預應力錨索格構在國省道邊坡治理中的應用

吳沙鍔

(平塘縣交通運輸局，貴州 平塘 558300)

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預應力錨索格構在國省道邊坡治理中的應用

吳沙鍔

(平塘縣交通運輸局，貴州 平塘 558300)

首先介紹了國省道升級改造中防護工程設計和施工要點，包括擋土墻結構、邊坡防護結構以及安全保障防護，然后根據S312平塘至董架公路改造工程K28+900～K28+950路段實例探究了預應力錨索格構在國省道邊坡治理中的應用，以期增加國省道干線公路的改造力度。

預應力錨索格構；國省道邊坡治理；應用

1 工程地質概況

S312平塘至董架公路改造工程K28+900～K28+950路段網側邊坡呈階梯狀，開挖深度26m，設計坡度約45°。坡體未發(fā)現(xiàn)外傾軟弱結構面。邊坡原地形邊坡較緩，呈階梯狀，場地不存在深層滑坡，整體穩(wěn)定。根據邊坡開挖后狀態(tài)，取天然快剪計算時求得剖面穩(wěn)定性系數(shù)Ks=1.06；取飽和快剪計算時求得剖面穩(wěn)定性系數(shù)Ks=0.93。根據地質分析，本工程邊坡需采取必要的防護措施。

2 邊坡防護形式的選定

2.1 工程升級改造中防護概述

2.1.1 擋土墻結構

(1)重力式擋土墻。重力式擋土墻可以依靠自身重力作用平衡土體，結構形式簡單、施工便捷。根據墻背型式的不同，可以將其分為普通重力式擋墻、不帶衡重臺的折線墻背式重力擋墻和衡重式擋墻。(2)錨定式擋土墻。錨定式擋土墻是一種輕型的擋土墻，擋土墻墻面是由擋土板以及混凝土立柱所構成的，擋土墻墻面與鋼錨桿相互結合，能夠有效支擋土體，提高土體的整體性和穩(wěn)定性。(3)加筋土擋土墻。加筋土擋土墻主要是由填土、填土中的拉筋條以及墻面板這三個部分組成的，能夠通過填土與拉筋間的摩擦，有效削減土的側壓力，穩(wěn)定土體。2.1.2 邊坡防護結構

(1)植物防護。①種草防護，種草防護適用于邊坡比較穩(wěn)定，有利于草類生長的邊坡。②鋪草皮，在一些國省道邊坡施工中，需要快速形成綠化帶，此時可以使用鋪設草皮的方式進行邊坡防護治理。(2)工程防護。①預應力錨索框格防護適用于已經發(fā)生風化作用的邊坡治理中。②常見的邊坡防護封面，主要有捶面、噴射混凝土、抹面等形式。(3)護面墻。通常情況下，護面墻可以被分為很多類型，包括窗孔式、實體式等等，在實際應用中，護面墻適用于邊坡面易受損的土質邊坡以及軟質巖層中，值得注意的是，必須確保其符合穩(wěn)定邊坡條件，才能體現(xiàn)出應用效果。(4)錨桿鋼絲網噴漿護坡。錨桿鋼絲網噴漿護坡主要適用于直面為碎裂結構的硬巖中。(5)土工織物防護。該防護形式可以被分為掛網式坡面防護以及土工織物復合植被防護兩種。在邊坡懸掛土工網，可以有效截留落石，并將其引導至其他地區(qū)；而坡面防護中三維土網植被防護一般適用于邊坡高度低于3m的邊坡防護中。

2.1.3 安全保障防護

(1)混凝土護欄?；炷磷o欄按構造可分為F型號、單坡型、加強型三種，應根據路側危險情況選用。(2)波形護欄。鋼筋混凝土護欄主要是在路基下邊坡特別危險路段進行安全防護，而波形梁鋼護欄則主要是應用在一般危險路段。(3)鋼索護欄。纜索護欄由立柱、托架、纜索、卡具、錨具等組成。纜索不影響綠化帶的生長，可使護欄與植樹防眩很好地融合在一起，即美化了公路，又有安全保障。

2.2 本工程邊坡防護方式選定

在S312平塘至董架公路改造工程K28+900～K28+950路段護欄形式的選擇上，綜合考慮施工現(xiàn)場的實際情況以及相關規(guī)定，確定將本段設置為預應力錨索框架形式。預應力錨索框架形式的應用具有施工成本低、施工便捷、可以獨立使用等優(yōu)點，而且有利于節(jié)約施工材料，能夠有效控制巖土體變形，調整巖土體的穩(wěn)定性，生態(tài)保護性能較高。

3 國省道邊坡防護預應力錨索框架的計算

3.1 錨索拉力計算

(1)對于滑坡推力的設計計算

E=KWisinαi+Ei-1[cos(αi-1-αi)-sin(αi-1-αi)tanφi]-Wicosαitanφi-CiL

①

在公式①中，K表示在設計過程中必須考慮到的安全系數(shù)；Wi表示第i條滑塊的重量大小，kN/m；αi和αi-1分別表示第i條和第i-1條塊滑塊在邊坡位置的傾角；φi表示第i-1條塊在邊坡滑面中的摩擦角；Ci表示第i-1條塊所在邊坡滑面的單位粘聚力，kPa；L表示第i條塊所在邊坡滑面長度大小。

(2)①式中只有Ci和φi是未知數(shù)。

(3)滑坡推力的安全系數(shù)K一般取1.05～1.25。

(4)錨索拉力

T=Ecosα/cosβ

②

式中：E為滑體的整體下滑力；α為滑體面傾角大??；β為錨索與水平位置的夾角大小。

3.2 格構內力計算

預應力錨索結構在國省道邊坡治理中的實際應用過程中，通?？梢詫㈠^索格構簡化成受均布荷載的剛性梁，其計算簡圖如圖1(a)所示

圖1 錨索格構計算簡圖

本工程設計中各點的錨索拉力均相等，選擇對稱機構進行設計計算，計算步驟如下所示。

(1)選擇對稱結構A，通過錨索拉力計算地基反力q的具體數(shù)值。

q=p/A

③

A=(L1+L2+b)×a+(L3+L4)×b

④

式中：A為單元體的占地面積；P為錨索拉力大小。

(2)格構內力的設計計算。

⑤

中心O點彎矩值計算：

⑥

橫梁的最大彎矩同樣位于錨索拉力的作用點位置：

⑦

中心點彎矩值計算：

⑧

通過上述公式，能夠準確計算出彎矩，通過計算結果，綜合考慮構造設計要求，科學合理的設計格構橫梁和豎肋配筋大小。

4 國省道邊坡工程防護治理措施

在邊坡過程防護治理開始前，首先需要綜合考慮國省道邊坡工程的實際情況再進行設計計算，確定具體的加固方案，在國省道線路的一、二、三級邊坡坡面上布置排預應力錨索，錨索的長度為15m，錨索的間距為3m，豎直間距為2.7m，錨固長度為8m，錨索傾斜角15°，鉆孔直徑為Φ130mm。在錨索端部設置格構提供反力，豎梁和衡梁的截面尺寸均為0.4m×0.4m，采用C25現(xiàn)澆混凝土。

(1)施工準備。在施工前準備好施工機具設備，包括注漿泵、內燃空壓機、千斤頂、灰漿攪拌機等。

(2)鉆孔。在錨索結構的鉆孔過程中，一般使用干鉆的方式，通過這一施工形式，能夠確保邊坡的地質環(huán)境不會惡化，有利于提高孔壁的粘結性。

(3)清孔。鉆孔完成后，用清水沖洗，清理積水。

(4)錨索編制。對于錨固段架線環(huán)以及緊箍環(huán)的設置，應該確保間隔1m，在自由段需要間隔2m設置好架線環(huán)。

(5)下錨。在下錨過程中，應該緩緩送入錨索，確保錨索在孔內不會發(fā)生彎曲變形。

(6)內錨固段注漿。在施工過程中確保一次澆筑完成，并且使用注漿管泵送灌注。

(7)安裝錨固板。根據工程的實際情況安裝錨固板。

(8)張拉鎖定。具體的施工工序為：錨具安裝一次張拉二次張拉鎖定。

(9)二次注漿、封閉錨頭。當完成好錨索張拉定后，就可以進行灌漿施工工序。其中，灌漿壓力應該大于0.6；回漿比重應該大于進漿比重。錨索在張拉鎖定，以及完成封孔灌漿后，就應該及時清洗鋼絞線以及錨索，為了保證錨頭質量，應該使用混凝土材料對錨頭進行封閉保護。

5 結 語

綜上所述，預應力錨索格構作為新興的施工結構具有施工成本較低、施工速度較快等有點，而且對于坡體本身不會產生較大干擾。另外，還可以使用土工網和局部噴射混凝土，加強巖面封閉，有利于邊坡表層保護和美化環(huán)境。

[1] 葛新輝.預應力錨索格構梁復合結構在邊坡治理中的應用[J].福建建筑，2013，(5)：74-75.

[2] 張永平.預應力錨索在巖土邊坡工程治理中的應用[J].建筑工程技術與設計，2015，(4)：163-164.

[3] 王宏貴，赫曉光.壓力分散型預應力錨索在邊坡治理工程中的應用[J].科技視界，2014，(2)：110.

2016-04-01

吳沙鍔(1977-)，工程師，從事公路建設方面研究。

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