隨時可以失去穩(wěn)定。中間的5-5剖面基本工況下基本穩(wěn)定，但安全系數(shù)小于規(guī)定的安全運行安全系數(shù)。在特殊工況，邊坡處于極限平衡狀態(tài)。6-6剖面基本工況和特殊工況都能滿足規(guī)定的安全運行安全系數(shù)。南東側(cè)的7-7、8-8剖面，穩(wěn)定性較好，在基本工況時安全系數(shù)大于1.3，特殊工況下安全系數(shù)大于1.0，但小于規(guī)定的安全運行安全系數(shù)。
2邊坡加固設(shè)計
由路面向坡上，以1：0.58坡比削坡至坡頂；在高出公路6m處留平臺。平臺以采用漿砌塊石護(hù)坡；平臺以上為格構(gòu)錨桿護(hù)坡，格構(gòu)內(nèi)培土植草。
2.1削坡整形設(shè)計
清除坡體表層殘坡積土，按1：0.58坡比削至高出路面高程6m處，留出1.8m寬平臺，平臺上再按1：0.58坡比削至21m高處陡坎邊緣，每級坡高不超過15m。
經(jīng)削坡后，除剖面7-7，邊坡的穩(wěn)定性狀態(tài)在基本工況和特殊工況都得到提高，但安全安全系數(shù)還未到達(dá)規(guī)定的安全運行安全系數(shù)，必須通過錨固工程來提高邊坡安全系數(shù)[1]。
2.2錨桿設(shè)計
在平臺以上采取錨桿格構(gòu)支護(hù)。格構(gòu)的縱梁水平間距3m；縱梁之間設(shè)置弧形鋼筋混凝土橫梁，間距為3m。在格構(gòu)梁的交點設(shè)置錨桿。格構(gòu)縱梁上設(shè)縱向排水溝，在框格之間植花種草，美化環(huán)境。
2.2.1錨桿設(shè)計計算[2]
?、賻r石側(cè)壓力計算：
式中：ehk——巖石側(cè)向壓力水平分力標(biāo)準(zhǔn)值（kN/m2）；
Ehk——巖石側(cè)向壓力合力水平分力標(biāo)準(zhǔn)值（kN/m）；
H——邊坡高度（m）。
=257/（0.9×23）=12.42kN/m2
②錨桿所受水平拉力計算：
Htk=ehk×sxj×syj
式中：Htk——錨桿所受水平拉力標(biāo)準(zhǔn)值（kN）；
sxj——錨桿的水平間距（m）；
syj——錨桿的垂直間距（m）
根據(jù)工程類比，初步擬定錨桿橫向間距和縱向間距均為3m，坡率1：0.58則syj=2.3m。=ehk×sxj×syj=12.42×3×2.3=85.7（kN）
?、坼^桿軸向拉力標(biāo)準(zhǔn)值計算：
式中：Nak——錨桿軸向拉力標(biāo)準(zhǔn)值（kN）；
α——錨桿傾角（°）。
根據(jù)規(guī)范和工程類比，取α=20°。
=85.7/cos20°=91.2（kN）
?、苠^桿軸向拉力設(shè)計值計算：
式中：Na——錨桿軸向拉力設(shè)計值（kN）；
——荷載分項系數(shù)，取1.3。
=1.3×91.2=118.6（kN）
⑤錨桿鋼筋截面面積計算：
式中：As——錨桿鋼筋截面面積（m2）；
——邊坡工程重要性系數(shù)，取1.0；
——錨筋抗拉工作條件系數(shù)，永久性錨桿取0.69；
——錨筋抗拉強(qiáng)度設(shè)計值（kPa）。
根據(jù)規(guī)范，采用二級鋼筋。
=118.6/(0.69×290000)=0.0005927（m2）
選用φ28Ⅱ級鋼筋。
⑥錨固段長度
式中：——錨固段長度（m）；
——錨固體直徑（m）；
——地層與錨固體粘結(jié)強(qiáng)度特征值（kPa）；
——錨固體與地層粘結(jié)工作條件系數(shù)，取1.00；
——錨桿直徑（m）；
——鋼筋根數(shù)；
——鋼筋與錨固砂漿間的粘結(jié)強(qiáng)度設(shè)計值（kPa）；
——鋼筋與砂漿粘結(jié)強(qiáng)度工作條件系數(shù)，取0.60。
=91.2/(3.14×0.1×150)=1.93（m）
=118.6/(0.6×1×3.14×0.028×2100)=1.07（m）
取≥1.93m
2.2.2錨桿構(gòu)造設(shè)計
根據(jù)計算和規(guī)范要求，設(shè)計錨桿縱向、橫向間距均為3m，設(shè)在格構(gòu)交點處。錨桿直徑φ28mm，錨桿長度8m，錨固體直徑100mm。
2.3格構(gòu)設(shè)計
2.3.1格構(gòu)內(nèi)力計算[3]
①縱梁內(nèi)力計算
設(shè)計錨固力118kN，作為集中力作用在梁上，按彈性地基梁計算，按風(fēng)化巖石取基床系數(shù)k=200000kN/m。坡高15m，坡比1：0.58，則坡長17.3m，格構(gòu)節(jié)點縱向間距為3m，上端伸臂長2.3m，下端伸臂長3m。
計算結(jié)果最大剪力73.6kN，最大彎矩59.1kN。
②弧形橫梁內(nèi)力計算
橫梁一方面受到錨桿作用力，一方面受到坡面回填土的下滑分力作用。在錨桿作用下產(chǎn)生的內(nèi)力和縱梁計算方法相同，回填土按弧形連續(xù)梁計算，均布荷載為10.4kN/m。
計算得：錨桿作用力產(chǎn)生最大剪力93.1kN，最大彎矩-52.1kNm（跨中上部受拉），和25.1kNm；回填土產(chǎn)生最大剪力28.5kN，跨中最大彎矩8.5kNm，支座最大彎矩－17.1kNm。
2.3.2格構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計
取梁斷面為300mm×300mm，混凝土采用C25。
?、倏v梁配筋計算
錨桿作用點處截面最大彎矩69.1，選用4φ22的Ⅱ級筋；
跨中負(fù)彎矩最大值18.9，選用2φ22的Ⅱ級筋；
按構(gòu)造要求選擇φ8@150雙肢箍筋。
經(jīng)校核滿足強(qiáng)度要求。
?、诨⌒瘟号浣?/div>
錨桿作用點處截面最大彎矩40.1，選用2φ22選用的Ⅱ級筋；
跨中負(fù)彎矩最大值25.2，選用2φ22的Ⅱ級筋；
按構(gòu)造要求選擇φ8@150雙肢箍筋。
經(jīng)校核滿足強(qiáng)度要求。
縱梁表面做排水槽，因構(gòu)造需要縱梁采用高400mm寬400mm，弧形橫梁為高400mm寬300mm，截面形式和配筋見附圖。每隔21m設(shè)置20mm伸縮縫，填塞瀝青麻筋和瀝青木板。
2.4回填種植土
所有格構(gòu)框格之間回填厚度為25cm的種植土，要求種植土壤有機(jī)質(zhì)含量高，保水保肥，通氣性能好。采用易成活、生長快、葉莖低矮的多年生草種，建議采用鼠尾草和小冠花等幾種草籽混合播種，形成良好的覆蓋層[4]。
2.5漿砌塊石護(hù)坡設(shè)計
級平臺以下采用漿砌塊石護(hù)坡根據(jù)規(guī)范和工程類比，采用底寬600mm，頂寬300mm漿砌塊石護(hù)坡。每隔5m設(shè)一漿砌塊石肋梁。在距坡底0.5m處設(shè)置3m深泄水孔，間距3m。坡面設(shè)計美術(shù)圖案。
2.6排水設(shè)計
2.6.1地表排水溝設(shè)計流量的計算該地區(qū)50年一遇最大降雨量為70.6mm即196.1L/s·公頃，100年一遇最大小時降雨量為79.4mm即220.6L/s·公頃。
試中：Qp——設(shè)計排水流量
Du——排水溝堵塞影響系數(shù)，取1.2
φ——徑流系數(shù)，取0.7
q——暴雨強(qiáng)度，取220.6L/s
F——匯水面積
地表排水溝設(shè)兩條橫向排水溝，一條縱向排水溝。第一道橫向排水溝設(shè)在邊坡頂部做截水溝，匯水面積為1.333公頃，第二道排水溝設(shè)在二級平臺處，匯水面積為0.89公頃，
將以上面積和其他確定參數(shù)代入流量計算公式可求得實際流量分別為截水溝Q1＝0.247m3/s，第二道排水溝Q2=0.165m3/s，縱溝Q2=0.412m3/s
2.6.2排水溝設(shè)計
依據(jù)設(shè)計流量，縱向排水溝截面設(shè)計為底凈寬0.4m，最小深度0.5m，頂寬0.6m梯形截面。在水流流速超過8m/s處采用溝底階梯消能，削能臺階高0.2m，寬0.3m。截水溝截面設(shè)計為底凈寬0.3m，最小深度0.5m，頂寬0.5m梯形截面；第二道排水溝以格構(gòu)底梁和二級平臺綠化帶擋墻為排水溝側(cè)壁，深0.4m，寬0.4m矩形截面。排水溝采用漿砌塊石砌筑。
3結(jié)論
本工程是典型的巖質(zhì)高邊坡加固工程，通過本加固工程的設(shè)計，得出以下結(jié)論：
（1）合理確定削方量。結(jié)合邊坡勘察工程地質(zhì)條件，科學(xué)確定削方坡比。坡緩雖穩(wěn)定，削方量將大大增加，在天然工況下達(dá)到整體穩(wěn)定，對運行安全系數(shù)不足部分通過錨固工程來提高到達(dá)。
?。?）錨桿加固工程是通過錨桿與錨固體之間的握裹力，錨固體與錨孔之間的粘結(jié)力來達(dá)到的，因此，錨孔孔徑、桿桿直徑和長度是能否達(dá)到加固目的的關(guān)鍵，必須按照有關(guān)規(guī)范，通過詳細(xì)計算來確定。
?。?）在高速公路路塹巖質(zhì)高邊坡加固工程設(shè)計中，在考慮加固邊坡穩(wěn)定的同時，要充分考慮綠化來美化環(huán)境，避免高速公路上成片的水泥灰色形成視覺疲勞。
成功提示
錯誤提示
警告提示
評論 （0）