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

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(jì)

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(jì)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。滑坡的后緣高程為740m、剪出口高程為646m?；伦訁^(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(jì)

4.1 確定設(shè)計(jì)荷載

4.1.1 計(jì)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(jì)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(jì)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(jì)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(jì)計(jì)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(jì)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(jì)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(jì)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(jì)算得出E=961kN/m；q= 318kN/m。

4.2 格構(gòu)式錨桿框架的設(shè)計(jì)計(jì)算

4.2.1 建立計(jì)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(jì)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(jì)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(jì)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(jì)

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(jì)算。

受拉力縱向鋼筋的截面積為：

斜截面的受剪承載力計(jì)算公式為：

縱向受拉鋼筋的配筋率計(jì)算公式為：ρ=As/bh0，將入彎矩和支座反力代入計(jì)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(jì)

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(jì)。錨桿軸向拉力標(biāo)準(zhǔn)值：Nak=Rmax/cosα；錨桿的軸向拉力設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)根據(jù)間板依據(jù)構(gòu)造的相關(guān)原則進(jìn)行設(shè)計(jì)，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(jì)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(jì)算，做好格構(gòu)錨桿框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，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(jì)[J].地球科學(xué)與環(huán)境學(xué)報(bào)，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。