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        滑坡治理中格構(gòu)式錨桿框架結(jié)構(gòu)設(shè)計

        2016-12-28 03:09:22李樂超李士青
        低碳世界 2016年24期
        關(guān)鍵詞:格構(gòu)梁柱框架結(jié)構(gòu)

        李樂超,彭 釗,李士青

        (1.湖南省地質(zhì)科學(xué)研究院,湖南長沙410000;2.長沙學(xué)院,湖南長沙410000)

        滑坡治理中格構(gòu)式錨桿框架結(jié)構(gòu)設(shè)計

        李樂超1,彭 釗1,李士青2

        (1.湖南省地質(zhì)科學(xué)研究院,湖南長沙410000;2.長沙學(xué)院,湖南長沙410000)

        近年來,我國水工環(huán)工程中的松散堆積滑坡治理問題日益突出,探討滑坡的治理方法具有重大現(xiàn)實(shí)意義。本文主要結(jié)合某地區(qū)滑坡的治理,對錨固結(jié)構(gòu)設(shè)計治理松散堆積體滑坡的合理形式進(jìn)行分析,并取得較好的治理效果,從而將滑坡體的潛能充分發(fā)揮出來,僅供參考。

        滑坡治理;格構(gòu)錨桿;松散堆積體

        1 引言

        松散堆積層滑坡的坡面承載力較低,采用錨桿結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固,極易由于錨桿的張拉力較大,破壞坡面,而格構(gòu)式錨桿框架結(jié)構(gòu)是錨桿和鋼筋混凝土梁柱的復(fù)合結(jié)構(gòu),在不進(jìn)行大規(guī)模開挖的前提下,就能有效治理滑坡。格構(gòu)式錨桿框架結(jié)構(gòu)的工作原理是通過錨桿將坡體滑推力傳到山體內(nèi)部的基巖中,由于格構(gòu)梁柱和坡面的接觸面積較大,有利于降低坡面反力,同時,由于格構(gòu)梁柱的剛度較大,使得坡面的受力和變形較為均勻。因此,格構(gòu)式錨桿框架結(jié)構(gòu)對于坡面為松散堆積層的滑坡治理是極為有效的。

        2 工程概況

        下文僅以某滑坡區(qū)治理中格構(gòu)式錨桿框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析:

        2.1 工程地質(zhì)特征

        該滑坡區(qū)的山頂高程為763m,地形陡峭,中上部的坡度約40~50°,山坡上多呈臺階狀環(huán)形陡坎,且坎的平均高度為1~3m,最高高度為8m,山坡上的喬灌木從發(fā)育較為良好,山下即為商業(yè)街、政府機(jī)關(guān)、居民小區(qū),根據(jù)滑坡的范圍和規(guī)模,可將滑坡分為滑坡子區(qū)和高陡斜坡子區(qū)。

        (1)滑坡子區(qū):該子區(qū)位于山腳下某旅館的東面,總長度為125m,平均寬度為35m,滑坡斜坡地形呈現(xiàn)上部分陡峭、下部分較緩的特點(diǎn),平均坡度為35~40°,在子區(qū)內(nèi),多件不連續(xù)陡坎,主要是山體局部滑落導(dǎo)致的?;碌暮缶壐叱虨?40m、剪出口高程為646m。滑坡子區(qū)主要由碎石土及強(qiáng)風(fēng)化千枚巖組成的,呈現(xiàn)蠕滑的狀態(tài)。滑體厚度呈現(xiàn)中間薄,兩邊厚的特點(diǎn),平均厚度為15m,滑體的總方量為65600m3。

        (2)高陡斜坡子區(qū):該子區(qū)位于山東面某超市的后部,長度、寬度分別為150m、60m,后緣是一些不連續(xù)陡坎,這些陡坎的高度為1~3m,前緣高程為657~660m,斜坡的坡度為40~50°,斜坡上大多是不連續(xù)陡坎,坎高約1~2m,植被發(fā)育良好。該子區(qū)具有較厚的殘坡積碎石土層集中在前緣,規(guī)模小,基本是穩(wěn)定的。在中上部陡坡,松散碎石土及破碎千枚巖層較薄,總厚度約為1~3m,再加上地層傾向和坡向是相反的,坡體整體上較為穩(wěn)定的狀態(tài)。

        該地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害的主要問題表現(xiàn)在:無法保障表層松散堆積物在強(qiáng)降水的條件下形成坡面泥石流及高陡斜坡松散堆積層的穩(wěn)定性。

        2.2 防治工程的安全等級

        雖然滑坡治理工程區(qū)的斜坡高度<15m,但山下是商業(yè)街、居民小區(qū)等人為活動較集中的地帶,若失事,將會造成嚴(yán)重后果,對以上因素進(jìn)行綜合考慮后,決定將本防治工程的安全等級確定為二級。

        3 滑坡治理方案選擇

        根據(jù)該滑坡區(qū)開挖的現(xiàn)場來看,滑坡的滑動面特征不是很明顯,下伏基巖面外傾,上覆碎石土,處于高陡斜破,很難保持長期的穩(wěn)定性,因此,在該地不適合削坡,只能采取支擋措施。另外,該處邊坡的地形陡峭、場地狹窄,坡高8~9m,因此,可選用格構(gòu)式錨桿框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行支擋。

        4 滑坡治理中格構(gòu)式錨桿框架結(jié)構(gòu)設(shè)計

        4.1 確定設(shè)計荷載

        4.1.1 計算參數(shù)的取值

        根據(jù)實(shí)驗(yàn)的相關(guān)資料,并參考相關(guān)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行分析,再根據(jù)現(xiàn)場的實(shí)際情況,決定將滑坡體計算強(qiáng)度指標(biāo)選取為:容重γ=19.5kN/m3,內(nèi)摩擦角采用似摩擦角φ=35°,粘聚力c=0。

        4.1.2 計算方法的選取

        只有在強(qiáng)降水條件下,該滑坡體才能形成破面泥流及存在高陡斜破的穩(wěn)定性問題,對滑坡推力的計算成果和該滑坡區(qū)內(nèi)一些不詳?shù)刭|(zhì)的特征,決定選用靜止土壓力和主動土壓力之和的一半作為設(shè)計計算所使用的荷載,并滿足在強(qiáng)降水條件下滑坡體穩(wěn)定性的相關(guān)要求。

        4.1.3 計算公式及荷載大小

        靜止土壓力:E0=0.5γH2K0+q1HK0

        主動土壓力:Ea=0.5γH2Ka

        設(shè)計荷載:E=0.5(E0+Ea)

        梁柱上荷載的分布:q=1.15Eb/0.875H

        式中:H為計算高度;b為格構(gòu)梁柱的間距;K0為靜止土壓力系數(shù);Ka是主動土壓力系數(shù),根據(jù)相關(guān)資料,選取K0=0.5,Ka=0.518,將H和b的值代入后,可計算得出E=961kN/m;q= 318kN/m。

        4.2 格構(gòu)式錨桿框架的設(shè)計計算

        4.2.1 建立計算模型

        在格構(gòu)梁柱的作用下,破面的受力及變形較為均勻,因此,可根據(jù)井字梁體系對結(jié)構(gòu)內(nèi)力進(jìn)行考慮,計算過程中,將錨桿和格構(gòu)連接處按剛性支點(diǎn)進(jìn)行考慮。傳給支承梁柱的荷載可用以下方法予以確定:將每一方格的四角作對角線,將方格分為4個板塊,每個板塊的荷載傳至相鄰的支承梁柱,因此,作用在支承梁柱荷載的分布不是很均勻,而是呈三角形分布,如圖1所示。

        圖1 格構(gòu)式支承梁柱荷載分配圖

        4.2.2 格構(gòu)式錨桿框架梁柱的內(nèi)力計算

        格構(gòu)式錨桿框架梁柱的彎矩和支座反力所采用的三彎矩方、方程進(jìn)行計算如下:

        式中:bn表示第n跨格構(gòu)梁柱的間距;Mn表示第n跨格構(gòu)梁柱的彎矩;和則和支承情況、荷載的分布情況相關(guān),將相應(yīng)數(shù)值代入可得出:

        支座處的最大彎矩為:Mmax=81kN/m

        跨中最大彎矩:Mmax=56.3kN/m

        最大支座反力:Rmax=258kN

        4.2.3 框架梁柱設(shè)計

        根據(jù)相關(guān)經(jīng)驗(yàn),選取梁柱的截面為35cm×40cm,混凝土的保護(hù)層厚度為6cm,并根據(jù)相關(guān)要求,可根據(jù)以下公式對梁柱配筋進(jìn)行計算。

        受拉力縱向鋼筋的截面積為:

        斜截面的受剪承載力計算公式為:

        縱向受拉鋼筋的配筋率計算公式為:ρ=As/bh0,將入彎矩和支座反力代入計算后,得出縱向鋼筋為4φ18和4φ14,箍筋為φ8@200,在經(jīng)過校核后,可有效滿足配筋率的相關(guān)要求,見圖2。

        圖2 梁柱的截面配筋

        4.2.4 錨桿設(shè)計

        根據(jù)相關(guān)規(guī)定,通過Rmax=258kN,在根據(jù)公式進(jìn)行錨桿設(shè)計。錨桿軸向拉力標(biāo)準(zhǔn)值:Nak=Rmax/cosα;錨桿的軸向拉力設(shè)計值為:Na=γQNak;錨桿鋼筋的截面面積:As≥γ0Na/ξ2fy;錨桿錨固體的錨固長度:La≥Nak/ξ1πDfrb;其中:錨桿的傾角α=15°,錨固體的直徑D=14cm;γQ、γ0是重要性系數(shù);ξ1、ξ2為工作條件的系數(shù);fy、frb為相應(yīng)的強(qiáng)度值,以上這些都可以根據(jù)相關(guān)的規(guī)范規(guī)定進(jìn)行選值。經(jīng)過計算,錨桿的錨固長度最小為5m,錨桿拉筋為3φ28,砂井保護(hù)層的厚度為2.5cm。

        4.2.5 框架間板的設(shè)計根據(jù)間板依據(jù)構(gòu)造的相關(guān)原則進(jìn)行設(shè)計,具體施工工序?yàn)槭紫葒娚?cm后的細(xì)石混凝土,并鋪設(shè)φ8@200的鋼筋網(wǎng),最后再鋪設(shè)5cm厚的細(xì)石混凝土;用長4m、直徑為φ20的短錨桿固定在鋼筋網(wǎng)中間。

        4.2.6 格構(gòu)式錨桿框架的布設(shè)及相應(yīng)工程量

        格構(gòu)式錨桿框架的橫間距和豎間距為3m,整個滑坡區(qū)總共布設(shè)了長、短錨桿分別為123根錨桿,共39t的鋼筋總量,C30混凝土為73.4m3、C20混凝土47m3,整個滑坡質(zhì)量工程的預(yù)算約130萬,為超過工程預(yù)算。

        4.2.7 施工要求

        ①錨桿在施工過程中,其自由段長度可根據(jù)基巖出露情況作出相應(yīng)的調(diào)整,但應(yīng)保證錨固段大于等于5m;②做好錨桿的除銹防銹工作,可將定位器安置在錨桿上,間距約為1.5m,錨頭螺帽應(yīng)用100N·m的扭矩進(jìn)行擰緊;③在錨桿工程開始施工前,應(yīng)根據(jù)相關(guān)規(guī)定進(jìn)行錨桿的基本試驗(yàn),試驗(yàn)的基本內(nèi)容為將錨固體和巖土層見的粘結(jié)強(qiáng)度特征值有效確定下來,若試驗(yàn)得出的特征值和設(shè)計過程中所采用的參數(shù)具有較大差異時,可根據(jù)試驗(yàn)所取得的特征值對錨桿的錨固長度進(jìn)行修改。在施工結(jié)束后,應(yīng)按照相關(guān)規(guī)定對錨桿的驗(yàn)收進(jìn)行試驗(yàn)。

        5 實(shí)施效果

        該工程施工已經(jīng)通過專家組驗(yàn)收,由此可得出結(jié)論為格構(gòu)式錨桿框架結(jié)構(gòu)對于松散堆積層滑坡的治理是極為有效的。在治理松散堆積滑坡時,格構(gòu)錨桿結(jié)構(gòu)比較適合采用間距小、噸位小的錨索和連續(xù)格構(gòu)梁,與此同時,還應(yīng)保證梁端懸臂具有一定的長度,以此來確保格構(gòu)梁受力的均勻性,從而提高基土的承載能力,有利于保證深層的抗滑性。

        6 結(jié)束語

        依靠土體自身的承載能力,將格構(gòu)錨桿作為支擋措施廣泛應(yīng)用于滑坡防治工程中,是一種性價比較高的支擋加固措施,將格構(gòu)錨桿應(yīng)用到覆蓋層構(gòu)成的滑坡或者不穩(wěn)定的邊坡治理加固中,具有良好的適應(yīng)性和支撐性。針對滑坡治理加固工程的實(shí)際情況,需對其產(chǎn)生的具體原因進(jìn)行分析,并對其穩(wěn)定性進(jìn)行計算,做好格構(gòu)錨桿框架結(jié)構(gòu)設(shè)計,保證滑坡治理效果。

        [1]劉妮娜,劉 聰,李尋昌,等.滑坡治理中格構(gòu)式錨桿框架結(jié)構(gòu)設(shè)計[J].地球科學(xué)與環(huán)境學(xué)報,2004,26(04):46~48.

        [2]李 鵬,李 波,黃 霞.格構(gòu)錨固技術(shù)在滑坡治理中的應(yīng)用初探[J].地球,2014(7):59.

        [3]鮑亮亮.錨桿格構(gòu)技術(shù)在陜北滑坡防治工程中的應(yīng)用[J].價值工程,2015(26):142~143.

        TU476

        A

        2095-2066(2016)24-0041-02

        2016-8-15

        李樂超(1981-),男,工程師,本科,主要從事水工環(huán)地質(zhì)工程工作。

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