浅谈边坡加固技术方法的研究Word文档格式.docx

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(2)锚索制作安装

钢铰线原材料必须排列均匀,顺直,不扭不叉,对机械损伤及保护套破损的应剔出。

锚索编制前应对钻孔实际长度测量,按孔号截取锚索体材料,钢绞线必需机械切割,按要求预留张拉段。

锚索编制完成,按孔号下入锚孔内,锚索入孔的方位和倾角应与锚孔的方位和倾角一致,在锚索安装体的一端先入孔,然后摆正方向,加快速度推送,靠锚索惯性和重力下滑。

(3)第一次注浆

第一次注浆前对注浆设备、注浆管、压浆管等进行畅通、完好的检查。

采用从孔底开始注浆到孔口返浆的形式,注浆时注浆管边注边拔,使之有一段始终在浆液中。

注浆至锚孔孔口返出浆液时,停止第一次注浆。

(4)张拉

待锚固段的浆体强度、锚墩强度达到设计强度之后,依据设计进行分级循环张拉。

(5)二次注浆

二次高压注浆管不置于孔底,可在自由段距锚固段1m处进行二次注浆管注浆。

(6)封锚

在张拉7天、自由段完成注浆后,若无异常情况,试验检测合格后,可进行封锚处理。

1.2锚杆支护

1.2.1锚杆支护的作用原理

锚杆的作用原理就是锚固段进入稳定地层,由锚固段与稳定地层的粘结力承担抗拔力。

1.2.2锚杆支护的主要施工顺序:

整修边坡→搭设脚手→制作泄水孔→初次喷射混凝土→锚杆钻孔、安装、注浆→钢筋网制作→二次喷射混凝土→养护→拆除脚手架。

1.2.3锚杆支护工程设计的主要参数和技术要点

1)锚杆加固参数

锚杆设计参数应重点考虑以下几个方面:

(1)坡形参数:

边坡坡率不但关系到边坡稳定状况,还与边坡侧压力大小有直接关系,故一般在有空间条件时可放缓坡角,高坡则适宜设置放坡平台;

(2)破坏模式:

分析边坡的可能破坏方式,即局部破坏还是整体破坏,确定锚固段部位和结构面;

(3)岩土参数:

根据破坏模式确定优势结构面,选取真实、合理的C、Ф、r值;

(4)锚杆深度和间距:

应考虑产生群锚现象的可能性。

2)喷砼与钢筋网参数

设计喷砼的目的是有效阻止表面岩土体滑塌,对边坡表里共同加固,喷砼与钢筋网设计除理论计算外,应根据现场工程经验类比法复核设计参数。

3)喷砼材料

水泥:

应优先选用425#普通硅酸盐水泥。

砂:

应采用耐久坚硬的中粗砂,含水率控制在5%~7%,细度模数宜大于2.5。

骨料:

应采用耐久坚硬的碎石,粒径不宜大于15mm;

当采用碱性速凝剂时,不能使用含有二氧化硅的石材。

外加剂:

应选用符合质量要求的速凝剂,掺合速凝剂的喷射混凝土各种性能必须满足设计要求。

水:

不应对钢筋混凝土有腐蚀性。

4)混合料的配合比设计

水泥与砂石之重量比宜为:

1:

2.5:

1.5~1:

2:

2;

砂率宜为:

45%~55%;

水灰比宜为:

0.4~0.45;

速凝剂掺量应通过试验确定。

5)锚杆钻孔及注浆

(1)锚孔应在首次喷射混凝土后定位测量;

(2)采用压力泵将水泥砂浆注入锚孔。

注浆管应插至距离孔底5~10cm处,随砂浆注入缓慢拔出。

6)挂网

(1)使用钢筋网可以预先编织好钢筋网,也可以现场绑扎;

(2)钢筋网与锚杆交接处必须进行焊接,以保证钢筋混凝土面层与锚杆共同作用;

(3)钢筋网紧贴混凝土表面,保证钢筋网保护层的厚度。

1.3抗滑桩

1.3.1抗滑桩的作用原理

抗滑桩的抗滑作用主要是利用稳定地层的被动抗力和锚固作用来平衡滑坡推力[7]。

1.3.2抗滑桩的主要特点及技术要点

1)桩的结构简单利于开挖

(1)在桩身开挖过程中,能直接探测到地层的滑动面的位置;

(2)每根桩施工完毕后,都能立即起到抗滑作用,并随着桩身数量的增加,使坡体日趋稳定;

(3)桩的适应性强,抗滑效果好;

(4)施工安全可靠,不会危及到周围建筑物安全;

(5)施工占地和施工干扰少,利于争取工期。

2)桩位的设计要具有合理性

合理的桩位设计能够从根本上控制滑坡对桩的作用。

通常主滑段推力较大,不宜设桩;

抗滑段滑坡推力逐渐下降,抗滑桩理应设置在此段上。

3)选择合适的桩间距

当采用抗滑桩来加固公路边坡时,首先要考虑桩距问题,它的合理性直接关系到抗滑桩的成败。

合适的桩间距应使桩间滑体具有稳定性,在下滑力作用下,不至于从桩间挤出。

在实际施工工程中,应以桩侧两面与桩间土体所产生的摩阻力不小于滑坡推力来进行估算。

4)注意桩的锚固深度设计

利用抗滑桩治理公路边坡滑体时,若锚固深度不够,抗滑桩不足以抵抗滑体推力,则易引起桩的失效。

锚固深度也是决定采用弹性桩或刚性桩的先决要素,是求解桩身各处应力的必不可少的条件。

5)严格进行桩的截面选择及宽度计算

抗滑桩的截面有圆形、矩形。

桩的截面形状要求必须使其上部受力段正面能产生较大的摩擦力,下部锚固段能抵抗较大的反力,其截面具有最大的抗剪和抗弯强度,设计中通常采用矩形设计。

6)防治安全系数K的取定

在公路边坡设计计算中,安全系数K值极大程度上决定了滑坡的成功与否及造价。

《岩土工程勘察规范》和《建筑地基基础设计规范》规定,滑坡推力的安全系数K,一般取1.05-1.25。

但是根据以往资料,对同一滑坡,K值每增加0.05,滑坡推力的计算值会大幅度增加,从而使设计截面增大,造价增高,甚至影响整治方案的实施。

因此,在工程施工过程中K值的选取成了最为关键的因素。

1.4挡土墙

1.4.1挡土墙的分类及作用原理

挡土墙作用原理基本上都是依靠挡土墙本身的自重及其和护体之间的摩擦力来共同抵抗压力的[8]。

1.4.2挡土墙的主要设计参数和技术要点

(1)挡土墙的基底压力验算。

挡土墙的基底压力验算方法与偏心荷载作用下的基础计算相同,即要求基底边缘最大压力不大于1.2倍地基承载力设计值。

(2)墙身强度验算。

根据墙身材料分别按相应的理论进行验算。

(3)挡土墙稳定性验算。

通过对破坏实例分析,挡土墙失稳是破坏的主要因素,通常有两种表现形式:

其一,在土压力的水平分力作用下,挡土墙可能会沿基础底面滑动破坏;

其二,在土压力作用下,挡土墙将绕墙前趾外倾破坏。

(4)挡土墙土压力计算。

作用在墙上的压力是挡土墙设计中的关键因素,多数挡土墙是计算主动土压力,通常使用规范推荐的公式计算。

(5)墙后排水措施

在挡土墙建成使用期间,若有大量雨水渗入挡土墙后填土中,使挡土墙后填土内摩擦角减小,重度加大,强度降低,导致填土土压力加大,对墙体的稳定性产生不利影响。

因此挡土墙必须进行排水设计[9]。

2、近年来出现的边坡加固新技术

2.1纤维束导渗排水孔技术

2.1.1边坡排水的重要性

理论研究和工程实践表明,水(包括地下水和降雨)往往是引发滑坡、岩崩、泥石流等地质灾害的重要因素。

水在地质灾害形成中起十分重要的作用,它的存在不仅弱化工程岩(土)体的强度,还会以静水压力、动水压力、冲刷等形式降低坡体的稳定性。

对于边坡工程设计来说,“治坡先治水”是一条重要的经验。

有效的边坡排水不仅可大幅度减少软岩、软弱夹层、松散岩体等因水渗入而导致的强度弱化,还可降低相应的动水压力和静水压力,进而使边坡向稳定方向转化。

对于其他类型的岩土工程(如隧道工程、基坑工程等)来说,排水同样极为重要[10]。

用于边坡排水的方法很多,如地表截水沟、地下排水洞(排水廊道)、排水孔等。

至于地下工程的排水,主要有排水孔和与洞外相通的排水洞(沟)等方法。

2.1.2普通排水孔技术

常用的普通排水孔技术通常是由带有多个小孔3830岩石力学与工程学报2005年的硬塑料管和防止泥砂直接进入管内且包在塑料管外部的土工布等组成[11]。

在实际工程的运营过程中可以看到,普通的排水孔技术在一定条件下效果并不理想。

虽然在工程竣工时或运营后一段时间内排水孔确实能够起到应有的排水效果,但经过一段时间后就会发现它们被水携带的泥砂堵塞,甚至孔口长草(见图1),进而不再起到排水作用。

在一般情况下,排水系统的设计者都认为该水系统的排水孔可以起到排水、降低静水压力和动水压力的作用。

因排水孔的失效或部分失效可以导致坡体内静水压力、动水压力没有降到设计要求的水平,并且软岩或软弱结构岩体的强度也将因较多水的存在而下降。

在这种情况下,若未做监测,设计者也未及时对工程进行实地回访考察,则会水失效而使边坡向不稳定方向发展,甚至处于危险境地。

对于使用现有排水孔技术的其他岩土工程来说,也存在着同样的问题。

显然,发展新型排水孔技术是必要的。

2.1.3纤维束导渗排水孔技术的基本原理

利用钻孔内定向排列纤维束的导渗功能来实现排水是本项技术的基本原理(如图2所示)。

如果采用这项技术,即使发生泥砂堵塞的现象,坡体内的地下水仍可通过排水孔内布设的纤维束不断地从纤维与泥砂之间的界面渗出,从而达到长期有效排水的设计目的。

另外,在花管外侧包有土工布的目的是为了达到防堵塞的双保险的目的。

据研究,由于

所利用的纤维束通常十分便宜,上述新型排水孔的造价与普通排水孔的造价接近[12]。

2.1.4新型排水孔排水效果的试验证明

为了证明上述新型排水孔的排水效果,作者设计了纤维束导渗装置和无纤维的普通排水孔之间排水效果的对比试验。

作者在试验中设计了2个排水模拟装置,其中每个装置都由一根水压管、钻孔模拟管、橡皮弯管、土样、滤布、接水量杯等组成。

为了观察水在土样中渗透的情况,采用有机玻璃管模拟钻孔。

在1#装置的土样中按钻孔模拟管的轴向方向布设20根纤维丝,以模拟本项技术。

2#装置的土样未放任何纤维,以模拟普通排水孔技术(见图3)。

另外,2个装置中的模拟管都被完全相同的等量亚粘土(其密度为2.35g/cm3)填紧,用以模拟钻孔已被堵塞的情况。

试验时分别给它们施加2m高水头的静水压力。

对于1#装置,在试验开始后1min就可以从透明的钻孔模拟管中观察到水以较快速度向土样中渗透的现象。

2min后开始从模拟管口部向外排水。

排出的水先以水滴的方式滴入位于管口下方的量杯(即图3中照片左侧较大的量杯)中,而后形成水流,如线状不断流出。

20min后共排出了第1个400cm3的水量。

由于在此之后不再向水压管补充水,所以经3h水压管内的水已全部排完。

对于土样中未埋设纤维束的2#装置(见图3中照片右侧的装置),试验开始后,从透明的钻孔模拟管中观察到水以极慢的速度向土样中渗透。

试验持续了30d,普通排水孔模拟装置仍未见水滴从模拟管口部滴出。

根据上述对比试验结果,作者认为纤维束导渗排水孔装置的排水效果是很显著的。

2.2预应力锚梁技术

2.2.1现有锚固洞技术

所谓锚固洞,是指将水平长条洞内填满钢筋混凝土而形成的一种用于阻止边坡滑动的加固结构[13]。

锚固洞的长轴方向通常与该处边坡全位移方向基本一致。

锚固洞结构中的主钢筋(或钢管)起主要抗拉作用。

另外,为了保证锚固洞能安全工作,常利用钢筋计等来监测其主筋或钢管的应力变化。

与常用的抗滑桩相比,锚固洞具有主筋(或钢管)的抗拉效率高、水平洞易于开挖施工且较为安全等优势。

中南勘测设计研究院用它治理五强溪水电站船闸边坡,取得了很好的效果[14]。

根据理论分析和应用实践,锚固洞除具有上述优点外,也存在着以下诸多不足:

(1)锚固洞的钢筋(或钢管)是从洞口到洞底做通长且相同布设,而未按边坡的地质条件进行设计。

在这种情况下,容易造成工程地质条件差的部位(如断层等出露的薄弱部位)的洞体强度不足,产生破坏,而在工程地质条件好的部位则可能造成浪费。

(2)在锚固洞受拉过程中,随着主钢筋(或钢管)的拉长,抗拉强度很低的混凝土将被拉裂。

特别是那些因断层等出露的工程地质条件很差的部位,有可能因抗拉强度不足而造成钢筋被拉断,产生相当宽的裂缝,甚至出现大塌方等重大工程事故。

漫湾水电站左岸边坡的滑坡即为一个实例。

(3)被混凝土填满的锚固洞结构,不利于边坡排水,而排水往往在边坡稳定中起着极为重要的作用[15]。

(4)主要采用钢筋计来监测锚固洞应力变化的方法存在着明显的不足。

如果钢筋计安装的部位与将来发生拉裂的部位不一致但接近,则当锚固洞被拉裂后钢筋计的拉应力值不仅不上升,反而下降。

结果,有可能产生“锚固洞是稳定的”危险误导。

2.2.2预应力锚梁技术

预应力锚梁技术是一种为了解决锚固洞的上述不足,但又保持其优点的新型加固结构[16]。

该结构是一种利用与边坡全位移方向相同的水平长条洞(可专门开挖,但提倡兼作地质探洞)构筑的钢筋混凝土结构(见图4)。

在具体设计中,可依据地质条件将之分为重点加固段和一般加固段。

根据工程地质条件的不同,可以在预应力锚梁结构的施工过程中做到因地制宜和有的放矢。

与锚固洞相比,这一新型加固技术的加固效率明显较高,主要体现在下述几点:

(1)一般加固段通常作中空的厚壁钢筋混凝土设计。

主钢筋(或钢管)按洞轴方向布置于厚壁中,并通过浇注混凝土使它与洞壁紧密胶结在一起,以便起抗拉作用[17]。

(2)重点加固段主要设置在断层带和风化带等出露的地质薄弱段。

为达到重点高效的加固目的,专门设置的预应力中空桥体,并横跨将要被重点加固的地质薄弱段(如断层)。

将桥体深入到断层中上下盘较坚硬岩体内的足够深度,通过上下盘较坚硬岩体的紧密连结,使该重点加固段的抗拉强度大幅度增加,以便有效地防止薄弱部位被拉开或滑动。

(3)除继续采用钢筋计外,还在锚梁中增设了多点伸长计,以避免出现上述的“危险误导”。

(4)由于排水在边坡工程治理中十分重要,在锚梁结构中将采用放射状的排水孔和锚梁中空部位组成的边坡地下水排水通道。

还应指出,这里所述的排水孔建议采用本文第2节所述的纤维束导渗排水孔装置。

(5)当出现锚梁将被拉断的征兆时,可及时地把足够的钢筋(或钢管)塞进锚梁的空腔内,并用高标号砂浆将之浇筑,以便达到及时补强的目的。

(6)中空结构可以省下大量混凝土。

与利用预应力锚索加固高陡边坡相比,预应力锚梁技术具有以下优点:

(1)用预应力锚索加固边坡时,水平钻孔的深度通常不超过60m,否则施工将遇到很大难度。

有些高陡边坡的卸荷裂隙可能出现在60m以外,用预应力锚梁技术进行加固没有施工上的困难。

(2)如果预应力锚索在边坡面上取得NkN量值的加固压力,那么它将在山体内出现对局部岩体稳定不利的反作用力,这一反作用力的量值也是NkN。

在预应力锚梁技术中,作用力和反作用力都可起到加固作用[18]。

(3)若有合适的水平探洞来进行预应力锚梁的加固施工,则可省下洞体开挖的费用。

当卸荷裂隙造成高陡边坡的稳定程度不足,而采用其他方法又感到困难时,利用预应力锚梁技术进行加固是非常合适的。

由于我国有大量的高陡边坡存在,故它的应用前景是很好的。

2.3层状网式钢筋石笼挡墙技术

2.3.1现有的石笼挡墙技术

目前,国内已将普通型钢筋石笼挡墙用于公路边坡(如川藏公路沿线的边坡)、水电站边坡(如龙滩水电站左岸近百米高的边坡压脚)的加固,国外也有采用此项技术加固边坡的例子[19]。

普通型钢筋石笼的施工方法为:

现场制作成简单的呈长方体状的钢筋笼,将其内部装满碎石而成为普通型钢筋石笼,再将各石笼按成排成层的形态堆砌在边坡需要加固

的位置(见图5)。

普通型钢筋石笼挡墙的优点至少有以下三点:

第一,作为主要材料的碎石可以就地取材,材料成本较低;

第二,易于施工;

第三,利于排水[20]。

然而,普通型钢筋石笼挡墙也存在着以下多处缺陷:

(1)普通型钢筋石笼挡墙是由多个钢筋石笼简单堆砌而成,其完整性是靠石笼之间的摩擦力来维持的。

在外力作用下各石笼之间很容易产生相对滑动、转动等相对位移,严重者可使钢筋石笼解体。

即普通型钢筋石笼挡墙的整体强度较低。

(2)由于直接接触到空气和水,普通型钢筋石笼的钢筋和钢丝极易被锈蚀。

钢筋石笼的强度依赖于钢筋和钢丝制作而成的钢筋笼和内装石块之间的相互作用。

如果钢筋和钢丝一旦锈蚀严重,普通型钢筋石笼则将面临解体的危险。

也就是说,锈蚀的不断发展将大大降低这种挡墙的强度及被加固边坡的稳定性。

(3)尽管普通型钢筋石笼挡墙本身的排水性能良好,但被加固边坡内部的地下水仍处于自渗状态。

当边坡的稳定需要更通畅的排水条件时,普通型钢筋石笼挡墙不能满足设计要求。

(4)当考虑到被加固边坡是否处于稳定状态及挡墙本身存在强度和极限变形等问题时,对边坡和挡墙进行监测是十分必要的。

但利用普通型钢筋石笼挡墙来实现监测是比较困难的。

(5)从环保角度来看,普通型钢筋石笼挡墙因清除或覆盖了被加固边坡坡面上原有的植被而破坏了该段边坡的绿化。

2.3.2层状网式钢筋石笼挡墙技术

针对普通型钢筋石笼挡墙存在的上述缺点,作者提出了一种集整体强度高、防锈蚀、有效排水、易于绿化、易于监测等优点的新型钢筋石笼挡墙技术(见图6)。

该技术的主要功能是这样实现的:

通过石笼框架的竖向钢筋、混凝土层、钢筋网及砂浆将成排成层的钢筋石笼连结成一个整体强度很高的钢筋石笼挡墙;

利用混凝土及砂浆对钢筋和钢丝的包

裹来实现防锈蚀的目的;

利用碎石(或砾石)的空隙和连接各石笼的连通管来排水,必要时可以与边坡内布设的排水孔(也可采用本文第2节所介绍的纤维束导渗排水孔装置)联合来实现高效排水;

借助于固定在挡墙台阶上的土槽栽种植物,以求达到对挡墙进行绿化的目的;

为进行变形监测可在混凝土层内埋设伸长计(伸长计的各测点分别固定在混凝土

层内及边坡内部)。

必要时,也可在混凝土层或砂浆层内埋设传感器对挡墙承受的荷载或内部的应力、应变等进行监测。

工方便、成本低廉、可适性强等优点外,与普通型钢筋石笼挡墙相比还具有以下5个主要优点:

(1)与普通型钢筋石笼挡墙相比,层状网式钢筋石笼挡墙因石笼层间混凝土层及钢筋网的设置、石笼框架竖向钢筋与混凝土的连结、石笼侧面间加抹了砂浆等原因而具有很高的整体强度。

另外,对挡墙高宽比和基座的有效设计可以保证挡墙整体的抗滑能力及抗翻转能力。

新型钢筋石笼挡墙的这些特点决定了它具有较强的边坡加固功能。

(2)所有石笼的钢筋和钢丝都被混凝土或砂浆保护层包裹起来,致使这种新型钢筋石笼挡墙具有高效的防锈蚀能力。

只有这样,组成挡墙的钢筋和钢丝才能长期保持其应有的强度,并可满足边坡加固的基本要求。

(3)在设计新型钢筋石笼挡墙时可根据实际需要在边坡内打专门的排水孔,其孔口与石笼内碎石(或砾石)相通。

这样,由边坡排水孔、笼内碎石(或砾石)之间的空隙、连通管等可组成多条排水通道,可使该挡墙结构具有高效的排水功能。

(4)由于挡墙施工时破坏了原有的植被,可利用挡墙台阶上固定的土槽来栽种适合当地环境生长的植物。

该挡墙所具有的高效加固功能足以保证土槽的长期稳定,利用土槽进行绿化的同时可避免植物生长对挡墙的不良影响。

土槽内植物生长所需的用水主要为雨水,以及从边坡内部渗出并流经石笼中的碎石、连通管、集水槽并由滴水管流出的水[21]。

(5)在施工过程中可在边坡内打专门的钻孔,以便将伸长计埋设在钻孔和石笼层间的混凝土层内。

这样,由获得的变形监测数据可帮助判断边坡或挡墙的稳定性。

2.4预应力抗滑桩技术

2.4.1普通抗滑桩技术

普通的抗滑桩是一个混凝土柱体,其主钢筋自上至下作通长布置,并采用圆形箍筋将主筋焊接在一起。

当抗滑桩深入到位于边坡主滑动面以下稳定岩体中足够深度时,它可阻止边坡岩体沿滑动面下滑,并达到加固边坡的作用[22]。

尽管普通抗滑桩应用得比较广泛,但仍存在着以下不足:

(1)没有针对潜在滑动面进行设计,且桩体内的钢筋作等量通长布设。

这往往会造成潜在滑动面部位的不安全和非滑动部位的浪费。

(2)对抗滑桩内发挥主要作用的抗拉钢筋和发挥辅助作用的抗压钢筋没作区别,同样造成不必要的浪费。

(3)现有的抗滑桩通常都很粗大,有的桩体宽度可达数米,并形成“肥桩”现象[19]。

对于主要起抗滑作用的抗滑桩来说,中性面附近的混凝土所起的作用很小,是一种浪费[23]。

2.4.2预应力抗滑桩技术原理

针对普通抗滑桩的不足,作者提出了预应力抗滑桩技术。

其原理是:

充分利用预应力混凝土抗拉能力较好的优点,采用可以现场制作的预应力柱部分取代普通现有抗滑桩受拉一侧的钢筋,并将之安排在潜在滑动面附近(作为重点加固段)进行重点加固(见图7)。

另外,为了提高加固效率和节约混凝土,作者除去了中性面附近的混凝土,形成了具有空腔的抗滑桩。

由于预应力柱的抗拉能力较强,所以可以减少抗滑桩的横截面积。

2.5SNS柔性防护技术

2.5.1SNS柔性防护技术的重要性

SNS柔性防护在施工期间不破坏和改变坡面原有地貌形态和植被生长条件,能实现最佳的边坡防护和环境保护目的[24]。

同时,SNS柔性防护技术能与其他边坡加固技术完美结合从而有效解决边坡的稳定(安全)和环保问题。

因此,SNS柔性防护技术在边坡防护中具有广阔的应用空间。

2.5.2SNS柔性防护作用原理

(1)SNS主动防护系统

主动防护系统主要由锚杆、支撑绳、格栅网、钢绳网组

成,通过固定在锚杆或支撑绳上施以一定预紧力的钢丝绳网

对整个边坡形成连续支撑,其预紧力作业使系统紧贴坡面并

形成阻止局部岩土体移动或在发生较小移动后,将其裹缚于

原位附近,从而实现其主动防护功能,该系统的显著特点是

对坡面形态无特殊要求,不破坏或改变原有的地貌形态和植

被生长条件。

能广泛用于非开挖自然边坡和人工边坡,对破

碎坡体浅表层防护效果良好。

系统构成见图1。

(2)SNS被动防护系统

被动防护系统是一种能拦截和堆存落石的柔性拦石网,其显著特点是系统的柔性

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