■呂鵬華

(中國公路工程咨詢集團(tuán)有限公司，北京　100097)

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格柵擋墻技術(shù)在汕-梅高速公路邊坡加固工程中的應(yīng)用分析

■呂鵬華

(中國公路工程咨詢集團(tuán)有限公司，北京100097)

摘要高速公路作為陸地交通重要形式之一，在促進(jìn)地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和保障人們?nèi)粘Ｉ畹确矫嬗兄豢商娲淖饔?。在高速公路工程建設(shè)中，邊坡加固歷來是其重要內(nèi)容之一。本文以廣東省汕-梅高速為實(shí)例，介紹了格柵擋墻技術(shù)在高速公路邊坡加固中的應(yīng)用情況，可為以后類似的工程施工提供一定的借鑒經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞格柵擋墻汕-梅高速邊坡加固應(yīng)用與分析

0　引言

截止到2015年底，我國高速公路總里程突破10.5 萬km，超過歐盟27國總和，是日本的8倍之多，位居世界第一。其中廣東省高速公路通車總里程為6884km，僅次于河南省。廣東省地形復(fù)雜，多發(fā)育丘陵和山地，因此邊坡加固成為其高速公路建設(shè)的重要內(nèi)容之一。而邊坡加固工程集合了巖石力學(xué)、結(jié)構(gòu)工程、地質(zhì)學(xué)等多種學(xué)科知識，綜合性、技術(shù)性很強(qiáng)。格柵擋墻護(hù)坡技術(shù)便是一種較為成熟和普遍的加固方法。

1　格柵擋墻護(hù)坡技術(shù)介紹

格柵擋墻技術(shù)其本質(zhì)是以框梁(材質(zhì)可為鋼筋混凝土、鐵框、木條、高分子塑料等)和錨桿(錨索)為基本骨架。錨桿(錨索)的作用是將框梁緊緊固定于邊坡之上，之后在立柱和橫梁之間設(shè)置預(yù)制生態(tài)混凝土護(hù)坡(見圖1)。格柵擋墻護(hù)坡具有施工工序少、質(zhì)量容易控制、施工速度快等優(yōu)點(diǎn)，而且適用于斷層、褶皺等裂隙發(fā)育較多地帶，并充分結(jié)合了生態(tài)護(hù)坡的優(yōu)點(diǎn)，固土和抗沖刷能力顯著。但格柵擋墻護(hù)坡的工程造價較高，施工時需要專業(yè)的隊伍和機(jī)械，且后期養(yǎng)護(hù)工作需要及時跟進(jìn)[1]。

2　工程概況

汕-梅(汕頭至梅州)高速公路位于廣東省東北部，全長145.25km，中途設(shè)有通山隧道、高架橋，地形條件復(fù)雜，邊坡防護(hù)工程量較大。其中在北斗至新亨段約5.2km距離內(nèi)，邊坡巖體較為破碎，厚度范圍約為1～3m，節(jié)理裂隙發(fā)育較多，局部巖體有發(fā)生滑移、坍塌的風(fēng)險，對行車安全影響較大。經(jīng)過專家組討論，最終確定采用格柵擋墻護(hù)坡治理技術(shù)。

3　格柵擋墻技術(shù)具體應(yīng)用分析

邊坡治理技術(shù)的核心問題在于設(shè)計，設(shè)計是否科學(xué)合理直接影響了工程治理效果。此外，施工質(zhì)量也是重要因素之一。在此重點(diǎn)針對這兩方面內(nèi)容對格柵擋墻技術(shù)的具體應(yīng)用情況進(jìn)行詳細(xì)分析。

3.1格柵擋墻技術(shù)參數(shù)設(shè)計

格柵擋墻技術(shù)主要涉及的參數(shù)有錨桿(錨索)直徑和長度、格柵框梁的尺寸及配筋等，下面進(jìn)行分別闡述。

3.1.1錨桿參數(shù)設(shè)計

(1)錨桿軸向拉力值的確定

本工程路段局部巖體有發(fā)生滑移和坍塌風(fēng)險，且發(fā)育厚度最大處為3m，采用預(yù)制螺紋鋼錨桿完全滿足使用要求。且錨桿相對于錨索有一定的抗剪切能力，可有效阻止巖體的滑移趨勢。錨桿的軸向拉力設(shè)計和標(biāo)準(zhǔn)值可分別按照公式(1)進(jìn)行估算。最終得出Nk=85kN，Na=105.3kN。

式中,Na——錨桿軸向拉力設(shè)計值，kN；

γQ——載荷分項系數(shù)，取值1.5；

Nk——錨桿軸向拉力標(biāo)準(zhǔn)值，kN；

Ek——單根錨桿承受的剩余下滑力，kN；

α——錨桿傾角，取值25°；

β——底滑面傾角，取值45°。

(2)錨桿橫截面積和錨固長度的確定

本工程路段的安全系數(shù)取值1.2，錨桿材質(zhì)為螺紋鋼，根據(jù)計算得到的錨桿軸向拉力值確定錨桿最小橫截面積A=530.6mm2，最終設(shè)計錨桿直徑為28mm。

錨桿的錨固段長度直接影響了其支護(hù)強(qiáng)度效果，本工程段所用的粘結(jié)劑為水泥砂漿。錨固段長度L可根據(jù)公式(2)進(jìn)行估算。得出其長度L=2.32m，設(shè)計取值3.0m。錨桿總長度由錨固段和自由段組成，最終確定其取值范圍為5.0～8.0m[2]。

式中，ε——水泥砂漿與孔壁粘結(jié)系數(shù)，取值0.9；

D——鉆孔直徑，取值50mm；

f——水泥砂漿與孔壁粘結(jié)度特征值，實(shí)測為300kPa。

3.1.2格柵框梁參數(shù)設(shè)計

格柵框梁的材質(zhì)有多種，本工程根據(jù)施工地段實(shí)際情況選用現(xiàn)澆筑鋼筋混凝土格柵，混凝土規(guī)格為C25。格柵分縱、橫梁，分別承受著縱、橫拉力，但受力大小差別較大。所以內(nèi)置配筋級別和數(shù)量有所不同。本工程格柵的內(nèi)置鋼筋都采用螺紋鋼[3]。

(1)縱梁配筋參數(shù)計算

對縱梁受力計算時，可看作winkler彈性地基梁。鋼筋保護(hù)層按照50mm計算。則總的縱筋橫截面積A可按照公式(3)計算。最終確定縱筋選取直徑為16mm 的HRB335級螺紋鋼，共均勻布置6根。

式中，a——混凝土強(qiáng)度系數(shù)，取值1.0；

fc——混凝土抗壓強(qiáng)度，取值12.3MPa；b——縱梁橫截寬度，mm；

x——混凝土受壓區(qū)高度，mm；

fy——鋼筋抗拉強(qiáng)度。

(2)橫梁配筋參數(shù)計算

橫梁的主要作用是約束縱梁之間的水平移動，主要受較小的拉力作用，根據(jù)實(shí)際地段情況配筋。本工程設(shè)計在破碎巖體發(fā)育厚度小于1.0m處設(shè)置3根直徑為16mm的HRB335級螺紋鋼；其余部分設(shè)置4根。

綜上所述：本工程格柵擋墻工程設(shè)計錨桿間距為3.0m，長度范圍5.0～8.0m，傾角范圍20～30°。格柵呈臺階式布置，每級高度設(shè)置為6.0m，中間設(shè)寬度為1.5m左右的平臺?？蚣軝M截面尺寸為:高×寬=350mm× 300mm。具體結(jié)構(gòu)剖面圖如下圖2所示[4]。

3.2格柵擋墻技術(shù)的施工分析

格柵擋墻技術(shù)的主要施工步驟分為：地基處理→鉆孔→打錨桿→澆筑混凝土格柵→鋪設(shè)生態(tài)混凝土層→養(yǎng)護(hù)。

(1)地基處理

某些地段邊坡破碎巖體發(fā)育量較大，且坡度較陡，給以后的施工帶來安全隱患，需預(yù)先進(jìn)行必要的卸載，本工程采用小規(guī)模爆破。在其他地質(zhì)條件較好地段采用人工處理地基便可，主要包括坡度切削、松散土夯實(shí)等工序。本工程要求邊坡角度小于65°，邊坡過大會大大增加落石風(fēng)險，不利于行車安全[5]。

(2)鉆孔、注漿和打錨桿

本工程鉆孔采用風(fēng)槍打眼，允許孔位偏差范圍± 15mm，孔深偏差±50mm，之后采用高壓風(fēng)管清孔。灌注砂漿的規(guī)格為不小于42.5級且具有抵抗水侵蝕的化學(xué)穩(wěn)定性的普通硅酸鹽水泥，隨伴隨用。按設(shè)計要求截取錨桿，并整直、除銹、除油。待鉆孔、砂漿、錨桿驗(yàn)收合格后便可進(jìn)行注漿作業(yè)。本工程要求注漿壓力范圍控制在0.4～0.6MPa，注漿管要求伸入距孔底小于10cm處，并隨著砂漿的注入而緩慢拔出，直至達(dá)到規(guī)定長度。注漿結(jié)束后迅速插入錨桿，要求插入孔內(nèi)長度不小于設(shè)計長度的95％。

(3)澆筑混凝土格柵

打入錨桿超過24h后澆筑混凝土格柵，采用鋼模板和木模板相結(jié)合形式。模板綁扎前要求對錨桿進(jìn)行拉拔試驗(yàn)，合格后進(jìn)行下道工序。澆筑時按照“從下到上”順序進(jìn)行，使用插入式振動棒振搗。澆筑完成12h后進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，持續(xù)時間不小于一周。要求施工溫度不小于10℃。

(4)鋪設(shè)生態(tài)混凝土層

生態(tài)護(hù)坡可充分利用植物的固土擋水作用，增加護(hù)坡的整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。生態(tài)混凝土層主要由砂壤土、水泥、有機(jī)質(zhì)和添加劑等組成。本工程使用的各組分材料配比具體見下表1，結(jié)構(gòu)

示意圖如下圖3所示[6]。營養(yǎng)液采用噴播形式進(jìn)行，具體配比可根據(jù)待種植的草皮進(jìn)行設(shè)計。

表1　生態(tài)混凝土組份配比

4　小結(jié)

我國東南部丘陵、山地發(fā)育很多，高速公路邊坡加固工程量很大，汕-梅高速公路通過應(yīng)用格柵擋墻護(hù)坡技術(shù)，治理效果良好，自使用以來不曾出現(xiàn)任何問題，實(shí)現(xiàn)了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。格柵擋墻護(hù)坡重點(diǎn)在于設(shè)計的科學(xué)合理，應(yīng)充分結(jié)合施工地實(shí)際情況，做到“因地制宜”。

參考文獻(xiàn)

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[6]張連革，張龍江.土工隔柵加筋土擋墻技術(shù)的應(yīng)用[J].市政技術(shù)，2004，(01)：68-70.