摘要：隨著我國(guó)現(xiàn)代化建設(shè)事業(yè)的不斷發(fā)展，公路、鐵路和建筑工程的大規(guī)模修建，使得建設(shè)項(xiàng)目中的高邊坡等巖土工程項(xiàng)目急劇增加。而如何解決高邊坡與復(fù)雜的地形地質(zhì)條件之間的矛盾已成為亟待解決的問(wèn)題。近年來(lái)錨桿技術(shù)的發(fā)展，已在邊坡支護(hù)、圍巖錨定、滑坡整治、洞室加固、基坑支護(hù)等工程中廣泛應(yīng)用，具有安全、實(shí)用、經(jīng)濟(jì)等特點(diǎn)。其中錨桿擋土墻也在鐵路、公路及建筑工程中大量應(yīng)用，使用情況良好。因此錨桿擋土墻在高邊坡防護(hù)上有著廣闊的應(yīng)用前景。
現(xiàn)在我市城市工程的建設(shè)，已從中東部的舉水河沖積平原發(fā)展到西部的丘陵地帶，由于建設(shè)場(chǎng)地的限制，工程建設(shè)中不可避免地要出現(xiàn)一些高邊坡。特別是針對(duì)由于場(chǎng)地平整，位于山坡上的高處路基臨近陡峭地形，如不設(shè)擋墻，路基邊坡高達(dá)十幾米，無(wú)法保證建設(shè)工程本身使用安全、路基的穩(wěn)定和安全，因此應(yīng)進(jìn)行邊坡支護(hù)。由于早期笨重的重力式圬工擋土墻工程量巨大，不僅不經(jīng)濟(jì)，同時(shí)也因其自重較大，地質(zhì)因數(shù)考慮較高，本身就存在有不利因數(shù)，高邊坡支護(hù)一般宜采用錨桿擋土墻。錨桿擋土墻與一般重力式擋土墻相比，墻高可不受限制，可改善施工條件，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)擋護(hù)工程的機(jī)械化、裝配化，施工比較靈活、方便。所以，在一些困難地段采用新型的錨桿擋土墻也就變得很有必要了。
1.錨桿擋土墻應(yīng)用的局限性
目前擋土墻的設(shè)計(jì)方法一直沿用庫(kù)倫土壓力理論和公式計(jì)算出作用于墻背的土壓力。雖然庫(kù)倫土壓力理論具有計(jì)算簡(jiǎn)便較能適用各種復(fù)雜情況和計(jì)算結(jié)構(gòu)較接近實(shí)際等優(yōu)點(diǎn)，但庫(kù)侖土壓力理論有其適用范圍。庫(kù)倫土壓力理論僅適用剛性擋土墻。對(duì)于錨桿式擋土墻，由于墻后巖土層中錨桿的存在，造成比較復(fù)雜的受力狀態(tài)，土壓力計(jì)算至今沒有得到較好的解決。目前設(shè)計(jì)中大多仍按庫(kù)倫土壓力理論進(jìn)行近似的計(jì)算。對(duì)在國(guó)內(nèi)修建錨桿擋土墻成功的例子進(jìn)行調(diào)查，實(shí)施二級(jí)錨桿擋土墻成功的較多，而三級(jí)錨桿成功的例子較少。再結(jié)合本人所設(shè)計(jì)的錨桿擋土墻均在二級(jí)以內(nèi)，并且都極為成功。為了不給工程留下安全隱患，本人推薦選用二級(jí)錨桿擋土墻，最大高度不超過(guò)15m。
2.地質(zhì)條件
麻城市思源學(xué)校是麻城市教育局重點(diǎn)學(xué)校，擬建場(chǎng)地為剝蝕殘丘和山間沖溝地貌，整平后學(xué)校教學(xué)區(qū)場(chǎng)地地面高程為60.00m，而學(xué)校院墻外地面高程分別介于65.00-72.00m，最大高差12m，緊鄰東院墻為通村公路，緊鄰北院墻為金盛路，是規(guī)劃中的一條主要街道。由于場(chǎng)地條件限制，不可能采取放坡，又必須保證學(xué)校使用安全和周邊道路的安全，學(xué)校和我公司經(jīng)幾種方案比較，優(yōu)選采用錨桿擋土墻處理。
在邊坡開挖范圍內(nèi)主要土層分述如下：
含礫粉質(zhì)粘土（Qal+dl）：
灰黃-黃褐色，硬塑。含有高嶺土團(tuán)塊時(shí)呈淺灰色。含有少量卵礫石，粒徑1-6cm，含量5-15％，次圓狀。屬中壓縮性土層。
強(qiáng)風(fēng)化礫巖（K-E）：
紅褐-淺紫紅色，中粗粒結(jié)構(gòu)，泥質(zhì)膠結(jié)，塊狀構(gòu)造。粒徑0.2-2cm，含量15-20％，卵石多為片麻巖質(zhì)、石英質(zhì)，次圓狀。巖芯破碎手捏能破碎成顆?；蛩閴K狀，巖石遇水較易軟化，具軟質(zhì)巖石的特征。
3.擋結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)
3.1錨桿式擋土墻方案。
(1)錨桿采用強(qiáng)度等級(jí)為1860MPa的鋼鉸線，間距2500mmx2000mm(垂直x水平)，錨桿成孔直徑為130mm，水平傾角為20o。
(2)面層采用澆灌C20混凝土，邊坡上部、下部厚度均為200mm，內(nèi)配雙層鋼筋網(wǎng)。
(3)框架柱梁截面尺寸為400mmx400mm，亦采用澆灌C20混凝土。錨桿設(shè)置于水平框架梁與豎向框架梁的交點(diǎn)。
(4)框架梁底部設(shè)置基礎(chǔ)梁，以支承框架梁重量。
(5)對(duì)于局部坡體為中風(fēng)化礫巖，采用巖釘支擋。巖釘采用1Φ28鋼筋，間距2500mmx2000mm(垂直x水平)，成孔直徑為100mm，長(zhǎng)度為4m。水平傾角為15o。面層采用現(xiàn)澆C20混凝土厚100mm。
(6)豎向框架梁在坡頂?shù)膽冶鄄糠?，懸臂高度大?.5m時(shí)，構(gòu)造上設(shè)置一排土釘以限制坡頂變形。土釘采用1Φ28鋼筋，水平間距2000mm，成孔直徑為100mm，長(zhǎng)度為12m，水平傾角15o。
(7)錨桿端部采用現(xiàn)澆C20混凝土錨墩進(jìn)行防腐包裹，錨墩尺寸為250mmx250mmx200mm。
(8)框架梁方格中心設(shè)置Φ75PVC泄水管，泄水管長(zhǎng)度為1000mm。
(9)面層及框架梁每隔20m設(shè)置一條豎向的伸縮縫，縫寬70mm。
3．2支擋結(jié)構(gòu)上的力系
支擋結(jié)構(gòu)上的力系可分為三部分：恒載(永久荷載)，包括主動(dòng)土壓力和擋土結(jié)構(gòu)自重；活載(可變荷載)，主要為地面附加荷載產(chǎn)生的側(cè)壓力；偶然荷載(地震作用)，包括地震水平荷載和垂直荷載。
3.3土壓力計(jì)算
土壓力計(jì)算采用庫(kù)倫土壓力理論。地震情況下采用物部岡部法計(jì)算地震主動(dòng)土壓力，按7度設(shè)防。
3.4支擋結(jié)構(gòu)計(jì)算
(1)面層按支承于框架梁上的雙向板按彈性理論進(jìn)行計(jì)算。
面板上的永久荷載為主動(dòng)土壓力，分項(xiàng)系數(shù)取1.2。
活荷載為地面附加荷載產(chǎn)生的側(cè)壓力，分項(xiàng)系數(shù)取1.4。
面板上的三角形分布荷載按固端彎矩相等的原則化簡(jiǎn)為均布荷載。
(2)錨桿力取豎向連續(xù)梁和水平連續(xù)梁的梁端剪力之和。
錨桿力確定之后，就可進(jìn)行錨桿體選筋及錨固段長(zhǎng)度的確定。
因工程錨桿破壞后果嚴(yán)重，且有公共安全問(wèn)題，按《土層錨桿設(shè)計(jì)與施工規(guī)范》(CECS22：90)取錨桿的安全K=2.2。同時(shí)，在錨桿體選筋計(jì)算時(shí)應(yīng)適當(dāng)考慮錨桿體銹蝕的影響。
(3)基礎(chǔ)梁按柱下條型基礎(chǔ)計(jì)算。
(4)抗震驗(yàn)算
該工程所在地設(shè)防烈度為6度，考慮到教育工程，提高到7度，同時(shí)考慮水平地震作用與垂直地震作用。水平地震系數(shù)KH=0.1，垂直地震系數(shù)KV=2/3KH=1/15。地震產(chǎn)生的側(cè)壓力增量的分項(xiàng)系數(shù)取113。地面附加荷載產(chǎn)生的側(cè)壓力不參與組合。
抗震驗(yàn)算包括：面層的抗震驗(yàn)算、連續(xù)梁的抗震驗(yàn)算、錨桿的抗震驗(yàn)算。
(5)分層開挖的整體穩(wěn)定性按Bishop條分法驗(yàn)算。每步開挖時(shí)均應(yīng)計(jì)算整體穩(wěn)定性。要求每步開挖時(shí)整體穩(wěn)定安全系數(shù)大于1.25。邊坡開挖到底時(shí)整體穩(wěn)定安全系數(shù)大于1.
(6)擋土結(jié)構(gòu)的位移采用三節(jié)點(diǎn)有限單元法計(jì)算。計(jì)算時(shí)將土體視為均質(zhì)連續(xù)的線彈性體。
4.支擋結(jié)構(gòu)施工
本工程施工歷時(shí)3個(gè)月，土方開挖及邊坡支擋結(jié)構(gòu)施工過(guò)程中對(duì)邊坡位移進(jìn)行了監(jiān)測(cè)。坡頂?shù)某两当O(jiān)測(cè)值均小于10mm。坡底的隆起值則遠(yuǎn)小于計(jì)算值，分析原因可能是下部土體的回彈模量取值偏小，建議計(jì)算坡底隆起時(shí)將坡底部的回彈模量適當(dāng)增大。邊坡的水平位移監(jiān)測(cè)值最大為40mm遠(yuǎn)大于計(jì)算值。分析原因如下：水平位移發(fā)展最快時(shí)均在錨桿的注漿期間，在注漿后一至兩天內(nèi)，坡頂均出現(xiàn)肉眼可見的裂縫。即水平位移主要由注漿施工引起，注漿施工完成后坡頂裂縫立即收斂。在注漿施工過(guò)程甚至出現(xiàn)坡頂冒漿的現(xiàn)象。建議在邊坡土體裂縫較發(fā)育的土層，計(jì)算坡頂水平位移時(shí)適當(dāng)考慮注漿施工的影響。本邊坡從施工完成至今一直未發(fā)現(xiàn)任何問(wèn)題，坡體的位移發(fā)展已幾乎完成。錨桿的預(yù)應(yīng)力變化也已趨于穩(wěn)定。
5.在巖石中設(shè)置描桿需注意的問(wèn)題
灰漿和巖石之間的容許粘著力取決于完整巖石的抗壓強(qiáng)度、巖石中節(jié)理和裂縫的尺寸間距，受鉆頭影響的巖石的銷結(jié)性，以及巖孔表面的潔凈度。大直徑或?qū)捄竦膱@環(huán)空間，由于灰漿收縮減弱粘著力。如果采用膨脹性砂漿，則能取得較好效果。
在設(shè)計(jì)錨桿時(shí)，灰漿和巖石的粘著力是關(guān)鍵因素，寧可增加錨固長(zhǎng)度而不增加鉆孔的直徑，以便獲得應(yīng)有一的容許值。
在硬巖石中，錨桿的最大拉伸發(fā)生在粘著段的頂部，致使錨桿與巖石頂部發(fā)生局部粘著力破壞，引起巖石小錐體被拉出，其結(jié)果使相繼破壞向下伸展到錨固的底部。為避免上述現(xiàn)象發(fā)生，一般在國(guó)外采用在錨桿上都加護(hù)套，來(lái)阻止巖石錐體拔出，同時(shí)，整個(gè)灰漿柱體受壓，從而使柱體和周圍的巖石粘結(jié)起來(lái)發(fā)揮抗拔作用。
設(shè)置錨桿時(shí)要注意巖層水平分層狀態(tài)，傾斜層理面和層理裂縫方向，巖層厚薄相間影響等。
結(jié)論
(1)邊坡采用錨桿式擋墻支擋結(jié)構(gòu)，并采用上述的計(jì)算方法是可行的。
(2)面層和框架梁均采用澆灌混凝土既方便施工又節(jié)省工程造價(jià)。
(3)永久性邊坡應(yīng)考慮抗震的影響。
(4)邊坡穩(wěn)定性計(jì)算采用Bishop條分法是可行的。
(5)考慮邊坡耐久性的要求，框架梁的裂縫寬度應(yīng)≤0.2mm。
(6)邊坡的位移計(jì)算應(yīng)考慮施工因素的影響。
總之，錨桿擋土墻具有用料省、占地少、功效快、施工方便，錨桿對(duì)邊坡的擾動(dòng)小；預(yù)應(yīng)力錨桿可控制結(jié)構(gòu)的變形等優(yōu)點(diǎn)，隨著錨桿技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，錨桿擋土墻將在鐵路、公路路基工程及建筑工程等巖土工程中將得到更廣泛的應(yīng)用。
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