板肋式錨桿擋土墻在邊坡工程中的應(yīng)用

喻衛(wèi)華

(廣州市住宅建筑設(shè)計(jì)院有限公司,廣東 廣州 510623)

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板肋式錨桿擋土墻在邊坡工程中的應(yīng)用

喻衛(wèi)華

(廣州市住宅建筑設(shè)計(jì)院有限公司,廣東 廣州 510623)

擋土墻是工程建設(shè)中常用的邊坡支護(hù)結(jié)構(gòu)之一，隨著現(xiàn)代化建設(shè)的不斷發(fā)展,邊坡支護(hù)工程日益增多,特別是在山區(qū)建設(shè)工程中,板肋式錨桿擋土墻得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。該文結(jié)合廣州地區(qū)的一個(gè)實(shí)際邊坡工程,對(duì)錨桿擋土墻設(shè)計(jì)理論進(jìn)行了探討,列舉了板肋式錨桿擋土墻設(shè)計(jì)的要點(diǎn),指出邊坡施工過(guò)程中及施工完成后的監(jiān)測(cè)對(duì)邊坡安全有重要指導(dǎo)作用。研究成果為邊坡的設(shè)計(jì)、施工提供了參考。

板肋式錨桿擋土墻；邊坡工程；應(yīng)用

1 概述

錨桿擋土墻是由鋼筋混凝土肋柱、擋土板和錨桿組成或者是由鋼筋混凝土面板及錨桿組成的支擋結(jié)構(gòu)物。一般擋土墻是靠自重來(lái)保持擋土墻的穩(wěn)定性。而錨桿擋土墻是靠錨固于穩(wěn)定土層中的錨桿所提供的拉力,以承受結(jié)構(gòu)物的擋土墻的土壓力、水壓力來(lái)保證擋土墻的穩(wěn)定[1]。

現(xiàn)代社會(huì)由于用地緊張,建筑物距離紅線(xiàn)較近的情況時(shí)有發(fā)生,特別是山地建筑,情況更為明顯,山地建筑時(shí)常距離高邊坡較近,為此需要采取有效措施來(lái)保證建筑物安全,板肋式錨桿擋土墻此時(shí)應(yīng)用較多[2-3]。板肋式錨桿擋土墻適用于邊坡高度大于12 m,石料缺乏、具備錨固條件及為減少開(kāi)挖量的挖方地區(qū)。目前我國(guó)常見(jiàn)的錨桿式擋土墻按面板結(jié)構(gòu)形式可分：板柱式、板壁式、格構(gòu)式及樁板式等。

2 錨桿擋土墻設(shè)計(jì)方法

2.1土壓力的確定

《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》( GB50330—2013)提出[4],確定巖土自重產(chǎn)生的錨桿式擋土墻側(cè)向壓力分布,應(yīng)考慮多種因素,包括錨桿層數(shù)、擋墻位移大小、支護(hù)結(jié)構(gòu)剛度和施工方法等,可簡(jiǎn)化為三角形、梯形或其他經(jīng)驗(yàn)圖形。單排錨桿的土層錨桿和填方式錨桿擋土墻,可近似按庫(kù)侖理論取為三角形分布。對(duì)于巖質(zhì)邊坡以及密實(shí)、中密砂土類(lèi)邊坡和堅(jiān)硬、硬塑狀粘土和,當(dāng)采用逆作法施工的、柔性結(jié)構(gòu)的多層錨桿擋墻時(shí),側(cè)向土壓力分布可按圖1確定。

圖1 太沙基土壓力分布示意

圖中ehk按下式計(jì)算。

對(duì)巖質(zhì)邊坡:

(1)

對(duì)土質(zhì)邊坡:

(2)

式中ehk為側(cè)向巖土壓力水平分力標(biāo)準(zhǔn)值,kN/m2；Ehk為側(cè)向巖土壓力合力水平分力標(biāo)準(zhǔn)值,kN/m；H為擋墻高度,m。

對(duì)于巖質(zhì)邊坡主動(dòng)巖石壓力修正系數(shù)β1,可根據(jù)邊坡巖體類(lèi)別按下表確定。

表1 主動(dòng)巖石壓力修正系數(shù)β1

3.2板肋計(jì)算

板肋的內(nèi)力按照豎向連續(xù)梁計(jì)算確定,根據(jù)樁底處的土質(zhì)條件和樁基入土深度,將該端點(diǎn)簡(jiǎn)化成自由、簡(jiǎn)支、嵌固等,肋柱看成支承在錨桿和地基土上的多跨連續(xù)梁,按結(jié)構(gòu)力學(xué)方法求解內(nèi)力[5]。計(jì)算采用公式為：

qi=K1σxil

(3)

式中qi為作用于肋上的荷載,kN；K1為土壓力荷載分項(xiàng)系數(shù),見(jiàn)輸入界面中的荷載系數(shù),一般為1.2；σxi為第i類(lèi)板塊計(jì)算的水平土壓力,kPa,計(jì)算時(shí)取同一跨中該類(lèi)型板最下面板塊底邊緣的水平土壓力,做為該類(lèi)型板上荷載；l為板的水平計(jì)算跨長(zhǎng)(兩肋之間的間距,m)。

3.3錨桿計(jì)算

錨桿總長(zhǎng)度為自由段、錨固段和外錨段長(zhǎng)度總和。自由段根據(jù)滑動(dòng)面與錨桿的交點(diǎn)來(lái)確定,錨固段長(zhǎng)度需計(jì)算確定。錨桿內(nèi)力計(jì)算公式為：

(4)

式中Nn為第n道錨桿所受到的軸向拉力設(shè)計(jì)值，kN；Rn為第n道錨桿拉力垂直于肋柱方向的分力，kN；α為肋柱的豎向傾角，°；β為錨桿對(duì)水平方向的傾角，°。

錨桿錨固段長(zhǎng)度計(jì)算：

(5)

式中l(wèi)a為錨桿錨固段長(zhǎng)度，m；D為錨桿成孔直徑，m；τ為錨桿錨固體與土層之間抗剪強(qiáng)度，m。

式中Nn計(jì)算時(shí)需考慮安全系數(shù)儲(chǔ)備。

3.4面板計(jì)算

擋板可視為上下兩端簡(jiǎn)支,左右兩端固定的單向板,見(jiàn)圖2。計(jì)算時(shí)按照實(shí)際土壓力情況進(jìn)行計(jì)算,即可確定擋板的配筋。

圖2 擋板計(jì)算支承條件示意

3 板肋式錨桿擋土墻應(yīng)用實(shí)例

3.1工程介紹

擬建邊坡支護(hù)工程位于廣州市花都區(qū)花東鎮(zhèn),山體植被茂盛,坡高約為0～25 m。邊坡滑塌影響區(qū)內(nèi)有3棟11層建筑物,高度34.1 m。邊坡底部離建筑物邊線(xiàn)僅1.5 m,距離較小(見(jiàn)圖3)。若邊坡垮塌,對(duì)建筑物將造成較大破壞。邊坡設(shè)計(jì)年限為50 a,屬永久性加固工程。經(jīng)綜合考慮,本邊坡工程安全等級(jí)為二級(jí),穩(wěn)定驗(yàn)算及設(shè)計(jì)安全系數(shù)按1.25考慮,支護(hù)結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)γ=1.0。

圖3 邊坡支護(hù)平面示意(單位：mm)

3.2工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件

根據(jù)鉆孔揭露,場(chǎng)地內(nèi)地基按其成因類(lèi)型自上而下分為第四系人工填土層(Qml)、第四系坡殘積層(Qdel)、泥盆系(D)沉積巖。素填土組成物主要為人工堆填的風(fēng)化殘積土,局部夾有少量強(qiáng)中風(fēng)化巖塊。第四系坡殘積層(Qdel)組成物為粘粒、粉粒,粘韌性較多,局部含坡積形成的粉砂巖質(zhì)小角礫,砂礫感較明顯,含較多碎石土。泥盆系(D)沉積巖主要分為粉砂巖、炭質(zhì)灰?guī)r。場(chǎng)地有同一風(fēng)化程度但不同的巖性相互穿插、局部地段不同風(fēng)化程度軟硬相夾現(xiàn)象。

圖4 邊坡高度所處范圍典型地質(zhì)剖面示意

本場(chǎng)地為丘陵地貌,地下水類(lèi)型主要有孔隙水、基巖裂隙水。孔隙水主要賦存在場(chǎng)地第四系底層的顆?？紫吨?一般屬潛水性質(zhì),基巖裂隙水主要賦存在風(fēng)化巖的裂隙中,該裂隙水水量較小,地下水貧乏。場(chǎng)地內(nèi)沒(méi)有明顯的含水層,各土巖層的透水性弱、富水性差。

3.3設(shè)計(jì)過(guò)程

該邊坡坡高約25 m,且坡底距離建筑物距離僅為1.5 m,建筑物為高層建筑。一級(jí)邊坡坡頂由于消防車(chē)道限制,邊坡較陡(約82°),二級(jí)邊坡坡頂由于用地紅線(xiàn)限制,邊坡也較陡峭(約75°)?？紤]到如果產(chǎn)生滑坡,對(duì)坡底建筑物將造成嚴(yán)重影響,人民群眾財(cái)產(chǎn)會(huì)有重大損失。經(jīng)綜合對(duì)比,最終決定采用安全性較高的板肋式錨桿擋土墻支護(hù)方案。

圖5為邊坡支護(hù)一典型剖面圖,從圖中可以看出邊坡主要位于全風(fēng)化巖層、強(qiáng)風(fēng)化巖層及中風(fēng)化巖層內(nèi)。

圖5 邊坡支護(hù)1-1剖面示意(單位： mm)

圖6為邊坡支護(hù)部分區(qū)段立面圖,圖中泄水孔、錨桿水平及豎向間距均為2 m,由于邊坡平面長(zhǎng)度較長(zhǎng),在支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)設(shè)置了變形縫,縫寬20 mm。縫內(nèi)用瀝青麻筋等彈性防水材料填塞,用水泥砂漿整體抹面,覆蓋縫隙。

圖6 邊坡支護(hù)立面示意(單位：mm)

圖7為錨桿及壓頂梁大樣圖，壓頂梁按構(gòu)造設(shè)置鋼筋即可。

圖7 錨桿及壓頂梁大樣示意(單位：mm)

圖8為板肋式錨桿擋土墻面板及肋柱配筋大樣。擋板可視為上下兩端簡(jiǎn)支,左右兩端固定的單向板。計(jì)算時(shí)按照實(shí)際土壓力情況進(jìn)行計(jì)算,即可確定板的配筋。肋柱根據(jù)各道錨桿處產(chǎn)生的支點(diǎn)力,按照多跨連續(xù)梁進(jìn)行計(jì)算。

擋板按照單塊矩形板進(jìn)行計(jì)算,擋板墻面、墻背橫向及豎向鋼筋采用A10@200鋼筋可滿(mǎn)足構(gòu)造及受力要求。肋柱按照多跨連續(xù)梁進(jìn)行計(jì)算,立柱角筋采用4C16,箍筋采用A8@200可滿(mǎn)足構(gòu)造及受力要求，具體配筋見(jiàn)圖8。

圖8 混凝土面板及肋柱配筋示意(單位：mm)

3.4施工難點(diǎn)及主要流程

由于現(xiàn)澆板肋鋼筋混凝土模板安裝為單邊支模,模板側(cè)壓力僅依靠間距2 m的錨桿點(diǎn)拉支撐難以滿(mǎn)足施工要求,在板肋式錨桿擋土墻200 mm厚現(xiàn)澆鋼筋混凝土板肋施工前,先在永久邊坡上用高壓噴射混凝土施工一層80～100 mm厚C20混凝土(內(nèi)層鋼筋網(wǎng)A8@50/225)以作模板，內(nèi)層鋼筋網(wǎng)的排設(shè)如圖9所示。待噴射強(qiáng)度達(dá)到70%以上時(shí)開(kāi)始板肋式支護(hù)結(jié)構(gòu)的模板混凝土施工,板肋支護(hù)結(jié)構(gòu)高度方向以2～2.5 m 為一施工段依次施工,施工縫按施工單位要求處理。

圖9 鋼絲網(wǎng)大樣示意(單位：mm)

鋼筋混凝土肋柱及面板按如下要求施工：

1) 面板的內(nèi)側(cè)鋼筋,短跨鋼筋置內(nèi)側(cè),長(zhǎng)跨鋼筋置外側(cè)；面板的外側(cè)鋼筋,短跨鋼筋置外側(cè),長(zhǎng)跨鋼筋置內(nèi)側(cè)。

2) 肋柱與面板均采用現(xiàn)澆施工。

3) 格構(gòu)梁每隔20 m設(shè)置伸縮縫兼做沉降縫,縫寬20 mm,縫內(nèi)用瀝青麻筋等彈性防水材料填塞,用水泥砂漿整體抹面,覆蓋縫隙。

4) 所有工序均須待上一工序的支護(hù)結(jié)構(gòu)達(dá)設(shè)計(jì)要求后方可進(jìn)行下一工序的施工。

3.5計(jì)算結(jié)果

圖10為根據(jù)邊坡穩(wěn)定分析程序計(jì)算出的滑動(dòng)面,其中滑動(dòng)面圓心為相對(duì)于坡腳的坐標(biāo)?；瑒?dòng)圓弧半徑為14 m,邊坡整體穩(wěn)定安全系數(shù)K=1.28,滿(mǎn)足規(guī)范要求。從圖中可知,由于全風(fēng)化巖和強(qiáng)風(fēng)化巖強(qiáng)度相對(duì)較弱,滑動(dòng)圓弧主要處于全風(fēng)化巖和強(qiáng)風(fēng)化巖層內(nèi)。邊坡支護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)需加強(qiáng)全風(fēng)化和強(qiáng)風(fēng)化巖層內(nèi)支護(hù)措施。

圖10 邊坡滑動(dòng)范圍示意

3.5監(jiān)測(cè)要求

監(jiān)測(cè)工作在邊坡施工過(guò)程中和施工完成后均具有重要意義。本工程邊坡在施工中應(yīng)進(jìn)行地表裂縫監(jiān)測(cè)、坡頂水平和垂直位移監(jiān)測(cè)及錨桿拉力監(jiān)測(cè),并應(yīng)包括邊坡影響范圍內(nèi)的建(構(gòu))筑物、管線(xiàn)監(jiān)測(cè)等。地表裂縫、水平位移、垂直位移監(jiān)測(cè)頻率每周1次,錨桿拉力監(jiān)測(cè)頻率每半月1次。竣工后的監(jiān)測(cè)尚須確認(rèn)各項(xiàng)變形已趨于收斂方可終止。邊坡支護(hù)工程竣工后的監(jiān)測(cè)時(shí)間不應(yīng)少于2 a,頻率可在每月1次。

4 結(jié)語(yǔ)

邊坡支護(hù)方案的確定必須在全面分析工程地質(zhì)條件、周邊環(huán)境的基礎(chǔ)上,從安全、造價(jià)、工期和施工工藝等方面綜合考慮,從而確定科學(xué)合理的方案。本項(xiàng)目由于建筑方案的特殊性,無(wú)法采用普通的擋土墻方案。板肋式錨桿擋土墻由于施工占地少,可減小土方開(kāi)挖量,加快施工速度,這種擋土墻對(duì)于巖石陡坡地區(qū)及挖方地區(qū)有利。與普通毛石擋土墻及鋼筋混凝土擋土墻相比可節(jié)約大量混凝土量及用地面積。項(xiàng)目現(xiàn)已完工,產(chǎn)生了良好的社會(huì)效益。對(duì)以后類(lèi)似情況的工程項(xiàng)目有一定的參考價(jià)值。

但是板肋式錨桿擋土墻也存在施工后坡面是混凝土,在美觀方面有所欠缺等問(wèn)題。設(shè)計(jì)時(shí)可結(jié)合市政及園林專(zhuān)業(yè)要求,采取合理的園林方案來(lái)美化坡面。

[1] 尉希成,周美玲. 支擋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)(第二版)[M]. 北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社, 2004.

[2] 周恒宇.錨桿擋土墻在邊坡防護(hù)中力學(xué)機(jī)理的研究 [D]. 成都:西南交通大學(xué),2010.

[3] 應(yīng)志民.錨桿擋土墻力學(xué)作用的研究 [D]. 杭州:浙江大學(xué),2006.

[4] 建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范：GB 50330—2013[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2013.

[5] 虢曙安.柱板式錨桿結(jié)構(gòu)治理高速公路路塹邊坡的理論與應(yīng)用研究 [D]. 長(zhǎng)沙:湖南大學(xué),2005.

(本文責(zé)任編輯 馬克俊)

Application of Post-Panel Bolts Retaining Wall to Slope Engineering

YU Weihua

(The Institute of Residential Architecture Design of Guangzhou，Guangzhou 510623，China)

Retaining wall is one of commonly used slope supporting structure in construction engineering. With the development of modern society, slope support engineering becomes widely-used. Post-panel bolts retaining wall are widely used, especially in mountain construction project. Combining with a practical project in Guangzhou area, design theory is discussed of anchored retaining wall. Design points of post-panel bolts retaining wall are listed, and that slope monitor is very important for slope is pointed out. It may provide certain basis to design and construction of the slope.

post-panel bolts retaining wall； slope engineering； application

2016-06-03;

2016-06-20

喻衛(wèi)華(1984),男,碩士，工程師,主要從事巖土及結(jié)構(gòu)方面的設(shè)計(jì)工作。

TU473