懸臂式垂向錨桿復合擋土墻及其設計與施工方法
【專利摘要】本發明涉及邊坡工程與滑坡地質災害加固防治【技術領域】，具體涉及運用鋼筋混凝土懸臂式擋土墻與錨桿聯合加固邊坡的復合擋墻治理方法。本發明的懸臂式垂向錨桿復合擋土墻，包括基巖層（5）、邊坡坡面（2），邊坡坡面（2）的末端設有擋墻（4），擋墻（4）、基巖層（5）沿同一豎直方向開有錨孔，錨孔內設有錨桿（1），錨桿（1）與錨孔之間填充水泥砂漿。綜上所述，本發明的懸臂式垂向錨桿復合擋墻在下覆為堅硬基巖的道路、河流邊坡中，因基巖過于堅硬而無法進行大量人工開挖設置擋墻的墻趾、墻踵，而用垂向加固錨桿取而代之，不僅節省了開挖所需的工作量，還大大提高了擋土墻的抗彎和整體性能。
【專利說明】懸臂式垂向錨桿復合擋土墻及其設計與施工方法【技術領域】
[0001]本發明涉及邊坡工程與滑坡地質災害加固防治【技術領域】，具體涉及運用鋼筋混凝土懸臂式擋土墻與錨桿聯合加固邊坡的復合擋墻治理方法 。
【背景技術】
[0002]我國幅員遼闊，地質環境分布差異十分復雜，是滑坡地質災害發生頻繁、災害損失極為嚴重的國家。隨著經濟建設的飛速發展，在水利水電、鐵路、公路、礦山建設等工程領域都會遇到大量的邊坡工程加固治理問題，為避免滑坡危害的發生及其引起的生命財產損失，運用擋土墻加固治理邊坡的穩定性是滑坡災害防治領域非常有效的方法，而提高邊坡穩定性及防止邊坡失穩的關鍵在于減少滑體剩余下滑力和增加滑裂面的抗滑力。目前，常用的邊坡抗滑支擋結構工程有普通抗滑擋墻、預應力錨索框架和抗滑樁等。
[0003]普通抗滑擋墻在邊坡治理中主要是依靠墻體自身重量所產生的墻底摩阻力來抵抗滑坡的下滑力，利用墻體自身重量或結合部分土體重量來抵抗邊坡傾覆，其截面往往較大，而且坡底需要大量的開挖，但這種開挖會對邊坡坡腳進行額外削方，抬高邊坡剪出口，往往增大邊坡失穩發生塌滑的可能性。綜其原因，普通抗滑擋墻有其圬工量大、施工周期長、施工空間要求較高、抗滑能力有限等缺點。
[0004]預應力錨索框架穩定加固邊坡主要是利用其穿透邊坡滑裂面而錨于深層穩定基巖中的錨索來提供抗滑力，框架起框箍作用，在工程加固過程中常根據邊坡坡體、坡形條件采用邊坡分層加固的方式。但在邊坡加固工程中預應力錨索框架加固的前提條件是被加固滑坡坡體具有一定強度和足夠長度錨固巖土體，而多數土層邊坡和堆積層邊坡的坡體沒有具有一定強度和足夠長度錨固巖土體，因而無法運用預應力錨索框架穩定加固該類邊坡。此外，錨索還易受酸性腐蝕，且普遍存在應力松弛現象，以及土體蠕變對錨索的影響等不利因素，導致錨固于邊坡的錨索錨固力大大降低，且減少工程加固的年限，另其工藝復雜，施工難度較大，不宜用于高陡邊坡的治理和加固。
[0005]抗滑樁對滑坡體的加固作用主要是利用將抗滑樁打入滑裂面以下的穩定基巖中，以樁的抗力(錨固力)來平衡滑動體的下滑推力，以達到穩定邊坡的目的。當滑坡體下滑時受到抗滑樁的阻抗，使樁前滑體達到穩定狀態。抗滑樁埋入地層以下深度，按一般經驗，軟質巖層中錨固深度為設計樁長的三分之一；硬質巖中為設計樁長的四分之一 ；土質滑床中為設計樁長的二分之一；當滑體沿基巖面滑動時，抗滑樁的錨固深度宜采用樁徑的2-5倍。但由于抗滑樁需要埋入地下一定深度，而對于下覆為堅硬基巖的邊坡，或具有大尺度粒徑和大厚度的河卵礫石的邊坡其施工難度極大，甚至無法施工。而且在抗滑樁加固工程中，鉆孔打樁時會對滑坡體擾動較大，尤其是正在活動的滑坡體，可能會加劇滑坡的發生。
[0006]傳統懸臂式擋土墻采用鋼筋混凝土豎墻與橫向底板組成，底板包括墻趾和墻踵，底板產生的反向彎矩提供擋墻的抗滑和抗傾覆能力，但墻趾、墻踵的施工需要占用足夠的空間，且墻趾、墻踵需開挖基巖，埋置在坡體下部，依靠底板上的填土重量維持擋土墻和邊坡的穩定，顯然，傳統懸臂式擋土墻不適應施工空間條件不足，下覆基巖堅硬的地質環境與條件的滑坡防治。
[0007]綜上所述，傳統邊坡抗滑支擋結構工程各有其特點，但也存在各自的不足和缺陷。但對下覆為堅硬基巖或大尺度粒徑和大厚度的河卵礫石的(很難清理)的交通道路邊坡或河流堆積層邊坡工程，由于邊坡坡角即為交通道路或河流邊界且邊坡下覆為堅硬基巖或大量礫卵石，放坡開挖施工空間極其有限，甚至根本沒有放坡開挖施工空間，而且坡體內部不存在具有一定強度和足夠長度錨固巖土體，所以運用傳統的擋土墻或抗滑樁抗滑工程進行治理時必然存在開挖空間受限，且存在開挖難度大、開挖成本高等局限，使得傳統的抗滑工程結構無法施工且不能滿足其邊坡的抗滑設計要求。
【發明內容】
[0008]本發明的技術效果能夠克服上述缺陷，提供一種懸臂式垂向錨桿復合擋土墻，其主要針對特殊地質和特殊施工條件的有效邊坡抗滑擋土墻結構工程。
[0009]為實現上述目的，本發明采用如下技術方案:其包括基巖層、邊坡坡面，邊坡坡面的末端設有擋墻，擋墻、基巖層沿同一豎直方向開有錨孔，錨孔內設有錨桿，錨桿與錨孔之間填充水泥砂漿。
[0010]錨孔沿公路方向間隔設置。水泥砂漿強度不小于M30。錨桿貫穿整個擋墻。
[0011]本發明的目的是針對下覆為堅硬基巖或大尺度粒徑和大厚度的河卵礫石的交通道路或河流堆積層邊坡，提供一種新型的抗滑支擋結構——懸臂式錨桿復合擋墻，解決下覆為堅硬基巖或大量卵礫石的交通道路或河流邊坡工程的加固防治等穩定性問題。該懸臂式錨桿復合擋墻主要特點是運用鋼筋混凝土懸臂式擋土墻盡量減少擋墻基礎的寬度，創造擋墻基礎的施工條件與施工空間；運用豎向錨桿的錨固力來代替和補償傳統懸臂式擋土墻的墻趾墻踵的作用力，不僅可減少開挖基巖、礫石的工程量，而且可達到增加復合懸臂式擋土墻的抗滑力和提高結構的整體剛度與穩定性。本發明通過在現有鋼筋混凝土懸臂式擋土墻內設置豎向錨桿，用錨桿的錨固力來提供滑體的抗滑和抗傾覆能力，從而達到在場地和地質條件受限制的情況下穩定邊坡的目的。此擋土墻采用鋼筋混凝土墻體，大大提高了擋土墻的抗彎和整體性能，錨桿打入下伏基巖中相對簡單方便，施工難度較小，費用低。
[0012]本發明的垂向懸臂式錨桿擋墻，在加固、治理邊坡的過程中，主要依靠錨入穩定基巖的錨桿，結合懸臂式鋼筋混凝土擋墻來達到治理的目的，錨桿的抗剪強度增大邊坡抗滑力，而深埋入穩定基巖的錨桿因其錨固能力，在增加邊坡抗滑力的同時增大復合擋墻的抗傾覆能力，此發明能夠完全達到治理邊坡的目的，而選擇預應力錨桿的話，同等條件下，會加大治理的預應力錨桿的測試難度、施工難度與邊坡治理周期。
[0013]本發明的復合擋墻，在設計發明過程中，充分考慮安全、經濟、高效的治理原則，主要優化設計了治理中入巖錨桿的錨固深度，錨桿布設間距，在治理安全的前提下，降低治理成本。
[0014]本發明的另一個目的是提供一種所述的擋土墻的設計與施工方法，包括如下步驟:
[0015]步驟一，傳統懸臂式擋土墻相關參數的確定:
[0016]根據傳統懸臂式擋土墻設計規范和待治理邊坡坡形、坡高、坡體厚度條件，確定傳統懸臂式擋墻基礎寬度D、高度H以及墻內配筋；[0017]步驟二，懸臂式垂向錨桿復合擋土墻基礎寬度的確定:
[0018]以步驟一確定的傳統懸臂式垂向擋土墻基礎寬度D作為懸臂式錨桿復合擋土墻基礎寬度，采用墻體沿高度等厚設計，并沿平行道路或河流方向，進行坡腳清理和開挖，形成懸臂式垂向錨桿復合擋土墻基礎基槽；
[0019]步驟三，復合擋土墻垂向錨桿有效臨界錨固深度h的確定:
[0020]在治理現場進行一組原位錨桿抗拔試驗，測得錨桿鋼筋與周圍灌漿料之間的粘結力Rb及砂漿與巖石間的粘結力Rg隨深度變化的破壞拉力值及其相應錨固深度，描繪出極限拉力與錨固深度的變化曲線，從而可確定錨桿破壞拉斷時臨界拉力R所對應的深度，此深度即為錨桿的臨界錨固深度；
[0021]步驟四，單位長度復合擋土墻垂向錨桿有效設計根數η的確定:
[0022]I)根據傳統懸臂式擋墻的設計原則與規范，懸臂式垂向錨桿復合擋土墻應同時滿足擋墻抗滑、抗傾覆的條件，邊坡最大下滑力P大小、方向與合力作用點及懸臂式擋土墻相關參數，確定單位長度內錨桿所承受的剪力T1，垂向拉力T2:
【權利要求】
1.一種懸臂式垂向錨桿復合擋土墻，包括基巖層(5 )、邊坡坡面(2 ),邊坡坡面(2 )的末端設有擋墻(4)，其特征在于，擋墻(4)、基巖層(5)沿同一豎直方向開有錨孔，錨孔內設有錨桿(1)，錨桿(I)與錨孔之間填充水泥砂漿。
2.根據權利要求1所述的懸臂式垂向錨桿復合擋土墻，其特征在于，錨孔沿公路方向間隔設置。
3.根據權利要求1所述的懸臂式垂向錨桿復合擋土墻，其特征在于，水泥砂漿強度不小于M30。
4.根據權利要求1所述的懸臂式垂向錨桿復合擋土墻，其特征在于，錨桿(1)貫穿整個擋墻(4)。
5.一種上述任一權利要求所述的擋土墻的設計與施工方法，其特征在于，包括如下步驟: 步驟一，傳統懸臂式擋土墻相關參數的確定: 根據傳統懸臂式擋土墻設計規范和待治理邊坡坡形、坡高、坡體厚度條件，確定傳統懸臂式擋墻基礎寬度D、高度H以及墻內配筋； 步驟二，懸臂式垂向錨桿復合擋土墻基礎寬度的確定: 以步驟一確定的傳統懸臂式垂向擋土墻基礎寬度D作為懸臂式錨桿復合擋土墻基礎寬度，采用墻體沿高度等厚設計，并沿平行道路或河流方向，進行坡腳清理和開挖，形成懸臂式垂向錨桿復合擋土墻基礎基槽； 步驟三，復合擋土墻垂向錨桿有效臨界錨固深度h的確定: 在治理現場進行一組原位錨桿抗拔試驗，測得錨桿鋼筋與周圍灌漿料之間的粘結力Rb及砂漿與巖石間的粘結力Rg隨深度變化的破壞拉力值及其相應錨固深度，描繪出極限拉力與錨固深度的變化曲線，從而可確定錨桿破壞拉斷時臨界拉力R所對應的深度，此深度即為錨桿的臨界錨固深度； 步驟四，單位長度復合擋土墻垂向錨桿有效設計根數n的確定: 1)根據傳統懸臂式擋墻的設計原則與規范，懸臂式垂向錨桿復合擋土墻應同時滿足擋墻抗滑、抗傾覆的條件，邊坡最大下滑力P大小、方向與合力作用點及懸臂式擋土墻相關參數，確定單位長度內錨桿所承受的剪力T1，垂向拉力T2:
6.根據權利要求5所述的擋墻的設計與施工方法，其特征在于，步驟四中基本受力條件與穩定性計算如下: 1)作用在擋墻上的水平推力為F1:F1=ΣE=Pcosα 式中，α為滑坡推力作用線與水平線的夾角，E為作用在擋墻上的水平方向合力； 2)懸臂式垂向錨桿復合擋墻的抗滑穩定性: 墻體底部錨嵌在基巖內的反向推力的大小取決于基巖剪切強度τ以及墻底抗滑摩阻力，當基巖發生剪切破壞的時候，即嵌入基巖內的墻體擠壓巖石破壞時，作用在墻體上的反向推力F最大，此時邊坡的下滑力主要由錨桿承擔，反向推力F等效為:
【文檔編號】E02D29/02GK103526773SQ201310500633
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年10月22日 優先權日:2013年10月22日
【發明者】賀可強, 徐科峰, 孫海濤, 王凱, 楊德兵 申請人:青島理工大學