呂 龍
(汕頭電力設(shè)計研究院,廣東 汕頭 515041)
某山地變電站站址為兩個山包交界的空闊地,滿足建站條件,但由于西南側(cè)毗鄰山包,需開挖山腳地帶。由于上部有一處大宗祖墳無法拆遷,做坡度1∶0.5的放坡即最高坡頂達(dá)到19.1m,作常規(guī)的放坡無法滿足。
邊坡分為土質(zhì)邊坡與巖土邊坡,根據(jù)《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》)GB 50330-2002)規(guī)定要求,土質(zhì)邊坡超過15m以上時,應(yīng)進(jìn)行特殊設(shè)計。且邊坡塌滑區(qū)內(nèi)或邊坡塌方影響區(qū)內(nèi)有重要建)構(gòu))筑物。安全等級為一級。在設(shè)計中采用了動態(tài)設(shè)計法。
巖土土質(zhì)如下:
⑴ 粉質(zhì)粘土:灰色,濕,可塑。
⑵ 礫質(zhì)粘性土:黃色~褐色,稍濕,可~硬塑,含較多的石英砂,為花崗巖風(fēng)化殘積土。厚度大,層厚15.51m~16.31m。標(biāo)貫擊數(shù)范圍值10.4擊~25.1擊,平均值為18.6擊。地基承載力特征值的經(jīng)驗值fak﹦210 kPa。土工試驗報告顯示:含水率ω=24.8%,孔隙率=43.8,液限ωL=37.2%,塑限ωL=22.3%。凝聚力C=18.4kPa,內(nèi)摩擦角φ=27.2°,壓縮模量Es=3.84MPa。
⑶ 強(qiáng)風(fēng)化花崗巖:黃色~褐色,巖心成碎塊狀,原巖結(jié)構(gòu)可見,部分長石已顯著風(fēng)化,此層未揭穿。層頂埋深6.00m~23.90m,層厚大于4.00m~13.80m。標(biāo)貫擊數(shù)范圍值46.2擊~84.0擊,平均值為66.0擊。地基承載力特征值的經(jīng)驗值fak=500 kPa。
綜合考慮各種因素,對以下兩種形式進(jìn)行對比分析。
設(shè)計思路:下段5m采用錨索+鋼筋混凝土墻穩(wěn)定坡腳,中段10m左右采用長8m的錨桿格構(gòu)梁+種植草灌護(hù)坡形式,上段為自然斜坡(需未削到該處),天然植被護(hù)坡。優(yōu)點:施工速度快,有望在雨季到來前完成護(hù)坡,大大減少邊坡事故風(fēng)險;缺點:對錨索的施工質(zhì)量要求高,必須保證質(zhì)量。
下段:錨索豎向布置3排,豎向間距為2.1m,分別離地0.6m,2.7m,4.8m,錨孔鉆孔直徑為130mm,錨索水平間距為2.4m,錨索長21m,其中錨固長度15m,自由長度為6m,采用5根直徑為15.2mm的高強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力鋼絞線,錨索的端頭必須牢固連接于鋼筋混凝土墻或格構(gòu)上。
中段:采用長8m的錨桿+格構(gòu)+種植草灌護(hù)坡,主要功能是防止雨水滲入軟化坡體,抑制邊坡巖土體內(nèi)的裂縫形成與發(fā)展。若該級坡高(采用錨桿格構(gòu)梁形式)大于9m時,自下而上第二、第三排錨桿改為錨索。防止滑移面出現(xiàn)。
上段:屬于自然邊坡,坡率約1∶2左右,可以自穩(wěn),注意保護(hù)天然植被,以滿足護(hù)坡的需要。
同時,應(yīng)根據(jù)土質(zhì)情況與邊坡高度適當(dāng)調(diào)整設(shè)計,如錨索的長度等。
采用理正基坑計算軟件,粗略估算。計算簡圖見圖1。
圖1 錨索+錨桿計算簡圖
⑴ 主要的控制參數(shù):①采用圓弧穩(wěn)定分析方法:瑞典條分法-剛體極限平衡理論。 ②不考慮水滲透力作用。③穩(wěn)定計算目標(biāo):按安全系數(shù)計算并自動搜索最危險滑裂面。
圓弧穩(wěn)定分析法計算假設(shè)及結(jié)果如下:
條分法的土條寬度:4.000(m);搜索時的圓心步長:4.000(m);搜索時的半徑步長:1.000(m)。
最不利滑動面:滑動圓心=(-8.206,34.520)(m);滑動半徑=34.702(m);滑動安全系數(shù)=1.291。
表1 計算結(jié)果統(tǒng)計
⑵ 錨索信息: 錨索受力見表2。
表2 錨索受力
⑶ 錨索整體受力匯總
土體部分下滑力=1861.93(kN),土體部分抗滑力=2087.88(kN),錨索在滑弧切向產(chǎn)生的抗滑力=315.2(kN)??偟南禄?1861.93(kN),總的抗滑力=2403.08(kN)。
抗滑力均大于下滑力。邊坡安全穩(wěn)定系數(shù)計算結(jié)果大于1.25。能夠滿足設(shè)計要求。
設(shè)計思路:下段5m采用抗滑樁+鋼筋混凝土板穩(wěn)定坡腳,中段采用長6m~8m的錨桿+格構(gòu)+種植草灌護(hù)坡,上段為自然斜坡(未削到該處),天然植被護(hù)坡。優(yōu)點:施工質(zhì)量相對更易保證,安全度較高;缺點:施工速度很慢,在雨季到來前基本無法完成護(hù)坡,邊坡事故風(fēng)險很大。與第一種形式不同的是,下段的做法改為抗滑樁形式。
下段:采用斷面1.2m×1.5m的抗滑樁,樁懸臂長5m,入土6m(考慮到樁前水溝的不良影響,入土深度適當(dāng)加長了1m),樁水平間距4m。或考慮增加端部1道錨索。
中段:采用長8m的錨桿+格構(gòu)+種植草灌護(hù)坡,主要功能是防止雨水滲入軟化坡體,抑制邊坡巖土體內(nèi)的裂縫形成與發(fā)展。
上段:屬于自然邊坡,坡率約1∶2左右,可以自穩(wěn),注意保護(hù)天然植被,以滿足護(hù)坡的需要。
應(yīng)根據(jù)土質(zhì)情況與邊坡高度適當(dāng)調(diào)整設(shè)計,如抗滑樁的長度,或在樁頂增設(shè)一根錨桿或錨索等。
⑴ 計算簡圖,見圖2。
⑵ 主要控制參數(shù):同第一種形式要求。
⑶ 圓弧穩(wěn)定分析法計算假定及結(jié)果如下:
條分法的土條寬度:4.000(m);搜索時的圓心步長:4.000(m);搜索時的半徑步長:1.000(m)。
圖2 抗滑樁+錨桿計算簡圖
最不利滑動面:滑動圓心=(-10.446,35.320)(m);滑動半徑=36.832(m);滑動安全系數(shù)=1.291。
⑷ 抗滑樁整體受力匯總:
①總的下滑力=1987.5(kN);總的抗滑力=2565.91(kN)。
②抗滑力均大于下滑力。邊坡安全穩(wěn)定系數(shù)計算結(jié)果大于1.25。能夠滿足設(shè)計要求。
經(jīng)過對以上兩種技術(shù)方案的細(xì)致選擇,抗滑樁的施工質(zhì)量相對更易保證,安全度更高,但由于雨季來臨,采用人工挖孔樁開挖抗滑樁對施工人員的安全十分不利,且時間不等人,從采用合適的施工方法方面考慮,在設(shè)計上還是采用了第一種形式:下部錨索,上部錨桿格構(gòu)梁的做法。
下部擋墻緊挨著圍墻,中間只是隔了一道排水溝,對錨索邊坡的穩(wěn)定提出了很高的要求,一定要做好坡腳及坡頂?shù)姆€(wěn)定措施。圖3為邊坡支護(hù)橫斷面圖。從圖中可以看到邊坡距離圍墻極近。
表3 計算結(jié)果統(tǒng)計
圖3 邊坡支護(hù)橫斷面圖
⑴ 預(yù)應(yīng)力錨索:采用5?15.2高強(qiáng)低松弛鋼絞線(極限抗拉1860Mpa),錨具OVM-5型號,成套配置。錨索孔徑130mm,錨固段長度為15m,自由段長度不小于6m。錨索孔傾角 12、15、18度,注漿強(qiáng)度不小于30Mpa,單孔錨索設(shè)計值Nt=400kN(5束)。
⑵ 錨桿:本工程錨桿為全粘結(jié)型,錨桿與水平面的夾角20°,孔徑130mm,錨桿長8m,1根Φ28螺紋鋼筋,間距2.4m×2.4m;均為正方形布置、通長注漿,注漿強(qiáng)度等級M30,注漿體材料28天無側(cè)限抗壓強(qiáng)度不低于30Mpa。單孔錨桿的設(shè)計承載力不低于錨桿長度×15kN/m。
⑶ 格構(gòu)梁網(wǎng)格護(hù)面:斷面尺寸40cm×40cm,間距2.4m,成正方形布置,采用C25砼現(xiàn)澆。
⑷ 肋柱:斷面尺寸40cm×40cm,間距2.4m,成正方形布置,采用C25砼現(xiàn)澆。
⑴ 錨索工程的防銹處理。
①自由段應(yīng)除銹、刷瀝青船底漆、瀝青玻纖布纏裹二層以上,裝入套管中,套管兩端200mm長度范圍內(nèi)用黃油充填,外繞工程膠布固定;每隔3m設(shè)置一道架線環(huán)以保證鋼絞線順直,架線環(huán)采用塑料制成。張拉后封堵應(yīng)采用C30混凝土。外錨頭混凝土保護(hù)層的厚度不小于50mm。
②錨固段:架線環(huán)與緊箍環(huán)每隔1米間隔設(shè)置,緊箍環(huán)采用16號無鋅鉛絲綁扎,不少于兩圈,應(yīng)綁緊。注漿材料采用水灰比為0.40~0.45的水泥凈槳,漿體強(qiáng)度不小于30MPa。
⑵ 錨桿的防銹處理。
自由段應(yīng)除銹、刷瀝青船底漆、瀝青玻纖布纏裹二層以上。錨桿采用HRB335等級,直徑28mm鋼筋。注漿材料用水灰比為0.40~0.45的水泥凈漿,漿體強(qiáng)度不小于30Mpa。注漿完畢,錨固體達(dá)設(shè)計強(qiáng)度75%后,立模澆筑鋼筋砼格構(gòu),放置鋼墊板,上緊螺母,再立模澆筑后澆帶。錨桿全長范圍內(nèi)每間隔2m設(shè)一道船型支架,制造見詳圖。錨桿孔徑采用130mm,傾角20°,錨桿孔底端留0.5m超長段。
邊坡開挖,應(yīng)采取自上而下、分級、分段跳槽、及時支護(hù)的逆作法或部分逆作法施工,嚴(yán)禁無序大開挖作業(yè),具體分級高度、分段長度由施工單位根據(jù)巖土條件、天氣情況及施工單位的人員設(shè)備確定,必須保證開挖的坡面不坍塌。
預(yù)應(yīng)力錨索、錨桿均應(yīng)采用半逆作法施工,即是從上至下豎向分臺階鉆孔插入錨索(桿),待錨索(桿)砂漿強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度75%之后,再開挖豎梁及橫梁溝槽、立模板、綁扎鋼筋并設(shè)置錨索張拉用的套管,整體澆注C25梁、板、柱混凝土,待其達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度的80%以上時,對錨索及時張拉完成后封填外錨頭,上一級錨索格構(gòu)梁未張拉鎖定完成之前不得開挖下一級錨索格構(gòu)梁。錨索應(yīng)進(jìn)行二次高壓注漿,以保證注漿體與周邊巖土體的抗拔力。注漿壓力不小于1.0MPa,錨索(桿)應(yīng)自上而下逐排施作,開挖一排實施一排。施工下部錨索擋墻(肋柱)、及上部格構(gòu)梁均采用人工刻槽的方法:即靠土側(cè)不支模板,利用土體刻槽做底模板;為防止錨索張拉時發(fā)生變形,在有錨索節(jié)點處,若肋柱、格構(gòu)梁無法靠背土體,則需要采用低標(biāo)號混凝土填充至土體。
下部錨索擋墻頂處應(yīng)采取有效措施防止雨水滲入擋墻內(nèi)。地面排水:邊坡地面排水采用砌石排水溝,格構(gòu)梁坡頂上部設(shè)置截水溝排水。坡頂截水溝:位于坡頂以外5m或開闊地,基本上沿等高線布置,0.6m×0.6m,溝壁厚30cm,M7.5漿砌片石砌筑。排往下部排水溝引至站外。下部錨索擋墻頂處應(yīng)采取有效措施防止雨水滲入擋墻內(nèi)。
邊坡綠化:矩形格網(wǎng)內(nèi)噴播植草護(hù)坡應(yīng)由專業(yè)生態(tài)環(huán)境建設(shè)隊伍實施。
[1]GB50330-2002,建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范[S].
[2]劉興遠(yuǎn),雷用,康景文.邊坡工程—設(shè)計、監(jiān)測、鑒定與加固[M].
[3]凌天清,曾德榮.公路支擋結(jié)構(gòu)[M].
[4]華南理工大學(xué),等.地基與基礎(chǔ)[M].