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摘要：通过某停车场周边部分格框式锚索边坡护理应用成功的案例，论述总结格框式锚索边坡护理的适用范围及在此工程环境条件下相对于其他挡土结构的优越性。并通过对该边坡的设计计算，说明格框式锚索边坡护理的作用原理，以对类似工程的设计有参考价值。
关键词：格框锚索；边坡护理；设计
Lattice frame anchor rope slope care in Qinglongshan park design and application of calculation
Han Wei
(JSTI GROUP)
Abstract: Through the parking lots surrounding partial lattice frame anchor rope slope nursing application of successful case, the lattice frame anchor rope slope summarizes the nursing and the applicable scope of this engineering environmental condition relative to the other retaining structure superiority. Based on the slope of the design calculation, description of lattice frame anchor rope slope nursing role principle, to the design of similar project reference value.
Key words: frame anchor; Slope care; design
1 引 言
我国幅员辽阔，自然条件复杂，公路部门在对全国工程自然病害进行分区时指出，已有滑坡及可能受到滑坡威胁的地区占全国陆地面积的24.4 ％。格构与锚杆(索)联合应用于滑坡防治于近年来才刚刚开始，这种支挡加固措施已在日本等国得到广泛应用。格构锚固方法是利用浆砌块石、现浇钢筋混凝土或预制预应力混凝土进行坡面防护，并利用锚杆或锚索固定的一种滑坡综合防护措施。较之常用的抗滑桩或抗滑挡墙支挡型式，这种结构的特点是不必开挖扰动边坡，施工安全快速，具有抗滑支挡与坡面防护及美化等综合功能。现在，新型的格构锚固措施有现浇钢筋混凝土格构锚固、预制预应力混凝土(PC)格构锚固[1]及 Q&S(Quick &Strong)框架锚固[2]等。
2 常用型式及特点
2.1 浆砌块石格构锚固
浆砌块石格构锚固是采用浆砌块石格构护坡，锚杆固定，起到固定表层的作用，适用于整体稳定性较好、前缘坡度较小的边坡。浆砌块石格构的型式一般采用方型、菱型、人字型或弧型。
2.2 现浇钢筋混凝土格构锚固
现浇钢筋混凝土格构锚固是采用现浇钢筋混凝土格构梁护坡，锚杆(管)或锚索穿过滑带来阻滑。现浇钢筋混凝土格构梁的特点是布置机动灵活，与坡面紧贴，对基础变形的协调能力强，能较好地适应地形变化，与浆砌块石相比整体刚度有很大的提高。现浇钢筋混凝土格构梁的结构型式一般采用方型、菱型、人字型或弧型等。现浇钢筋混凝土格构+锚杆(管)护坡，适用于整体稳定性较好，但前缘出现溜滑或坍滑，或坡度较小的边坡整治。现浇钢筋混凝土格构与预应力锚索联合支挡加固时，现浇钢筋混凝土格构梁不仅起护坡作用，还起着传统意义上锚墩的作用，而且，地基的有效接触面积比一般的锚墩大，特别适合地基承载力较差时使用，所以，现浇钢筋混凝土格构梁+预应力锚索适用于整体稳定性差、前沿坡面须防护的中-小型疏松介质边坡的整治，尤其是进一步削坡条件受到限制的边坡整治工程。这种支挡加固措施受力明确，加固效果可靠。但钢筋混凝土材料有抗拉强度低的特点，当施加在锚索上的锚固力较大时，可能将钢筋混凝土格构梁拉裂，构件刚度下降，造成锚索的预应力损失，而且，裂缝会导致钢筋因缺乏混凝土的保护而锈蚀，造成构件强度降低，最终致使护坡的整体效果降低。利用现浇钢筋混凝土格构梁+预应力锚索支挡加固在日本应用较早，近几年我国也有相关的应用报道，国道 107 线清连一线公路上的边坡治理中，都应用了这种加固措施。
2.3 预制预应力混凝土(PC)格构锚固
当锚固需要的力很大时，为避免钢筋混凝土格构梁被拉裂而造成刚度降低，近年来，开始采用预制预应力混凝土格构梁。预制的预应力混凝土构件，与穿过滑带的预应力锚索组合应用抗滑，即为预制预应力混凝土格构锚固措施。PC 格构锚固集整体加固与柔性支撑于一体，适于整体稳定性差、下滑推力过大的松散堆积层滑坡前缘的支挡加固。PC 格构锚固的加固机理是，张拉锚索产生锚固力，锚固力通过预制预应力混凝土构件传递给坡面，从而，保持边坡的稳定。预制预应力混凝土构件仍有传统锚墩的作用，而且，能比钢筋混凝土构件传递更大的锚固力。与普通钢筋混凝土构件相比，制作预应力混凝土梁时，在一般钢筋混凝土梁的受拉部位预加一定的压应力，这样，可以保证在锚索张拉后形成全截面受压，或控制梁截面的应力不超过混凝土材料的设计抗拉强度，从而，避免梁体开裂，提高梁的整体刚度。同时，由于预应力混凝土构件改善了梁的截面性能，还可降低梁的厚度或减少受力钢筋，提高材料利用率，因此，采用预应力混凝土构件更经济。预应力锚索采用经防锈处理。并具有再次张拉功能的永久锚索，一方面解决了锚固体的永久防腐问题；另一方面随着时间的推移，即使是由于预应力钢绞线松驰以及地基蠕变变形，锚固荷载下降，也能再次进行补偿张拉锚固，从而，减少预应力损失。另外，从施工方面看，由于预应力混凝土构件是预制件，不需在现场养护，能缩短工期，便于施工管理，而且，预制件安装后马上以设计锚固力进行锚固，通过倒衬砌施工，能防止施工时的滑动，容易保证施工的安全性。PC 格构的结构型式一般有 4 种：十字型、半正方形、正方形和一字型框架。具体型式根据坡体的地质条件来确定，最基本的型式是十字型框架。当采用十字型框架坡面表层地基强度不足时，则使用半正方形框架，而当采用半正方形框架坡面表层地基强度仍然不足时，则采用正方形框架。另外具有崩塌性强的地质条件和坡度，担心十字型框架会出现抽心时，以及在坡面表层地基强度不足，使用十字型框架预应力衰减严重时，也适合使用正方形框架。近几年来，PC 格构锚固在国外 (特别是在日本 )的许多重要工程中得到了广泛的应用，日本预制混凝土框架协会还制定了《预制混凝土框架锚固设计施工指南》来规范施工。由于该法施工技术要求和机械化程度较高，目前，在国内应用尚不多见，据报道，仅在云南楚大高速公路的马庄垭口边坡锚固工程中有应用。
2.4 Q&S 框架锚固
Q&S(Quick & Strong) 框架锚固是一种利用Q&S 框架护坡、预应力锚索补强的加固措施。Q&S框架是将预先在工厂加工组装好的矩形钢筋笼，按矩形或菱形布置于边坡上，然后，在钢筋笼上喷射混凝土形成。Q&S 框架的构件能任意地变形，且自重较轻，方便作业，而且，所有的框架都是连续的，抵抗岩体变形破坏的能力增强，因此，该方法在现场施工性能、构造和强度上都具有显著的优越性。Q&S 框架锚固是一种经济、快速的护坡加固方法，可单独使用护坡。最近，日本开始发起使用这种方法，目前，我国已开始在国内推广使用这种支挡加固措施。
3 钢筋混凝土格构锚固在停车场挡土墙边坡处理工程中的应用
3．1 基本情况
某停车场为地下敞开式停车场，运用库顶板上盖设公交车停车场，基底标高2.592m左右，停车场地块地势南低北高，用地范围地面标高有明显的差异。北部约在13m～14m，中间约为7m～9m，南部约6.2m～6.8m。由于库内外存在较大的高差变化，所以需沿着停车场四周设置挡土墙保证停车场的安全运行，挡土墙总长约1198.5m。根据该场地内的详细勘察地质报告[3]可知，现状地面至停车场基底高度范围内分布为杂填土、粘土、粉质粘土、残积土、强风化石英砂岩、中风化石英砂岩。基底主要位于粘土层中，局部位于强风化石英砂岩（有暗褐色铁锰质渲染，大部分矿物严重风化变质，失去光泽。主要由石英、长石等矿物组成。风化裂隙发育，将岩体切割成2～20cm的块体）、中风化石英砂岩上（棕红色，结构部分破坏，沿节理面有次生矿物，有风化裂隙发育，岩体被切割成岩块，局部为泥岩。干钻不易钻进，柱、块体长度5～20mm，主要由石英、长石等矿物组成，节理、裂隙较发育。为较硬质岩，岩体完整性为较破碎），场地内地下水基本为上层潜水，地下水受地形变化和积极性变化较明显。
3．2 边坡防护方案及设计计算
对于开挖深度范围内为粘土层的边坡挡土墙设置采用较为常规的重力式挡土墙，对于开挖深度范围内为强风化石英砂岩及中风化石英砂岩部分，且重力式挡土墙面坡采用1:0.25的坡度，由于停车场基坑开挖，切去了山坡的前缘坡脚，削弱了山体的前缘支撑，且开挖深度较大，为保证边坡的整体稳定，需对该高边坡进行处理。若采用重力式挡土墙，需开挖较大部分山体，开挖量大，工期长；若采用桩锚式挡土墙型式，则钻孔桩在石英砂岩中成桩难，工期长，造价高，经过方案综合比较认为，采用锚固框架梁支挡结构，现浇钢筋混凝土格构锚固工法布置灵活、框格形式多样、截面调整方便、与岩面密贴、可随坡就势等优点，集整体加固与柔性支撑于一体，很适用于对此处较高的岩石边坡防护。其施工安全快速，可与恢复植被结合，美化环境。
设计采用锚索水平间距4m，竖向间距4m，每束锚索由4φ15.2mm的组成，锚固长度4.5m。计算模型如图1所示。
图1 计算简图
格框式锚索挡墙的计算过程如下：
1） 基本资料
(1)边坡工程安全等级:一级
(2)边坡重要性系数 γ0=1.1
(3)边坡变形控制要求:严格
(4)边坡几何参数
岩石锚杆挡土墙高度 H=10(m)
坡顶覆土厚度 H1=0(m)
破裂面内坡顶坡顶建筑层数:0
填土表面与水平面的夹角 β=0 (°)
边坡坡率 1：n n=-0.25 （俯斜为正，仰斜为负）
(5)边坡力学参数
岩石重度γ1=24.5(kN/m3)
土体重度γ2=20(kN/m3)
岩体等效内摩擦角 φe=40 (°)
(6)锚索参数
锚索类别:永久性锚索（钢绞线）
钢绞线种类 1×7
钢绞线抗拉强度设计值 fy=300 (MPa)
水泥砂浆注浆强度: M30
地层与锚固体粘结强度特征值frb=150(kPa)
(7)采用规范：建筑边坡工程技术规范(GB50330-2002)
2） 侧向岩压力计算
（1） 以等效内摩擦角按侧向主动土压力 (边坡规范6.2.3)
地表均布荷载标准值 q=20 (kN/m)
挡土墙墙背与水平面的夹角α=104 (°)
1
3） 锚杆（索）计算
（1）锚索计算
该项工程目前已施工完毕，已经历过多个雨季的考验，证明该边坡防护工程是有效的。
4 结语
格构锚固是一种新型支挡加固措施，它将整个护坡与柔性支撑有机结合在一起，而且，施工时不扰动边坡，施工安全快捷，特别是钢筋混凝土格构、预应力混凝土格构与预应力锚索的联合应用，变被动抗滑为主动抗滑，充分发挥滑体的自承能力，是一种非常经济、有效的、应用前景广泛的支挡加固措施。通过在滑坡防治工程中的具体应用，对国内中、小型开挖人工边坡和滑坡、变形体等，特别是对由松散堆积物质构成、削坡条件受到限制的不稳定边坡整治加固，这种格构锚固技术具有较强的适应性。在施工生产水平或技术经济条件许可时，也可因地制宜进行结构简化或替代改造，可以利用该项技术实现可快速、安全、有效地整治不稳定边坡的目的。
参考文献:
[1] 庞馨萍，田志坤译．日本预制混凝土框架锚固设计施工指南[M]. [S. l.]: 日本预制混凝土框架协会，1993.
[2] 胡时友. 框格护坡技术的新进展[J]．西部探矿工程，1997, 11(4): 111-114.
[3]铁路路基支挡结构设计规范（TB10025-2006）
[4] 建筑边坡工程技术规范（GB50330-2002）
[5] 岩土锚杆（索）技术规程（CECS 22：2005）
论文作者:韩,伟
论文发表刊物:《防护工程》2017年第30期
论文发表时间:2018/3/9
标签：锚固论文; 预应力论文; 钢筋混凝土论文; 混凝土论文; 框架论文; 挡土墙论文; 护坡论文; 《防护工程》2017年第30期论文;