高边坡锚杆支护设计及计算问题研究

摘要：目前, 重力式支护这种设计结构已经被边坡设计项目所运用，然而，这种设计结构对边坡坡脚处的地基承载能力以及施工的空间程度都有着十分严格的要求, 就锚杆框架的支护而言，其平面位置的具体要求相对来说是比较低的。

关键词：高边坡锚杆；支护设计；计算问题

中图分类号：U455.7+1文献标识码：A 文章编号：

引言：

近年来，分层加固开挖支护工序已被应用到锚杆框架的支护结构之中，由于这种现代的结构技术方法具有造价成本低廉，施工进展速度快，场地的具体要求较低，而且安全系数高等优点，所以它已经逐渐取代了传统的施工方法，成为工程界的实用技术，并且具有巨大的发展潜力。

1.工程情况

乐昌峡水利枢纽工程需建一值班管理楼。其中，东南方向需扩宽，部分山体需挖除。由于山体的整体坡度比较陡峭,如果采用自然放坡，要挖掉半个山坡。为了降低施工的工作量,在需要进行深挖的边坡运用锚杆支护的办法, 以边坡稳定为前提,将具体的施工方案尽最大可能的做到采用先进技术、合理、经济,着重贯彻生态防护的观念,把植物防护作为方案的主要防护方法。

2.锚杆的具体应用范围和其工作原理

锚杆支护在最近的几年中作为一种与众不同的挡土技术出现，其功能主要是能够稳定边坡以及开挖土体,同时它还有使用材料节省、施工进度快捷、造价成本低廉等特点。在深基坑项目以及山体、道路的支护项目比较适用。这种技术不仅能够起到临时支护土体开挖的作用,还能够进行长期性的挡土结构修护。

由于土体的抗拉强度接近于零，抗剪强度也不是很高，所以自然的土坡能够直立的临界高度是非常小的。如果在土坡的临界值低于其直立的高度、坡顶面积超过其承载能力过多或者是其它因素发生改变，比如土体的含水量发生更改的情况下,都有可能会导致土坡失稳。基于以上原因所以就将支挡结构运用进来，能够起到承载侧压力并能够控制其发展，防止其变形,这种支挡结构被称作是被动制约结构。锚杆是在土体中安放一个固定密度和长度的锚固体,这能够使土体的强度增加,同时还能够使土坡本身的稳定性增加,所以被称作是主动制约结构。对锚杆抗拔进行试验，最终结果显示，在拔出时所产生的滑移是在锚杆的侧面与锚固体接触特别近的土膜处,就一次灌浆压力的锚杆来说,它会根据各异的土质产生界面不同的摩阻力实值t，详见表1

3.框架支护等级设计

本工程边坡分为三级,为减少开挖量，其中第一级、第二级采用格构式钢筋混凝土梁锚杆加固,方格内采用三维网进行植草防护。第三级开挖至稳定坡度后直接用三维网进行植草。

3.1参数规划第一级边坡的高度定为10m，坡度1∶0.5，斜面长度11.2m。第二级高度8.48m,坡度1∶0.75,斜面长度10.6m。第三级的坡度是1∶1.25。总支护面积约2 200m2,高差23.42m。锚杆的整体布局运用的是方格形式,横向与竖向的距离都是2m,采用d32 以及HRB335 级的钢筋, 水泥注浆的钻孔的半径是55mm, 其强度在20MPa 以上, 其承受的压力要在0.5MPa 以上;把400mm（高）×300mm（宽）的C25 的钢筋混凝土的框架梁搭成面层结构,而锚杆顶部要固定在框架梁里面,平面效果见图1。

3.2计算土压力

瑞典条分法被用作是圆弧的稳定性分析的一种方法,选取其中摩擦加大的滑动面，其计算结果如下: 滑动圆心(—4.87,33.88)m,滑动半径34.23m,土体部分下滑力2 259.23kN,

土体部分抗滑力=1746.76kN。

3.3锚杆设计计算

1）标准值和设计值：

按照GB50330—2002《建筑边坡工程技术规范》的规定进行,用下式计算：

Nak=Htk/cosα=986.3kN

Na=rQNak=1286.19kN

式中，rQ为荷载分项系数, 取1.3；Nak为锚杆轴向拉力标准值；Na为锚杆轴向拉力设计值；Htk为锚杆所受水平拉力标准值；α为锚杆倾角。

2）锚杆钢筋截面面积

As≥r0Na /(ξ2 fy)=7.3×10-3m2

式中，ξ2 为锚筋抗拉工作条件系数, 永久性和临时性锚杆分别取0.69,0.92；r0

为边坡重要性系数, 取1.3；As为锚筋截面积；fy为钢筋抗拉强度设计值。

3）锚杆与锚固砂浆间的锚固长度要求

la≥r0Na /(ξ3nπdfb)=9.3m

式中，r0 为边坡工程重要性系数, 取1.1；f b 为钢筋与锚固砂浆间的黏结强度设计值，kPa, 取2.1kPa；ξ3 为钢筋与砂浆黏结强度工作条件系数,永久性和临时性锚杆分别取0.60,0.72；

n 为钢筋根数；d 为钢筋直径；la 为锚杆钢筋与砂浆间的锚固长度。各根钢筋自由段长度和总长计算成果见表2。为便于施工,锚杆配筋为12d32,设计抗拔力120kN。其布置如图2 所示。

3.4排水设计

在坡顶处要安放一个截水沟，在坡面的交割的地方安放一个急流槽，在框架内安放一个流水凹槽的排坡面,在坡底处安放一个排水沟。这样，坡面水就会经流水凹槽聚集在坡底排水沟处或者聚集在急流槽内，然后流到边坡外。

4.框架的施工过程及注意事项

4.1要按照规定分段、分层的实行边坡开挖计划,并对锚杆按层施工,其中分层的高度要控制在2m 内,长度控制在20m内,在开挖执行后要马上对锚杆以及土体实行封闭。

4.2按照策划的具体要求，要选取具有合规的下倾角、平面方位、孔径、孔深的钻具以及钻机。

4.3在钻孔按照预定的深度完成后，当遇部分土质松散不能成孔或者存在障碍物不能继续成孔的, 这时锚管锚杆完全可以取代钢筋锚杆。

4.4经检查无误的锚杆机孔可以放置锚杆，要确保其准确的位置，每隔大约2m 的地方焊接钢筋,其中外露的锚杆长度是350mm,这是为了更好地将框架梁与锚杆相接。

4.5在高的边坡处开始施工时, 如果锚杆的长度控制超过10m,而且工作台拥挤并不能够符合施工标准时,首先要考虑的是机械连接,这个工程运用钢筋直螺纹相接技术。

4.6在锚杆放置好时应该马上注浆,这是要确保锚杆和周围的土体能够更好地结合。

4.7对于混凝土框架梁来说，最好运用就地立模浇筑的方法,能够保证横梁和竖肋的整体效果,还能够保证框架梁和岩土接触紧密。

5.结语

为了使锚杆施工完全符合设计的标准, 在施工开始之前应展开抗拔力试验,施工过程中实行锚杆抗拔力检测,这样才能使得边坡具有完整性、坡体具有稳定性。

参考文献：

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