某高速公路边坡支护设计【整理版】.doc

摘要摘要 错误 未定义书签 ABSTRACT 错误 未定义书签 1 1 绪论绪论 错误 未定义书签 1 1 问题的提出 错误错误 未定义书签 未定义书签 1 2 国内外支护结构发展过程 错误错误 未定义书签 未定义书签 1 3 几种常见支护手段的分析 错误错误 未定义书签 未定义书签 1 4 高速公路边坡稳定性分析发展趋势 错误错误 未定义书签 未定义书签 2 2 工程简介工程简介 错误 未定义书签 2 1 工程概况 错误错误 未定义书签 未定义书签 2 2 自然地理 错误错误 未定义书签 未定义书签 2 3 工程地质条件 错误错误 未定义书签 未定义书签 3 3 设计思路设计思路 错误 未定义书签 3 1 主要设计方案思路 错误错误 未定义书签 未定义书签 3 2 设计依据资料 错误错误 未定义书签 未定义书签 3 3 设计原则 错误错误 未定义书签 未定义书签 3 4 设计参数 错误错误 未定义书签 未定义书签 4 4 滑坡体稳定性计算滑坡体稳定性计算 错误 未定义书签 4 1 滑坡推力计算方法 错误错误 未定义书签 未定义书签 4 2 滑坡推力计算 错误错误 未定义书签 未定义书签 5 5 YK231 120YK231 120 断面处锚索设计与计算断面处锚索设计与计算 错误 未定义书签 5 1 确定锚索钢绞线规格 错误错误 未定义书签 未定义书签 5 2 锚索设置位置及设计倾角的确定 错误错误 未定义书签 未定义书签 5 4 锚固体设计计算 错误错误 未定义书签 未定义书签 6 6 YK231 120YK231 120 断面处格构设计与计算断面处格构设计与计算 错误 未定义书签 6 1 格构梁设计步骤 错误错误 未定义书签 未定义书签 6 3 利用静定分析法计算竖向格构梁的内力 错误错误 未定义书签 未定义书签 7 7 YK231 309YK231 309 截面锚索计算截面锚索计算 错误 未定义书签 7 1 确定锚索钢绞线规格 错误错误 未定义书签 未定义书签 7 2 锚索设置位置及设计倾角的确定 错误错误 未定义书签 未定义书签 7 3 锚索间距及设计锚固力的确定 错误错误 未定义书签 未定义书签 7 4 锚固体设计计算 错误错误 未定义书签 未定义书签 8 8 YK231 309YK231 309 断面现浇钢筋混凝土地梁设计计算断面现浇钢筋混凝土地梁设计计算 错误 未定义书签 8 1 验算地基承载力 错误错误 未定义书签 未定义书签 8 2 地梁内力计算 错误错误 未定义书签 未定义书签 8 3 地梁配筋计算 错误错误 未定义书签 未定义书签 9 9 抗滑桩的设计方法抗滑桩的设计方法 错误 未定义书签 9 1 抗滑桩概述 错误错误 未定义书签 未定义书签 9 2 抗滑桩设计要求和设计内容 错误错误 未定义书签 未定义书签 9 3 抗滑桩设计荷载确定 错误错误 未定义书签 未定义书签 9 4 抗滑桩计算方法 错误错误 未定义书签 未定义书签 9 5 抗滑桩的设计 错误错误 未定义书签 未定义书签 1010 YK231 120YK231 120 断面处抗滑桩设计断面处抗滑桩设计 错误 未定义书签 10 1 抗滑桩各参数的确定或选取 错误错误 未定义书签 未定义书签 10 2 弹性桩计算 错误错误 未定义书签 未定义书签 1111 YK231 309YK231 309 断面锚索加挂三维网设计断面锚索加挂三维网设计 错误 未定义书签 11 111 1 确定锚索钢绞线规格 错误错误 未定义书签 未定义书签 1212 结论结论 错误 未定义书签 参考文献参考文献 错误 未定义书签 致谢致谢 错误 未定义书签 附录附录 错误 未定义书签 某高速公路边坡支护设计 摘要 滑坡是现阶段高速公路工程建设过程中经常遇到的地质灾害现象 随着中国国民经济 的迅速发展 工程滑坡灾害问题更是日趋严重 如何解决象滑坡这样的地质灾害现象 是 高速公路建设者面临的一个严峻的问题 在高速公路工程建设中 涉及到大量边坡防护工程 用于边坡防护的结构体系多种多 样 比如预应力锚索 锚杆 抗滑桩 挡土墙等等 抗滑桩支护是加固治理滑坡的一种行之有效的方法 它施工简便 快速 加固效果好 己经在世界各国的滑坡治理中得到比较广泛的应用 近年来 一种结合锚和坡面结构的新型边坡防护体系 即混凝土格构锚固体系 已大 量运用于边坡防护工程中 它是通过钢筋混凝土格构梁将锚固力传递给坡体 改善坡体应 力状态 使坡体受压 产生抗滑力 从而达到稳固坡体的目的 本设计就是主要采用格构锚固体系 抗滑桩支护对拟加固边坡进行治理 经过施工工 艺 工程量 造价等方面进行比选 确定最终支护方案 关键词 边坡治理 抗滑桩 预应力锚索格构梁 A Highway Slope Support Design Option 8 Abstract Landslide is a common geological disaster which we usually met in our speedway project It induce a large number of loss every year With the rapid development of China s national economy the problem of landslide disasters is growing How to deal with such thing is a serious challenge for highway builders Slope retaining is an important problem which is usually involved in the speedway project Many kinds of measure have been used for the slope retaining such as anchor bar prestressed anchor pile and retaining wall As for its simple and fast construction and its good strengthening effect anti slide pile is a very efficient measure in the measures of landslide treatment which is widely used all over the world Nowadays a new compound structure of lattice beam and prestressed anchor is widely used for preventing and remedying landside The anchor force is transferred by the lattice beam to the slope body and results in the compressive stress in the slope body and the stress distribution in the body is improved The treatment scheme of slope reinforcement mainly adopts Framed anchor Structures and Anti slide Pile Retaining Structure in the design through comparing Study of Construction Technology Engineering Amount and Engineering Cost and finally choice the Supporting Scheme Keywords Landslide Treatment anti slide pile prestressed anchor lattice beam 1 绪论 1 1 问题的提出 随着我国西部大开发的推进 长江三峡库区 三江地区 红水河等能源基地的兴建加 快 同时由于经济发展的要求 我国高速公路的建设也日益加快 因而边坡加固在国民经 济建设中占有日益重要的位置 支档加固工程作为滑坡防治的有效方法因而备受关注 公路建设对国民经济增长起到了巨大的推动作用 提高了人们的生活质量 但同时对 生态环境造成了一些负面影响 工程建设引起岩土体的移动 变形 增加了边坡的不稳定 性 容易诱发边坡失稳 由于植被和表土的破坏流失 容易引起坡面上壤侵蚀 山体滑塌 河流阻塞等灾害 我国是一个滑坡灾害相当严重的国家 滑坡在长江流域及云贵川等地分 布相当广泛 当高速公路经过山区时 由于高速公路建设要求的特殊性 其线路选择范围 不大 这就意味着高速公路必须经过一些地质灾害易发地段 如何解决象滑坡这样的地质 灾害 这是高速公路建设者面临的一个严峻的问题 1 2 国内外支护结构发展过程 边坡病害防治的支挡工程的结构类型丰富多样 其发展可大致分为以下几个阶段 第一阶段 20 世纪 50 年代以前 大量采用抗滑挡墙结合支撑锚杆 曾取得一定效 果 但由于滑坡推力大 致使抗滑挡墙体积庞大 胸坡缓 墙基必须置于滑面以下一定深 度 施工开挖对滑体稳定影响大 第二阶段 20 世纪 60 70 年代 在相应疏截滑带水的情况下 采用抗滑桩支挡 工程效果明显 国外多采用钢筋混凝土钻孔桩和钢桩 直径小 用群桩加承台共同受力 国内采用矩形截面的钢筋混凝土挖孔桩 最大截面 4m 7m 长达 46 米 抗滑桩因提供 的抗力大 施工对滑体的扰动小 安全 见效快 在这一时期曾被广泛采用 第三阶段 20 世纪 80 年代以后 随着锚固技术的发展 在滑坡前缘使用群孔疏干 前部岩土 预应力锚索在边坡加固中得到了广泛的应用 在工程实践中演化出了各种各样 的结构形式 主要有 预应力锚索地墩或地梁 预应力锚索抗滑挡墙 预应力锚索 抗滑桩 预应力锚索抗滑桩板墙 预应力锚索格构 预应力锚索的应用大大地改善了 抗滑结构的受力状态 降低了工程造价 据不完全统计 在同样的条件下 锚索抗滑桩比 普通抗滑桩节约投资 30 左右 1 3 几种常见支护手段的分析 1 预应力锚索 预应力锚索加固是主动地利用岩土体本身的强度去加固岩土体 是一种主动加固方 法 同时具有施工中不破坏原有边坡的整体性 造价低等特点 因此在滑坡治理中已被广 泛应用 预应力锚固技术的最大特点 是尽可能少地扰动被锚固的土体或岩体 即不能破坏原 有结构 并通过锚固措施合理地提高可利用岩体或土体的强度 所以预应力锚固技木是最 为高效和经济的加固技术 因此受到工程界的高度重视并得到迅速的发展 预应力锚固技术 在力学作用和施工工艺方面都有其鲜明的特点 1 受力合理 能充分利用岩土体的抗剪强度平衡结构物的拉力 积极调用岩土体的 自身强度和自稳能力 因而能大量节约建筑材料和工程投资 2 主动抗衡 锚索安装后即能提供足够的抗力 有效的限制岩土体的位移 3 改善岩土体的应力状态 能有效控制岩土体及工程结构的变形 增强了岩土工程 的稳定性 并能使较弱结构面上或滑移面上的抗剪强度得以提高 同时能保证工程的长期 稳定性 4 锚固力的作用点和作用方向可以根据需要选取 从而获得最佳的稳定效果 5 在深基坑开挖工程中使用锚索可免去大量支撑 节约工作量 给机械化施工创造 了良好条件 2 格构锚固结构 格构锚固结构是一种复合抗滑护坡结构 它利用浆砌块石 现浇钢筋混凝土或预制预 应力混凝土格构梁进行坡面防护 同时由于格构梁与坡面接触面较大 与格构梁相连接的 锚杆或锚索进行深层加固的效果很好 使得格构锚固结构既能保证深层加固又可兼顾浅层 护坡 另外格构锚固结构可以与绿化防护措施相结合 比如在格构框架内植草 在稳固边 坡的同时 还起到绿化边坡环境的作用 因此格构锚固结构是一种很有发展前途的抗滑护 坡结构 近年来我国也开始推广应用格构锚固结构措施 3 预应力锚索格构梁 预应力锚索格构梁 是近十余年来我国开始应用的一种新型抗滑支挡结构 1993 年 在深圳市罗沙公路西岭山大开挖引起的滑坡治理中较早地应用了这一结构 继这一成功实 例之后 深圳市进行大规模的推广和应用 以后逐渐推广到公路 铁路边坡灾害的治理中 自 2000 年以来 预应力锚索格构梁在三峡库区边坡灾害治理中得到了广泛的应用 4 抗滑桩 抗滑桩是防治滑坡的一种工程建筑物 设于滑坡的适当部位 桩的下段均必须埋置在 滑动面以下稳定地层一定深度 根据抗滑桩类型的不同 兼有以下优点 1 抗滑能力强 污工数量小 在滑坡推力大 滑动带深的情况下 能够克服抗滑挡 土墙难以克服的困难 2 桩位灵活 可以设在滑坡体中最有利于抗滑的部位 可以单独使用 也能与其它 建筑物配合使用 3 可以沿桩长根据弯矩大小合理地布置钢筋 因此 在相同条件下 比一般不能分 段布置不同数量钢筋的桩 如管形桩 打入桩 要经济 4 施工方便 设备简单 采用混凝土或少筋混凝土护壁 安全 可靠 5 通过开挖桩孔 能够充接校核地质情况 进而可以检验和修改原来的设计 使之 更切合实际 发现问题 易于补救 1 4 高速公路边坡稳定性分析发展趋势 边坡稳定性问题及其防护技术是高速公路建设 特别是山区高速公路建设所面临的一 个重大问题 而且随着国家基础建设的深入开展而日益凸现出来 虽然现在已经有不少边 坡稳定性分析方法和防护技术 但是随着高速公路向西部山区的延伸 边坡高度的不断增 加 遇到的地质问题日益复杂 我们所面临的边坡加固问题也更加复杂 因此边坡工程研 究有待进一步深入和完善 2 工程简介 2 1 工程概况 该边坡支护路段位于某拟建公路 YK230 900 K231 380 段 全长 480 米 其中 YK230 900 YK230 971 段为填方 最大填方约 19 米 其余为挖方段 最大挖方高约 20 米 设计汽车荷载 公路 级 路面宽 12 25 米 该边坡为永久性边坡 边坡工程重要性等级为一级 2 2 自然地理 2 2 1 地形 地貌 该边坡地处贵州高原南部山区向广西丘陵过渡的斜坡地带 属构造侵蚀 斜坡地貌 受构造 剥蚀作用较强烈 挖方路段附近海拔高程 1019 5 974 0m 相对高差 45 5m 填 方段相对高差约 19 米 地形坡度相对较缓 植被不发育 基岩裸露 2 2 2 水文 气候 边坡地表水不发育 地表无泉点出露 主要为大气降雨沿低洼部位向路基方向排泄 局部地段形成水塘 边坡地处亚热带季风湿润气候区 冬无严寒 夏无酷暑 据独山县气象站 1981 1990 年气象资料 年平均气温 15 极端最高气温 33 7 最低气温 5 3 年 平均降雨量 1236 8mm 多集中在每年的 5 8 月间 占全年降雨量的 55 60 平均无霜 期 353 天 年 年平均相对湿度 82 年平均风速 2 5m s 2 3 工程地质条件 2 3 1 地层岩性 场区内地层主要由上覆第四系残坡积层 Qel dl 亚粘土 杂填土 Qme 及下伏基岩 石炭系下统大塘阶旧司组 C1d1 炭质泥岩夹灰岩组成 2 3 2 地质构造与地震 路段以挤压型的南北向构造为主 该路段处于上司断层之西盘 场区附近有一断层 F 通过 断层走向约 241 东盘为旧司组 C1d1 炭质泥岩夹 灰岩地层 岩层产状 120 12 断层西盘为上司组 C1d2 灰岩夹炭质泥岩地层 岩层 产状 145 6 断层带宽约 1 10 米 受断层影响 场地岩体节理裂隙发育 节理产状 110 78 20 80 该段边坡位于断层之东盘 岩层综合产状为 120 12 根据 中国地震动参数区划图 GB 18306 2001 地震动峰值加速度系数为 0 05g 场区地震基本烈度为 度 2 3 3 岩土构成 1 覆盖层 亚粘土 Qel dl 黄色 褐黑色 含少量灰岩 炭质页岩碎块及植物根系 零星分布 于坡体上部位置 厚度变化 0 2 4m 杂填土 Qme 原贵新二级公路施工弃渣 主要成分为灰岩 炭质页岩弃渣堆积 粒径约 1 200cm 大小不等 分布在 YK230 900 YK230 971 段路基位置 宽约 20 60 米 厚约 0 19 米 堆积较松散 2 基岩 该边坡下伏基岩石炭系下统大塘阶旧司组 C1d1 炭质泥岩夹灰岩组成 根据地表调 绘及物探资料 按风化程度分为 强风化层 炭质页岩 灰黑色 黑色 岩体切割节理和风化裂隙发育 岩石极软 岩体破碎 风 化呈薄片状 土状 岩石极软 岩体较破碎 厚 12 37m 17 46m 全场分布 灰岩 灰色 中厚层状 透镜状 节理裂隙极发育 岩石风化强烈 岩石较硬 岩体 较破碎 厚 12 37m 17 46m 全场分布 弱风化层 炭质页岩 灰黑色 黑色 岩石节理较发育 岩石较软 岩体较完整 全场分布 灰岩 灰色 中厚层状 透镜状 节理裂隙较发育 较硬 岩体较完整 全场分布 2 3 4 水文地质 区内由于下伏基岩为炭质页岩与灰岩互层 岩石透水性极弱 地下水主要为第四系松 散层中的孔隙水和基岩风化裂隙水 流量小 主要为降雨补给 水文地质条件较简单 3 设计思路 3 1 主要设计方案思路 本设计为某公路边坡支护设计 在设计之前 首先了解了关于边坡支护的各种方案 从中分析各种方案的优缺点 根据本工程实际边坡支护的发展现状初步选取两种支护方案 我所选取的方案一为锚索加格构梁 地梁 支护 方案二为抗滑桩支护 经过方案选定之 后 进行正式的设计与计算 设计的步骤 过程要符合规范要求 参数的选取要有依据 计算完成后根据自己的计算结果绘制相关图纸 最后进行方案的比选 确定最终的支护方案 3 2 设计依据资料 1 GB T50279 98 岩土工程基本术语标准 S 中国计划出版社 1998 2 GB50330 2002 公路路基设计规范 JTG D30 2004 S 3 GB50021 2001 岩土工程勘察规范 S 中国建筑工业出版社 2001 4 李海光等 新型支挡结构设计与工程实例 M 人民交通出版社 2004 5 尉希成 支挡结构设计手册 M 人民交通出版社 2004 6 长江三峡库区滑坡防治工程设计与施工技术规范 DB 2000 7 GB T5224 1995 预应力混凝土用钢绞线 S 中国标准出版社 1996 8 袁聚云 基础工程设计原理 M 同济大学出版社 2007 9 郑颖人 陈祖煜 王恭先等 边坡与滑坡工程治理 M 人民交通出版社 2007 10 GB50086 2001 锚杆喷射混凝土支护技术规范 S 中国建筑工业出版社 11 GB50010 2002 混凝土结构设计规范 S 中国建筑工业出版社 12 顾慰慈 公路挡土墙设计 M 人民交通出版社 1999 10 30 13 GB50330 2002 建筑边坡工程技术规范 S 14 JTJ076 95 公路工程施工安全技术规程 S 人民交通出版社 2004 15 闫莫明 徐祯祥 苏自约 岩土锚固技术手册 M 人民交通出版社 2004 16 黄求顺 张四平 胡岱文 边坡工程 M 重庆 重庆大学出版社 2004 17 GBJ50204 92 混凝土结构工程施工及验收规范 S 18 GB T50104 2001 建筑制图标准 S 中华人民共和国建设部 2002 19 贵州大学本科毕业论文 设计 工作指南 M 贵阳 贵州大学教务处 2007 3 3 设计原则 1 本边坡工程为永久性支护 边坡等级为一级 2 采用不平衡传递系数法计算滑坡推力 3 设计本着安全 经济的原则进行 3 4 设计参数 表 3 1 设计参数 强风化炭质页岩物理力学指标 重度 kN m3 抗压强度 MPa 抗剪强度 kPa 粘结强度 c kPa 内摩擦角 0 泊松比 24 6 30 490198310 3 结构面物理力学指标其它设计参数 粘聚力 c kPa 内摩擦角 0 边坡坡率安全系数 Ks 1091 11 3 4 滑坡体稳定性计算 滑坡稳定性计算的主要内容就是滑坡推力的计算 目前 计算滑坡推力的方法比较多 应用较多的如瑞典条分法 毕肖普法 传递系数法 分块极限平衡法 詹布法等 其中传 递系数法是验算山区土层沿岩面滑动最常用的边坡稳定验算方法 本设计即采用传递系数 法进行边坡稳定性计算 4 1 滑坡推力计算方法 传递系数法又称不平衡推力法 该方法是我国铁路与工民建等部门在进行边坡稳定验 算中经常使用的方法 计算不繁杂 具有方便适用的优点 在滑体中取第 i 块土条 如图 假定第 i 1 块土条传来的推力 1i P 方向平行于第 i 1 块 土条的底滑面 而第 i 块土条传递给第 i 1 块土条的推力 i P平行于第 i 块土条的底滑面 即是说 假定每一分界上推力的方向平行于上一土条的底滑面 第 i 块土条承受的各种作 用力如图 4 1 将各作用力投影到底滑面上 其平衡方程如下 cossin tan sincos iiiiiii iiiiiii ss c LWUiLQ PWQP KK 其中 i111cos tansin iiiis i K 图 4 1 Pi 第 i 块滑体剩余下滑力 Pi 1 第 i 1 块滑体剩余下滑力 i W 第 i 块滑体的自重 i Q 土条的水平作用力 这里取 0 第 i 块孔隙应力 这里取 0 i U Ni 第 i 块滑床反力 i 第 i 块滑体滑面的倾角 i c i 第 i 块滑体滑面的抗剪强度指标 s F 边坡稳定安全系数 第 i 块滑体的滑面长度 1i 传递系数 i L 4 2 滑坡推力计算 4 2 1 YK231 120YK231 120 断面处的计算 图 4 2 YK231 120 断面潜在滑动面示意图 安全系数 Ks取为 1 3 因为滑动面为平面 所以传递系数 i 1 结构面抗剪强度指标 c 为 10kPa 为 9 各潜在滑动面层分块依据 土块分得越多 计算的结果越精确 划分土块尽量接近规 则形状便于计算 由公式 计算各断面的剩余下滑力 计算 1 costan sin iiiii iiiii ss Wc L PWP KK 结果如表 3 1 3 4 最大下滑力 2139 46kN m YK231 120YK231 120 各滑动面示意图及分析数据各滑动面示意图及分析数据 图图 4 3 YK231 120 断面第一潜在滑动面示意图断面第一潜在滑动面示意图 第一潜在滑动面分析数据第一潜在滑动面分析数据 表表 4 1 小结 由计算结果知道 第一潜在滑动面的下滑力为 23 8KN m 该滑动面处 于稳定状态 可以进行简单的喷护挂网植草治理 图图 4 4 YK231 120 断面第二潜在滑动面示意图断面第二潜在滑动面示意图 第二潜在滑动面分析数据第二潜在滑动面分析数据 表表 4 2 小结 由计算结果知道 第二潜在滑动面的下滑力为 82 5KN m 该滑动面处 于稳定状态 可以进行简单的喷护挂网植草治理 图 4 5 YK231 120 断面第三潜在滑动面示意图 第三潜在滑动面分析数据第三潜在滑动面分析数据 表表 4 3 小结 由计算结果知道 第三潜在滑动面的下滑力为 1855 33N m 该滑动面处 于潜在滑动状态 需要用锚索或抗滑桩等方法进行支护处理 图图 4 6 YK231 120 断面第四潜在滑裂面示意图断面第四潜在滑裂面示意图 第四潜在滑动面分析数据第四潜在滑动面分析数据 表表 4 4 小结 由计算结果知道 第四潜在滑动面的下滑力为 2139 46N m 该滑动面处 于潜滑动状态 需要用锚索或抗滑桩等方法进行支护处理 4 2 2 YK231 309YK231 309 断面的下滑力计算 安全系数 s F取 1 3 因为滑动面为直线 所以传递系数 i 1 结构面抗剪强度指标 c 为 10kPa 为 9 各潜在滑动面层分块依据 土块分得越多 计算的结果越精确 划分土块尽量接近规 则形状便于计算 由公式 计算出滑坡各断面的剩余下滑力 1 costan sin iiiii iiiii ss Wc L PWP KK 计算结果如表 3 8 最大下滑力为 445 26kN m YK231 309 断面分析数据断面分析数据 把 YK231 309 断面分 4 个潜在滑动面如图 4 7 图图 4 8 YK231 309 断面第一潜在滑裂面示意图断面第一潜在滑裂面示意图 第一潜在滑动面分析数据第一潜在滑动面分析数据 表表 4 5 小结 由计算结果知道 第一潜在滑动面的下滑力为 23 98KN m 该滑动面处稳定状态 可以进行简单的喷护挂网植草治理 图图 4 9 YK231 309 断面第二潜在滑裂面示意图断面第二潜在滑裂面示意图 第二潜在滑动面分析数据第二潜在滑动面分析数据 表表 4 6 小结 由计算结果知道 第一潜在滑动面的下滑力为 34 78KN m 该滑动面处稳定状态 可以进行简单的喷护挂网植草治理 图图 4 10 YK231 309 断面第三潜在滑裂面示意图断面第三潜在滑裂面示意图 第三潜在滑动面分析数据第三潜在滑动面分析数据 表表 4 7 小结 由计算结果知道 第三潜在滑动面的下滑力为 103 92N m 该滑动面处于 潜在滑动状态 需要用锚索或抗滑桩等方法进行支护处理 图图 4 11 YK231 309 断面第四潜在滑裂面示意图断面第四潜在滑裂面示意图 第四潜在滑动面分析数据第四潜在滑动面分析数据 表表 4 8 小结 由计算结果知道 第四潜在滑动面的下滑力为 445 26N m 该滑动面处于 潜在滑动状态 需要用锚索或抗滑桩等方法进行支护处理 总结 由表 4 4 和表 4 8 计算出的 YK231 120 和 YK231 309 断面的剩余下滑力可知 YK231 120 断面的剩余下滑力较大 2139 46KN m YK231 309 剩余下滑力为 445 26 KN m 因此 选取该断面的剩余下滑力作为支护计算时的最大下滑力 考虑到两个断面的剩余下滑力 相差较大 在本设计中拟对两个断面分别进行设计与计算 5 YK231 120 断面处锚索设计与计算 在上一章中求出了滑坡推力 接下来即采用预应力锚索格构梁方案对该滑坡进行支护 设计与计算 预应力锚固技术在近代岩土工程中得到了广泛应用 特别是在滑坡加固工程中有显著 优越性 预应力锚固技术的最大特点 是尽可能少地扰动被锚固的土体或岩体 即不破坏 原有结构 并通过锚固措施合理地提高可利用岩体或土体的强度 所以预应力锚固技术是 最为高效和经济的加固技术 因此受到工程界的高度重视并得到迅速的发展 5 1 确定锚索钢绞线规格 表表 5 15 1 国标国标 7 7 丝标准型钢绞线参数表丝标准型钢绞线参数表 公称 直径 mm 公称 面积 mm2 每 1000m 理论重量 kg 强度 级别 N mm2 破坏 荷载 kN 屈服 荷载 kN 伸长率 70 破断荷 载 1000h 的 松弛 9 554 8432186010286 63 52 5 11 174 258018601381173 52 5 12 798 777418601841563 52 5 15 2139110118602592203 52 5 设计本路段 YK231 000 YK231 280 采用 1 7 标准型 直径 15 2mm 公称抗拉 强度 1860 MPa 截面积 139 mm2钢绞线 每根钢绞线极限张拉荷载 Pu为 259 KN 屈服 张拉荷载 Py为 220KN 5 2 锚索设置位置及设计倾角的确定 锚索设计中自由段伸入滑动面长度不应小于 1m 本工程一般取为 1 5m 满足要求 锚索布置在滑坡前缘 最优锚固角一般通过技术经济综合分析 按单位长度锚索提供抗滑增量最大时的锚索 下倾角为最优锚固角 另一种方法是从锚索受力最佳来考虑 按以下经验公式计算最优锚固角 45 2 规范规定锚索设计下倾角为 15 30 本设计中取 20 5 3 锚索间距及设计锚固力的确定 采用预应力锚索治理滑坡时 锚索提供的作用力主要有沿滑动面产生的抗滑力 及锚 索在滑动面产生的法向阻力 对加固厚度较大的岩质边坡 锚索在滑动面产生的法向阻力 应进行折减 折减系数 按 0 6 考虑 设计锚固力 t F P sintancos 2139 5 0 6sin 10 20 tan9 cos 10 20 2338 1KN m 设计锚索间距 3m 锚索支护段斜长度为 23 66m 设计 6 排预应力锚索 每孔锚索设 计锚固力为 Pt1 3x2338 1 6 1169 1KN 根据每孔锚索设计锚固力 Pt和所选用的钢绞线强度 计算整治每延米滑坡每孔所需锚 索钢绞线的根数 n 取安全系数 Fs1 1 8 则 1 8 x 1169 1 259 8 12 根 为安全起见 该处单孔锚索钢绞线取 9 根 11st u FP n P 5 4 锚固体设计计算 设计采用锚索钻孔直径 dh 0 13 m 单根钢绞线直径 d 0 0152 m 注浆材料用 M35 水 泥砂浆 锚索张拉钢材与水泥砂浆的极限黏结应力 u 3400 kPa 查表 M35 水泥砂浆与螺纹 钢筋 钢绞线之间粘结强度设计值 u 3400 锚索锚固段置于弱风化的较硬岩中 锚孔壁 对砂浆的极限剪切应力 760 KPa 查表得 岩石属于较硬岩 在 550 900KPa 间取值 锚索锚固段设计为枣核状 锚固体设计安全系数 Fs2 2 5 1 按水泥砂浆与锚索张拉钢材黏结强度锚固段长度 lsa 2 5x1169 1 5x3 14x0 0152x3400 3 6m 21st sa u FP l n d 2 按锚固体与孔壁的抗剪强度确定锚固段长度 la 2 5x1169 1 3 14x0 11x750 11 3m 21st a h FP l d 锚索的锚固段长度采用 lsa和 la中的最大值 11 3m 规范规定岩石锚杆的锚固段长度不 应小于 3 m 且不宜大于 8m 对预应力锚索 所以根据规范要求取为 8m 锚索总长度 锚固段长度 自由段长度 张拉段长度 取 1 5m 则锚索的布图如图 5 1 图图 5 15 1 YK231 120YK231 120 断面处锚索布置图断面处锚索布置图 6 YK231 120 断面处格构设计与计算 格构锚固结构是一种复合抗滑护坡结构 它利用浆砌块石 现浇钢筋混凝土或预制预 应力混凝土格构梁进行坡面防护 同时由于格构梁与坡面接触面较大 与格构梁相连接的锚 杆或锚索进行深层加固的效果很好 使得格构锚固结构既能保证深层加固又可兼顾浅层护 坡 另外格构锚固结构可以与绿化防护措施相结合 比如在格构框架内植草 在稳固边坡的 同时 还起到绿化边坡环境的作用 因此格构锚固结构是一种很有发展前途的抗滑护坡结 构 6 1 格构梁设计步骤 根据计算求得的锚固荷载和边坡实际情况 确定锚索分布及不同高度的锚索设计锚固 力 然后计算格构的内力 为了方便 将格构看作柱下交叉条形基础 然后再把荷载向两 个方向分配 按上述计算求得格构梁的荷载后 便可计算格构梁的内力 并按受弯构件考虑来验算 格构梁的强度和进行配筋计算 假设计算获得的格构梁的最大弯矩为 截面尺寸为 maxM b h 截面相对受压区高度为 截面有效高度为 h0 下面简要介绍配筋计算 b 6 1 1 计算配筋率 最大配筋率 1 max0 55 cc b yy ff ff 最小配筋率为中的较大值 minmin0 450 002 t y f f 或 6 1 2 验算双筋的可能性 如果 按单筋截面进行设计 否则按双筋截面进行设计 2 max1 0 1 0 5 cMf bh 6 1 3 单面配筋计算 受压区高度 0 1 ys b c f A xh f b 配筋截面积 max 0 s ys M A fh 配筋率 配筋率应满足要求 0 sA bh 6 1 4 配筋 纵向受力钢筋按计算设置 箍筋按照计算或者构造配置 6 2 现浇钢筋混凝土格构设计计算 6 2 1 格构形式的确定 根据格构采用的材料不同 格构可分为浆砌块石格构 现浇钢筋混凝土格构和预制预 应力混凝土格构 目前我国在边坡工程中主要使用浆砌块石和现浇钢筋混凝土格构 格构 的常用型式有 4 种 方型 菱型 人字型 弧型 本工程荷载比较大 故选取现浇钢筋混 凝土格构 方型和菱型格构水平间距均应小于 5 0m 人字型和弧型格构水平间距均应小 于 4 5m 钢筋混凝土格构断面设计应采用简支梁法进行弯矩计算 并采用类比法校核 一般断面高 宽不小于 300mm 250mm 格构纵向钢筋应采用 14 以上直径的 HRB335 级 螺纹钢筋 箍筋应采用 6 以上直径的钢筋 格构混凝土强度等级不应低于 C25 号 现浇钢筋混凝土格构护坡的坡面应平整 坡度一般不大于 70 如果是整体稳定性差 或下滑力较大的滑坡时 应采用预应力锚索进行加固 并且每隔 10 25m 宽度设置伸缩 缝 缝宽 2 3cm 填塞沥青麻筋或沥青木板 同时为了美化环境和防护表层边坡 在格 构间应培土植草 6 2 2 确定尺寸和计算特征值 把格构梁看做柱下交叉条形基础来处理 首先根据规范得知格构的截面尺寸的确定范 围 高 宽在 300mm 250mm 500mm 400mm 之间取值 初步设计格构截面为 500 400mm 采用 C25 号混凝土 fc 11 9N mm2 HRB335 级螺纹钢 fy fy 300N mm2 格格构梁的惯性矩 334 11 0 4 0 50 0042 1212 bIbhm 格构梁弹性模量 地基基床系数 k N m 28 0 b EGPa 则 格构梁的弹性特征值 柔度指数 4 b kb 4EI 因为本工程格构纵横梁间距相等 故有 0 14xy 1 m x y 方向特征长度 111 7 14 0 14xy SxSym 水平和竖向的格构的截面宽度都是 b 400mm 所以 b bx by 400mm 6 2 3 验算地基承载力 现浇混凝土格构作用的支护段 23 4m 的压力由该支护段上锚索的锚固力产生 P 2338 1x5 5x3x0 4 6x4x0 4 749 4 KPa 锚索支护段的岩石属于较破碎强风化较硬岩 岩石 frk取为 30 KPa 查规范折减系数 0 1 0 2 取为 0 15 则该岩石承载力 r fa 0 15x30000 4500 KPa 749 4KPa 所以地基承载力满足要求 frrk 6 2 4 内力计算 1 利用节点荷载分配原则对每孔锚索的锚固力进行水平和竖直的分解 Fi 为每孔锚索的锚固力 即 Fi Pt1 1169 1KN 内柱结点 Zx Zy 1 节点荷载 Fix Fiy xxx i xxyy Z b S F b Sb S yyy i yyxx Z b S F b Sb S 0 5 1169 1 584 5KN 边柱结点 假设悬臂长度 lx ly 1 0m Zx 1 Zy 1 37 或者 Zy 1 Zx 1 37 因为 纵横格构梁间距相等 现只算一边 Fix 0 7 1169 1 818 37KN yxx i xxyy y Z b S F Z b Sb S Fiy 0 4 1169 1 467 64KN yy i yyxx b S F b SZyb S 角柱结点 Zx Zy 1 37 节点荷载 Fix Fiy xxx i xxyy yx Z b S F Z b SZ b S yyy i yyxx xy Z b S F Z b SZ b S 0 5 1169 1 584 55KN 2 利用 倒梁法 原理 把格构看作是一个多跨连续梁 从中选取 5 跨作为一个计算 模型进行计算 图 6 1 格构梁计算模型示意图 计算梁底均布荷载 q F L 2 818 37 4 584 55 20 1 0 2 180 7KN m 查表得 5 跨连续梁在反向均布荷载作用下支座和跨中弯矩内力系数 MB 0 105 MC 0 079 M1 0 078 M2 0 033 M3 0 046 A 点按悬臂梁计算其弯矩 MA 0 5 180 7 1 02 90 4 KNm MB 0 105 180 7 42 303 6 KNm MC 0 079 180 7 42 228 4KNm M1 0 078 180 7 42 225 5 KNm M2 0 033 180 7 42 95 4KNm M3 0 046 180 7 42 132 9 KNm 由上述计算可知跨中最大弯矩在第一 第五跨 Mmax 225 5KNm 支座最大弯矩为 MB ME 303 6kNm 格构梁弯矩图见图 6 2 格构梁受力图 6 2 a 格构梁弯矩图 6 2 b 计算 5 跨连续梁的剪力 A 点左边剪力 180 7 1 0 180 7kN L A V A 点右边剪力 180 74303 690 4 308 224 R BA A MMql kN l V B 点左边剪力 180 74303 690 4 414 7 224 L BA B MMql kN l V B 点右边剪力 180 74303 6228 4 342 6 224 R BC B MMql kN l V C 点左边剪力 180 74303 6228 4 342 6 224 L BC C MMql kN l V C 点右边剪力 361 4 180 74 22 L C ql kNV 由上述计算可知支座最大弯矩为 MB ME 414 7kNm 格构梁剪力图见图 6 3 格构梁剪力图 6 3 6 2 5 格构配筋计算 1 格构正截面配筋设计 用第一 第五跨跨中最大弯矩 Mmax 225 5kNm 作为格构梁的最大弯矩进行配筋 2 10 1 0 5 1 35 cbb f bh M 11 9 1000 0 4 0 4602 0 55 1 0 5 0 55 1 35 297 5KNm Mmax 225 5KNm 所以采用单筋截面配筋 6 22 10 1 351 36225 5 10 0 3045 11 9400460 s c M f bh 12120 30450 374711 s 2 01 0 375400460 11 9 300 2737 c s y bhf Amm f 查表 格构正截面选用 6 25 HRB335 钢筋 AS 2945mm2 2 格构斜截面设计 验算截面限制条件 Vmax VBL 414 7 kN V 0 G Vmax 1 0 1 35 414 7 559 8KN 截面高宽比 0 50040 1 154 400 h b 0 25 cfcbh0 0 25 1 0 11900 0 4 0 460 547 4 KN V 559 8kN 所以截面满足要求 最大截面剪力配筋计算 V 559 8kN 0 7ftbh0 0 7 1270 0 4 0 475 168 9KN 故需要计算配置箍筋 选用 HRB335 的 10 钢筋 0 0 2 194 0 75598000 7 1 27 400 475 1 251 25 300 475 SVt yv bAVf h Sf h 设置双肢箍筋 箍筋间距为 1 278 5 71 56 2 1942 194 SV nA smm 取 s 70 mm 验算是否满足最小配箍率 箍筋最小配筋率 min 1 27 0 240 240 102 300 t sv yv f f 箍筋的配筋率 min 278 5 0 561 40070 SV svsv A bs 所以满足要求 所以 格构箍筋选用 10 HRB335 钢筋 双肢箍 间距 70mm 本工程中 由锚索布置可以看出在竖直方向上把格构简化为 5 跨连续梁可能会存在较 大误差 在此 对竖直方向格构梁用静力法计算其内力以校正误差 6 3 利用静定分析法计算竖向格构梁的内力 按简支梁对格构梁进行内力计算 悬臂为 1 米 6 3 1 内力计算 计算梁底均布荷载 q F L 2 584 55 6 194 85KN m 图图 6 46 4 竖向格构梁计算模型简图竖向格构梁计算模型简图 支座处弯矩 MA MB 0 5 194 85 1 02 97 43 KNm 跨中弯矩 M1 22 1 194 85 4 97 43292 27 88 A ql MMkNm 计算各处剪力 VAL 194 85 1 194 85kN VAR 194 85 584 55 389 7kN 由上述计算可知 Mmax 292 27KNm Vmax 389 7 KNm 图 a 图 b 图 6 5 竖向格构梁弯矩图 a 剪力图 b 6 3 2 正截面配筋计算 用跨中弯矩 Mmax 292 27kNm 作为地梁的最大弯矩进行配筋 11 9 1000 0 4 0 4752 0 55 1 0 5 0 55 1 35 2 10 1 0 5 1 35 cbb f bh M 317 22kNm Mmax 292 27kNm 所以采用单筋截面配筋 6 22 10 1 351 35 292 27 10 0 3674 11 9 400 475 s c M f bh 11 211 2 0 36740 4851 s 2 01 0 4851 400 475 11 9 3656 1 300 c s y bhf Amm f 查表 选用 6 28 HRB335 钢筋 AS 3695mm2 6 3 3 格构斜截面配筋计算 1 验算截面限制条件 Vmax VBL 389 7Kn V 0 G Vmax 1 0 1 35 389 7 526 1KN 截面高宽比 0 1 184 50025 400 h b 0 25 cfcbh0 0 25 1 0 11900 0 4 0 75 892 5 KN V 526 1kN 所以截面满足要求 2 最大剪力截面配筋 V 526 1kN 0 7ftbh0 0 7 1270 0 4 0 475 168 9 kN 故需要计算配置箍筋 选用 HRB335 的 10 钢筋 0 0 0 75261000 7 1 27 400 475 2 005 1 251 25 300 475 SVt yv AVf bh sf h 设置双肢箍筋 箍筋间距为 1 2 78 5 74 76 2 12 1 SV nA smm 取 s 75mm 3 验算是否满足最小配箍率 箍筋最小配筋率 min 1 27 0 240 240 102 300 t sv yv f f 箍筋的配筋率 满足要求 min 2 78 5 0 523 400 75 SV svsv A bs 所以 竖向格构梁箍筋选用 10 HRB335 钢筋 双肢箍 间距 75mm 7 YK231 309 截面锚索计算 7 1 确定锚索钢绞线规格 因为该截面下滑力 445 26KN 设计本路段 YK231 000 YK231 280 采用 1 7 标准型 直径 15 2mm 公称抗拉强度 1860 MPa 截面积 139 mm2钢绞线 每根钢绞线极 限张拉荷载 Pu为 259 KN 屈服张拉荷载 Py为 220KN 7 2 锚索设置位置及设计倾角的确定 锚索设计中自由段伸入滑动面长度不应小于 1m 本工程满足 锚索布置在滑坡前缘 本设计中该断面处仍取 20 7 3 锚索间距及设计锚固力的确定 采用预应力锚索治理滑坡时 锚索提供的作用力主要有沿滑动面产生的抗滑力 及锚 索在滑动面产生的法向阻力 对加固厚度较大的岩质边坡 锚索在滑动