道路工程高边坡支护处理探析

摘要：在道路工程建设中，经常要遇到高边坡施工，一般都要搭设排架进行边坡的系统支护加固。随着排架施工项目的增多，排架垮塌等安全事故屡有发生，排架的设计安全日渐突出。本文结合某工程实例，对公路高边坡支护处理方法进行了研究总结。

关键词：公路；边坡支护；搭设；拆除

一、工程概况

高边坡支护技术是目前岩土工程领域中较为复杂的技术之一,特别是对坡顶附近将新建重要建筑物的高倾土质边坡的加固支护更为复杂。某公路工程地理位置特殊，地势险峻，边坡垂直高差达215米，自然坡度50°左右，另有多条陡坎带穿过，边坡开挖后坡度为75°～90°。该道路高边坡支护主要工程项目为：砂浆锚杆、预应力锚索、钢筋桩、挂钢筋网喷混凝土等，支护施工采用扣件式双排钢管排架作业，开挖和支护同步进行，立体交叉作业。

二、支护设计

（一）钢管选材

钢管采用外径48mm，壁厚3.5mm的管材；钢管应平直光滑，无裂缝、结疤、分层、错位、硬弯等缺陷；钢管两端截面应平直，切斜偏差不大于1.7mm，严禁有毛口、卷口和斜口等现象；排架钢管的尺寸应符合相关规范要求，每根钢管的最大重量不应大于25kg；钢管应有产品质量合格证。

（二）扣件

采用可锻造铸铁制作的扣件，其材质应符合现行国家标准《钢管脚手架扣件》（GB15831-1995）的规定；扣件必须有产品合格证或租赁单位的质量保证证明；旧扣件使用前应进行质量检查，有裂缝、变形的严禁使用，出现滑丝的螺栓必须更换。

（三）脚手板

用螺栓将侧立的竹片并列连接而成；板长一般2～2.5m，宽为0.25m，板厚一般不小于50mm；螺栓直径8～10mm，间距500～600mm，首支螺栓离板端200mm～250mm；有虫蛀、枯脆、松散现象的竹跳板不得使用。

（四）连墙件及安全网

连墙件采用Φ28mm的Ⅱ级螺纹钢，材质符合现行国家标准《碳素结构钢》（GB/T700）中Q235―A级钢的规定。安全网采用正规厂家生产的具有安全防护合格证的产品。

三、计算

（一）计算依据

《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》（JGJ130-2001）；《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）；工程设计图纸及地质资料等。

（二）排架的设计计算参数

搭设高度H=64m（取最大高度，36排），步距h=1.8m，立杆纵距la=1.5m，立杆横距lb=2.0m，连墙件为2步3跨设置，脚手板为毛竹片，按同时铺设6排计算，同时作业层数n1=3。排架材质选用φ48mm×3.5mm钢管，截面面积A=489mm2，截面模量W=5.08×103mm3，回转半径i=15.8mm，抗压、抗弯强度设计值f=205N/mm2，基本风压值ω0=0.7kN/m2，计算时忽略雪、雨水荷载等，边坡倾角大于等于85°。

（三）荷载分类

作用于排架的荷载可分为永久荷载（恒荷载）与可变荷载（活荷载）。

永久荷载（恒荷载）可分为：A、排架结构自重，包括立杆、纵向水平杆、横向水平杆、剪刀撑、横向斜撑和扣件等的自重；B、 构、配件自重，包括脚手板、栏杆、挡脚板、安全网等防护设施的自重。

可变荷载（活荷载）可分为：A、施工荷载，包括作业层上的人员、器具和材料的自重；B、风荷载。

（四）荷载标准值

结构自重标准值：gk1=0.1248kN/m2（双排排架）；竹脚手板自重标准值：gk2=0.35kN/m2（可按实际取值）；栏杆与挡脚板自重标准值：gk3=0.14kN/m2 （可按实际取值）；施工均布活荷载：qk=3kN/m2。

风荷载标准值：ωk=0.7μz•μs•ω0=0.045kN/m2，

式中：μz――风压高度变化系数，取1.82；

μs――排架风荷载体型系数，全封闭式为1.0φ，φ为挡风系数，φ取0.089；

ω0――基本风压值，查《建筑结构荷载规范》得0.4 kN/m2。

（五）纵向水平杆、横向水平杆计算

1．横向水平杆计算

按简支梁计算，计算过程如下：

每纵距脚手片自重NG2k=gk2×la×lb=0.35×1.5×2.0=1.05kN

每纵距施工荷载NQk=qk×la×lb=3×1.5×2.0=9kN

MGk――脚手板自重标准值产生的弯矩，MGk=0.7875kN•m

MQk――施工荷载标准值产生的弯矩, MQk=6.75kN•m

纵向、横向水平杆弯矩设计值：

M=1.2MGk+1.4MQk=10.395kN•m

M/V=10.395/(1.5×2×1.8)×100=192.5kN/mm2

则横向水平杆抗弯强度满足要求。

[v]=la/150=10mm

根据现场实际取值计算：v==2.63mm

v

2．纵向水平杆计算

按三跨连续梁计算，计算过程如下：其中，脚手片自重均布荷载G2k= 0.23kN/m、施工均布荷载Qk= 2kN/m，q=3.076kN/m、MGk max=0.05175kN•m、MQk max=0.45kN•m，M=1.2MGkmax+1.4MQkmax=0.6921kN•m，

M/V=0.6921/(1.5×2×1.8)×100=12.82kN/mm2

抗弯强度满足要求。

[v]=lb/150=13.33mm

根据现场实际取值计算：v=3.44mm

v≤[v]则挠度满足要求。

3．横向水平杆与立杆连接的扣件抗滑承载力验算

横向水平杆传给立杆的竖向作用力：R=(1.2NG2k+1.4NQk)/2=6.93kN，Rc=8.00kN，R≤Rc，则扣件抗滑承载力满足要求。

（六）立杆计算

单立杆竖向承载力：

N=1.2(NG1k+ NG2k)+0.85×1.4∑NQk=30.06kN

立杆计算长度l0计算：l0=kμh=3.3264m

k――计算长度附加系数，其值取1.155

μ――考虑脚手架整体稳定因素的单杆计算长度系数，取μ=1.60

h――立杆步距，为1.8m

Mw=0.85×1.4Mwk=0.85×1.4ωklah2/10=0.026kN•m

M/V=0.026/(1.5×2×1.8)×100=0.481N/mm2＜f=205 N/mm2

则立杆稳定性满足要求。

（七）插筋计算（按两步三跨设置）

Nlw=1.4•ωk•Aw=1.02kN

Nlw＜Rc=8.00kN

抗滑承载力能满足要求。

（八）立杆地基承载力计算

fg――立杆基础底面平均压力；N――基础顶面的轴向力设计值，11.3kN；A――基础底面面积；fg――地基承载力设计值，本工程为岩石马道，部分为爆破松散体，为保险起见，按照承载力低的粘土计算，fg=kc•fgk

kc――排架地基承载力调整系数，粘土取0.5

fgk――地基承载力标准值，查工程地质报告为85kPa

则A

则排架基础满足承载力要求，宽度1.8～2.5m即可符合要求。

四、支护搭设

排架搭设人员经过培训教育，考试、体检合格，持证上岗；搭设前必须在现场对排架搭设施工及管理人员进行技术、安全交底，并做好交底记录，排架搭设人员须熟悉排架的设计内容；对钢管、扣件、脚手板、爬梯、安全网等材料的质量、数量进行清点、检查、验收，确保材料合格、齐全；清除搭设场地的杂物，基础松软要进行处理，检查边坡的稳定情况并对边坡上的危石清撬；排架的搭设严格按照经过审批的设计、施工方案进行，严禁偷工减料，严格搭设工艺，不得将变形或校正过的材料作为立杆；排架搭设中，跳板、护栏、连墙件、安全网、交通梯等必须同时跟进；排架须配合施工进度搭设，一次搭设高度不得超过相邻连墙件（锚固点等）以上两步；排架钢管按设计要求进行搭接或对接，端部扣件盖板边缘至杆端距离不应小于100mm，搭接时应采用不少于2个旋转扣件固定，搭接长度不应小于500mm；排架的作业面的脚手板必须铺满并绑扎牢固，不得留有空隙和探头板，脚手板与墙面间的距离一般不大于20cm；作业面的外侧立面的防护设施可采用立网、护栏、跳板防护；栏杆和挡脚板应搭设在外立杆的内侧，栏杆上皮高度应为1.2m，挡脚板高度不应小于180mm，如需设置中栏杆，则中栏杆应居中设置。

五、支护拆除

清除排架上的材料、杂物及地面障碍物，并将受其影响的机电设备及其它管线等拆除或加以保护；拆除顺序应逐层从上而下进行，严禁上下同时作业；所有连墙件应随排架逐层拆除，严禁先将连墙件整层或数层拆除后再拆排架；分段拆除高差不应大于两步，如高差大于两步应采取必要的加固措施；当排架拆至下部最后一根长钢管的高度时，根据现场需要先在适当位置搭临时支撑加固，后拆连墙件；当排架采取分段分立面拆除时，对不拆除的排架两端应先设置连墙件和横向支撑加固；各构配件必须及时分段集中运至地面，严禁抛扔；排架拆除后，必须做到工完场清；运至地面的构配件应按规定的要求及时检查整修与保养，并按品种、规格存放于干燥通风处，防止锈蚀。

总之，公路高边坡具有数量多、地质条件复杂及施工速度快等特点，施工期变形破坏事例频发。复杂的高型边坡支护设计与施工必须进行专门论证,采用多种支护方案进行对比分析,最后确定既能确保边坡安全稳定,又能节省造价,缩短工期的最优方案。

参考文献

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注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。