崔洪海

(吉林省公路勘測設(shè)計院,長春 130021)

框架錨桿防護在高速公路路基防護上的應(yīng)用

崔洪海

(吉林省公路勘測設(shè)計院,長春 130021)

針對吉林省圖們地區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜的特點,以在建《圖們至琿春段高速公路》第二設(shè)計段K351+790～K352+000段深挖方路基出現(xiàn)的邊坡滑塌病害為例,通過對路基邊坡進行穩(wěn)定性驗算,擬定了以框架配合錨桿為主,綠霸、客土噴播為輔的路基邊坡防護、綠化相結(jié)合的具體工程措施.并通過實際工程驗證,取得了較為滿意的實際效果.

路基邊坡穩(wěn)定性;最大滑坡推力;框架錨桿防護

0 引 言

隨著我國公路建設(shè)的快速發(fā)展,公路項目逐漸由城市密集區(qū)向邊遠山區(qū)延伸.目前許多在建公路項目需要穿越地形地貌起伏較大的山區(qū),尤其是高等級公路,平面線形及縱坡等指標要求較高,部分地段需要開挖橫坡較陡的山體或山坡地.山體的開挖坡率和邊坡防護型式選定關(guān)系到占地、土石方、坡面防護綠化等工程數(shù)量,直接影響工程造價,并直接關(guān)系到路基邊坡的穩(wěn)定、公路的安全運營和使用效果.隨著公路環(huán)保、綠化和景觀意識的不斷提高,在山區(qū)高速公路工程中根據(jù)地質(zhì)條件采取適宜的邊坡防護型式顯得尤為重要.

1 工程概況

圖們至琿春段高速公路是同江至三亞國道主干線長春至琿春支線的一部分,公路位于吉林省東部延邊朝鮮族自治州的圖們市和琿春市境內(nèi),是內(nèi)陸通往圖們江地區(qū)的主要通道.

本項目處于東北東部山地濕潤季凍區(qū),年平均降水量圖們?yōu)?04mm,歷史日最大降水量為105.3mm.初雪10月中旬,終雪在豎年 4月.歷年最大凍深2 m,春季干旱多大風(fēng),春融期一般在4～5月上旬.夏季炎熱多雨,每年7～8月為雨季,日極端最高氣溫37.6℃,最大風(fēng)速大于20 m/s,風(fēng)向西北偏西.秋季晴涼,冬季嚴寒,歷史最大積雪58cm.

該區(qū)域沖溝發(fā)育,雨季溝內(nèi)有少量水流,冬季干枯無水.另外本段路基附近有3處泉水出露,水量較大.

該區(qū)域地質(zhì)主要為中生界白堊系大砬子組底層,主要巖性為泥巖,泥巖砂巖互層狀產(chǎn)出.上覆第四系地層,主要為粘土、碎石土及粘土夾碎石.地下水主要以層滯水和基巖裂隙水為主,水量不大,流通性差.

圖們至琿春段高速公路第二設(shè)計段K351+790～K352+000段挖方,原地面橫坡較大(57.8%),按正常開挖斷面左側(cè)最大挖深34 m,原設(shè)計左側(cè)為路塹擋墻(高12 m),在施工中發(fā)現(xiàn)地質(zhì)資料與實際差異較大,施工中(開挖至距設(shè)計高5 m處)開挖坡面發(fā)生大面積碎落、滑塌現(xiàn)象,原設(shè)計已不能滿足正常施工要求.

另外本項目前期征地拆遷工作已經(jīng)完成,如果放緩邊坡對自然植被破壞極大,如不采用快捷合理的施工方案將嚴重影響本項目的通車時間.施工期很快就要進入雨季,雨水的增長又可能加劇滑塌趨勢,鑒于以上情況經(jīng)各方研究決定根據(jù)現(xiàn)有狀況采取適宜的工程措施進行處理.

2 分析計算

由于坡面已開挖距設(shè)計高僅5 m處,首先根據(jù)補充《工程地質(zhì)勘察報告》(表層覆植土0.3 m,0.4～5 m為全風(fēng)化花崗巖,砂土狀;5 m以下為強風(fēng)化花崗巖,碎塊狀,風(fēng)化嚴重.具體參數(shù)略)及施工現(xiàn)狀,對該段現(xiàn)開挖狀態(tài)的路基穩(wěn)定性進行了分析計算,經(jīng)計算原擋墻不滿足抗滑穩(wěn)定要求.

2.1 最不利圓弧滑動面的確定[1].

利用費倫紐斯方法、泰勒法一和泰勒法二分別計算最不利圓弧滑動面,得到不同滑面的最危險滑動面的圓心,據(jù)此計算相應(yīng)的邊坡穩(wěn)定系數(shù),經(jīng)試算得出對應(yīng)最小穩(wěn)定系數(shù)的最不利圓心位置和滑動半徑R=88.17 m及最不利滑動面.將土體劃分為單元土條,按條分法劃分截面,用Bishop簡化法作最不利滑動面進行驗算.公式如下:

式中 :mai=cos ai+tan φisin ai/K

同上方法分別試算滑動半徑R=83、90、100、88.17、92.06 m時的圓弧滑動面,分別得到k值(見表1),確定Kmin=0.96時對應(yīng)的最不利圓弧滑動面位置.

表1 最不利圓弧滑動面位置

2.2 滑體推力計算[1]

根據(jù)費倫紐斯法得到的最不利滑動面,按條分法計算滑坡推力.公式如下:

計算得到滑坡推力E=372.49 kN/m.

2.3 錨固體設(shè)計計算[2]

2.3.1 錨固力計算

擬采用錨桿加固邊坡方案,錨桿尺寸及布置見圖1.

式中:Pd——設(shè)計錨固力(kN);

E1——下滑力(kN);

φ——滑動面內(nèi)摩擦角(kN);

α——錨索與滑動面相交處內(nèi)滑動面傾角;

β——錨索與水平面夾角;

計算得:Pd=1011.52(kN)

Pd′=1011.52/4=252.88(kN/根)

錨固力取260 kN/根控制設(shè)計.

2.3.2 預(yù)應(yīng)力錨桿錨固段長度的確定

(1)預(yù)應(yīng)力錨桿截面積的確定

擬采用 Φ 32精軋螺紋鋼筋,A-錨桿體截面面積;安全系數(shù)K=2.5;錨桿體材料抗拉強度標準值Fptk=930MPa.

鋼筋直徑的計算:

A=KPd′/Fptk=6.989 ×10-4(m2)

As=8.03×10-4(m2)

As＞A,故采用 Φ 32精軋螺紋鋼筋滿足要求.

(2)地層與注漿體之間的粘結(jié)長度驗算

安全系數(shù)K=2.5;條件系數(shù)ξ 1=1.0;錨固段鉆孔直徑D=0.12 m;地層與注漿體間粘結(jié)強度 fr b=380 kPa.

Lr ≥K Pd′/(ξ1π D frb)=4.54 m

(3)注漿體與錨桿體之間的粘結(jié)長度驗算

安全系數(shù)K=2.5;條件系數(shù)ξ=0.6;錨固體材料直徑D=0.032 m;注漿體與錨桿體間粘結(jié)強度fb=2400 kPa.

Lg ≥KPd′/ξ1nπ dg fb=4.49 m

綜合以上計算結(jié)果,得知錨固長度 L≥Max{4.54,4.49}=4.54 m,錨固長度取5 m.

3 具體工程方案

圖1 K351+940錨桿分布置橫斷面圖

圖2 預(yù)應(yīng)力錨桿大樣圖

根據(jù)式:

結(jié)合《新理念公路設(shè)計指南》中深挖方路基邊坡防護示例,采用K351+790～K351+862段邊坡放緩(放緩至1∶1.25),坡面綠化采用TBS掛網(wǎng)客土噴播;K351+862～K352+000段防護型式改為一～二級框架錨桿防護,框架錨桿內(nèi)(部分)設(shè)8cm噴射混凝土噴層,覆蓋綠霸,上方坡面維持不動,坡面綠化采用TBS掛網(wǎng)客土噴播.

3.1 框架錨桿施工工序及技術(shù)要求[3]

(1)框架錨桿施工順序自上而下,邊開挖邊錨固,縱向每6 m設(shè)置一道伸縮縫.

(2)按變更設(shè)計圖紙開挖坡面開挖到位后(不得再次超挖),在設(shè)計開挖坡面的基礎(chǔ)上對于框架梁的位置應(yīng)繼續(xù)開挖20cm槽,對已超挖部分回填漿砌片石.

(3)在對應(yīng)錨桿處鉆孔、安裝錨桿及注漿管(應(yīng)一起放入)、施工框架梁(使框架落座于槽內(nèi) 20cm)、注漿 、張拉 、封錨.

(4)錨桿工程具體要求如下:

①錨桿的孔徑D=12cm,錨桿采用 Φ 32精軋螺紋鋼筋(JL),預(yù)應(yīng)力鋼筋抗拉強度標準值fpk=930MPa,錨桿與開挖坡面垂直;

②鋼筋接長:應(yīng)采用機械連接,符合《鋼筋機械連接通用技術(shù)規(guī)程》(JGJ 107-2003)的規(guī)定;

③錨固段長度:應(yīng)錨入設(shè)計最不利滑動面不小于8米;

④施工前錨桿錨固應(yīng)進行性能試驗,性能實驗錨桿數(shù)量為3根(張拉力為設(shè)計值的2.2倍,即462 kN).施工完后應(yīng)進行驗收試驗,驗收試驗錨桿的數(shù)量為錨桿總數(shù)的5%,且不少于5根(試驗荷載為設(shè)計值的1.1倍);

⑤注漿漿體采用C30水泥砂漿,在2～3個大氣壓下壓力灌注,采用二次劈裂注漿,待一次注漿漿體初凝后進行二次注漿;

⑥初次注漿采用內(nèi)徑20mm的PVC注漿管,二次劈裂注漿管采用內(nèi)徑20mm鋼管;

⑦注漿用水泥使用普通硅酸鹽水泥,必要時可使用抗硫酸鹽水泥;

⑧砂漿的含泥量按重量計不得大于3%,砂中云母、有機物、硫化物及硫酸鹽等有害物質(zhì)的含量按重量計不得大于1%;

⑨水中不應(yīng)含有水泥正常凝結(jié)和硬化的有害物質(zhì),不得使用污水;

⑩外摻劑的品種及數(shù)量應(yīng)由試驗確定;漿體配制的水砂比宜為0.8～1.5,水灰比宜為0.38～0.5.摻入一定量的膨脹劑,保證收縮和膨脹完成后,總計膨脹不小于0.02%;

?錨桿錨固段二次劈裂注漿完成后,自由段也注漿,以防止錨桿銹蝕;

?錨桿軸向拉力設(shè)計值210KN.錨桿張拉控制應(yīng)力(不包括錨口損失)σcon=261MPa;

?依次施工框架錨桿,應(yīng)保證錨桿與肋柱的整體連接;

?對框架內(nèi)全風(fēng)化和強風(fēng)化巖層表面挖除8cm后用C25噴射混凝土噴護,對框架內(nèi)為回填漿砌片石處不設(shè)噴射混凝土.

(5)噴射混凝土技術(shù)要求如下:

①噴射混凝土前應(yīng)按設(shè)計要求布置Φ50mmPVC排水管;

②材料:C25混凝土(采用普通硅酸鹽水泥,水泥強度等級不應(yīng)低于32.5MPa);

③厚度:8cm;

④噴射混凝土1d齡期的抗壓強度不應(yīng)低于5MPa,噴射混凝土與巖層的粘結(jié)強度不應(yīng)低于0.5MPa,噴射混凝土的彈性模量為2.3×104MPa.

3.2 “綠霸”生態(tài)袋的技術(shù)要求

框架內(nèi)噴射混凝土完成后,上覆"綠霸"生態(tài)袋.具體技術(shù)要求如下:

(1)LB-M 型“綠霸”生態(tài)袋標準袋尺寸630mm×330mm×165mm(長×寬×高),袋內(nèi)裝填土壤,土壤可按種植土∶粘土=8∶2比例(施工前可根據(jù)試驗情況調(diào)整比例).

(2)“綠霸”生態(tài)袋間使用標準連接扣相互連接.

(3)鋪設(shè)“綠霸”生態(tài)袋時應(yīng)避免與塑料排水管沖突影響巖層排水.

(4)最上方框架頂梁位置隨開挖坡面頂面變化.當頂梁與相鄰橫梁間距不滿足要求時,將頂梁直接設(shè)置在相應(yīng)橫梁處,上方缺少部分用“綠霸”生態(tài)袋補齊.

3.3 TBS掛網(wǎng)客土噴播的施工工序及技術(shù)要求

框架錨桿上方坡面采用TBS掛網(wǎng)客土噴播防護.具體技術(shù)要求如下:

(1)TBS掛網(wǎng)客土噴播主要材料:

①綠化基質(zhì):主要由腐質(zhì)有機物、混合肥、粗纖維、穩(wěn)定劑、保水劑等組成;

②混合草種:包含冷季型、暖季型、觀賞型、固氮型等;

③植生土:一般情況選擇工程地原有的地表種植土即可,需打碎風(fēng)干,過8×8mm篩;

④纖維:就地取秸桿、樹枝等經(jīng)機械加工粉碎成10mm目數(shù);

⑤水:pH=5.5～8.5;

⑥網(wǎng):一般選用φ 2.2的鋼絲,50×50mm網(wǎng)孔的鋼絲格網(wǎng),也可根據(jù)工程需要選用合適的土工網(wǎng)格等;

⑦錨桿:錨桿長度為 500mm,φ 12mm 的HRB335鋼筋,作防銹處理;

⑧植生袋:可控制釋放時間的植物生長要素儲存袋.

(2)TBS掛網(wǎng)客土噴播的施工工序及技術(shù)要求:

①坡面整理:清除坡面浮石、浮根,以利于基材混合物和坡面的緊密連接;

②錨桿鉆孔:一般為1 m間距,垂直坡面,孔深為500mm,孔徑不小于20mm.對于土石混合邊坡和土質(zhì)邊坡,不需鉆孔,直接打入L型釘固定網(wǎng);

③鋼絲網(wǎng)應(yīng)拉緊,網(wǎng)間搭接寬度不小于5cm,每隔30cm用φ 2.2鐵絲扎結(jié);

④安裝錨桿托板固定網(wǎng);

⑤鋼絲網(wǎng)距坡面要保證2/3噴射厚度的距離,否則必須安裝相應(yīng)厚度的墊塊以保證網(wǎng)與坡面的距離.

(3)噴射綠化基材混合物的技術(shù)要求:

綠化基質(zhì)、纖維、植生土和混合草種按設(shè)計比例依次倒入攪拌機攪拌,攪拌時間不應(yīng)小于1 min;噴射應(yīng)盡可能從正面進行,避免仰噴,凹凸不平及死角部分更要注意;盡可能保持噴射面厚薄均勻;含種子層的厚度必須達到2cm,嚴防漏噴,噴射施工后幾小時內(nèi)如果有降雨,必須采取防護措施,避免基材混合物流失.

前期養(yǎng)護:用高壓噴霧器使養(yǎng)護水成霧狀均勻地濕潤坡面基材混合物,注意控制好噴頭與坡面的距離和移動速度,保證無高壓水流沖擊坡面,沖走基材混合物及種子;發(fā)芽期濕潤深度控制在3cm;出芽期每天養(yǎng)護兩次,早晚各一次,持續(xù)養(yǎng)護時間應(yīng)不少于45天;每隔15天采用廣譜消毒劑噴灑殺菌防治植物病蟲害.

4 結(jié)論語

深挖方路基在開挖坡口與邊坡防護、綠化間存在相互制約的因素,對于受地形、地質(zhì)、施工條件受限的深挖方路基,具體工程措施顯得更為重要.通過項目在工程中的實施效果來看,目前碎落、滑塌現(xiàn)象從根本上得到解決,綠化效果較好.

[1]交通部第二公路勘察設(shè)計院.公路設(shè)計手冊(路基)[M].第二版.北京:人民交通出版社,2004:243-249.

[2]中交第二勘察設(shè)計研究院.公路路基設(shè)計規(guī)范[S].北京:人民交通出版社,2004:49-53.

[3]劉興遠,雷 用,康景文.邊坡工程[M].中國建筑工業(yè)出版社,2007:96-98.

The Application of Frame-anchor Protection in Highway Subgrade Protection

CUI Hong-hai
(Jilin Provincial Highway Survey and Design Institute,Changchun 130021,China)

As a result of complex geological condition in Tumen area of Jilin province,the stability of subgrade slope is calculated and the detailed measures of combinating slope protction with planting are given,which relies on the main use of frame-anchor and subsidiary use of planting and guest earth broadcasting technology.Verified by actual project,the satisfactory result is obtained.

stability of subgrade slope;max of slide force;protection of frame-anchor

U416

A

1671-119X(2011)01-0085-04

2010-09-26

崔洪海(1972-),男,高級工程師,研究方向:路基、路面、橋涵的設(shè)計.