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滑坡防治及设计(锚杆工程、锚索工程设计)


3)锚杆(索)工程
预应力锚索,预应力锚索是对滑坡体主动抗滑的一种技术。通过预应力的施加强滑
带的法向应力和减少滑体下滑力,有效地增强滑坡体的稳定性。

主要由锚头、自由段和锚固段组成

1-台座 2-锚具 3-承压板 4-支档结构 5-自由隔离层 6-钻孔 7-对中支架 8-隔离架 9-钢绞线 l0-架线环 ll-注

浆体 12-导向帽 Lf-自由段 La-锚固段

30

0
Φ 10@50

锚杆与格构梁纵向钢筋双面焊接

锚杆 N1φ 32 N5φ 12@2000
2 对中支架
110 mm

50

1

M30水泥砂浆

50

一般规定:

? ? ? 、 ? ?

锚索设置必须保证达到所设计的锁定锚固力要求,避免由于钢拉线松弛而被滑坡体剪断; 锚索长度一般不超过50m。 单束锚索设计吨位宜为500kN~ 2500kN级,不超3000kN级。 堆积层或土质滑坡,预应力锚索应与钢筋砼梁、格构或抗滑桩组合作用。 锚索设计时应进行拉拔试验。锚索试验内容包括内锚固段长度确定、砂浆配合比、拉拔时间、造孔钻机及钻具选 定等。试验的数量可按工作锚索的3%控制。 应根据公式计算和工程类比,选取合适的内锚固段长度,进行设计锚固力和极限锚固力试验,推荐合适的内锚固段

? ? ? ?

长度和砂浆配合比是试验的主要内容。
预应力锚索应采用高强度低松弛钢绞线制作,锚索的钢材可采用12.7mm或15.2mm的钢绞线。每孔锚索可由单 束或多束钢绞线组成。钢绞线必须符合现行国家标准《预应力混凝土用钢绞线》(GB5224)的规定 预应力锚索所用锚具应符合国家现行《预应力筋用锚具、夹具和连接器应用技术规程》(JGJ-85)的规定。 锚索必须做好防锈、防腐处理。锚固段锚索只需清污除锈,自由段锚索还需涂防腐剂、外套22mm聚乙烯塑料套 管隔离防护,张拉段锚索也需涂防腐剂。 钻孔根据需要可采用水钻或干钻,当水钻可能影响滑坡(边坡)稳定时,则必须采用干钻。锚孔应用清水洗净,严 格执行灌浆施工工艺要求,当用水冲洗影响锚索的抗拔能力时,可用高压风吹净。 锚索孔注浆材料宜采用水泥浆或水泥砂浆,一般采用M3.5水泥砂浆。注浆采用孔底注浆法,注浆压力不宜小于 0.6~0.8MPa,砂浆灌注必须饱满密实,第一次注浆完毕,水泥砂浆凝固收缩后,孔口应进行补浆。

?
?

预应力锚索设计: ?
? 计算锚固力前,应对未施加预应力的滑坡稳定进行计算,作为设计的依据。滑坡设

计荷载包括:滑坡体自重、静水压力、渗透压力、孔隙水压力、地震力等。
锚索的极限锚固力通常由破坏性拉拔试验确定。极限拉拔力指锚索沿握裹砂浆或砂 浆固结体沿孔壁滑移破坏的临界拉拔力;容许锚固力指极限锚固力除以适当的安全系 数(通常为2.0~2.5),它将为设计锚固力提供依据,通常容许锚固力为设计锚固1.2~1.5 倍;设计锚固力可根据滑坡体推力和安全系数确定。 ? ? ? 预应力锚索将根据滑坡体结构和变形状况确定锁定值。即: (1) 当滑坡体结构完整性较好时,锁定锚固力可达设计锚固力的100% (2) 当滑坡体蠕滑明显,预应力锚索与抗滑桩相结合时,锁定锚固力应为设计锚固 力的50%‘~80%

预应力锚索设计锚固力的确定两种情况:

况进行,水灰比按0.38~0.45调配。

锚索自由段长度受稳定地层界面控制,在设计中应考虑自由段伸入滑动面或潜在滑 动面的长度不小于1m,自由段长度不得小于3~5m。
张拉段长度应根据张拉机具决定,锚索外露部分长度宜为1.5m左右。
锚固体的直径应根据设计锚固力、地基性状、锚固类型、张拉材料根数、造孔能力等有关因素来确定,通常采 用100~150mm

最优锚固角 1)理论公式

预应力锚索倾角主要由施工条件确定。可根据两种方法综合考虑其最优倾角:

理论分析表明,锚索倾角满足下式时是最经济的:

? ? ? ? (45o ? ? / 2)
式中:θ ——锚索倾角(°); α ——滑面倾角(°); Φ ——滑面内摩擦角(°)。 2)实际经验 对于自由注浆锚索,锚固角倾角应大于11度,否则应增设止浆环进行压力注浆。一般不小于150,不大于 450。

数量

数预应力锚索的数量取决于滑坡产生的推力。

间距

锚索间距宜大于4m。 若锚索间距小于4m,需进行群锚效应计算,有公式如下:
D ? 1.5 L ? d / 2

1)日本《VSL锚固设计施工规范》采用公式:

2)中国规程推荐公式: D ? ln(T 2 ? L / ? ) 式中:D——锚索最小间距(m); T——设计锚固力(kN); d——锚索钻孔孔径(m) ; L——锚 索长度(m) ρ——修正系数。

锚索内端排列

相邻锚索不宜等长设计,可根据岩体强度和完整性交错布置,长短差在1~2m之间。

钢铰线标准及锚索构造:

固结砂浆 用砂含泥量不应超过总重量的3%;云母与轻矿物含量不应超过总重量的3%;有机质含量用 比色法试验,不应深于标准色。 添加剂 为了加速内锚固段的固结强度,可在砂浆中掺人0.3%o的三乙醉胺等无腐蚀性添加剂。添加剂 使用应符合《砼添加剂应用技术规》 (GBJ119-88)。 内锚固段及注浆 为了达到预应力钱索对淆带的加固效果,锚索张拉段必须穿过滑带2m以上,对子隐蔽 型滑面的松散层滑坡,张拉段要求进人新鲜基岩面1.5m以上。 锚具 预应力锚索具品种较多,工程设计单必须在工程设计施工图上注明锚具的型号、标记和锚固性能 参数。OVM锚具的基本参数如表:

OVM锚具的基本参数 (mm)

OVM锚具
OVM15-6、7

钢绞线直径 15.2~15.7 15.2~15.7

钢绞线根数 6根、7根 12根

锚垫板
边长X厚度X内径

锚板
直径X厚度

波纹管
外径X内径

200X180X14 0 270X250X19 0

135X60 175X70

77X70 97X90

OVM15-12

OVM15-19

15.2~15.7

19根

320X210X24 0

217X90

107X100

预应力锚索施工
造孔: 孔径,预应力锚索孔径与钢纹线根数、砂浆保护层厚度和滑坡体结构有关,一般地: 5~10根钢绞线构成的锚索,孔径为75~115mu 11~15根钢绞线构成的锚索,孔径为115~135mm 15~20根钢绞线构成的锚索,孔径为135~175mm。

当滑坡体结构松散,或钻孔缩径明显时,可增大孔径。
造孔采用锚杆工程钻机。钻孔结束后,拔出钻杆和钻具,高风压吹孔,或高压水洗孔。 造孔精度要求: (1)孔斜误差:成孔后,用孔斜仪量测,符合误差要求。

(2)钻孔位置误差。
(3)孔深必须保证张拉段穿过滑带2m。

钢绞线锚索 :
(1)钢绞线设计荷载:对于 I 级滑坡防治工程,钢绞线设计荷载可按破坏荷载的65%进 行折减:对于2、3级滑坡防治工程,钢纹线设汁荷载可按65%—80%进行折减。 (2)钢绞线的截断:钢绞线的加工长度严格按照锚索参数表确定,包括内锚段、张拉 段和外锚段三部分。为便于千斤顶张拉,外锚段长度宜大于1.2m。钢绞线用无齿锯(砂 轮锯)截断。亦可用气割,但必须避免烧伤钢绞线o (3)锚索组装:在脚手架上进行。对于长度过大的锚索可在有棚架的场地上组装,然

后搬运并吊装入孔。在平整场地上架设高约o.5m、宽1.5m的工作台架,将截好的钢纹
线平顺放在架上,逐根检查,凡有损伤的钢绞线均应剔除。 (4)锚索入孔:在人孔前,必须校对锚索编号与孔号是否一致。确认孔深和锚索长度 无误后,用导向探头探孔,无阻时,可进行锚索人孔。 内锚固段固结灌浆: 水泥砂浆胶结。水泥标号525#,普通硅酸盐水泥。水灰比o.4,在浆液中可掺入小 于o.5%(占水泥重量)的早强剂。

锚索的张拉与锚固力锁定:
张拉 在内锚固段灌浆7天后进行。
(1)张拉作业前,须对张拉设备进行标定。标定时,千斤顶、油管、压力表和高压泵联好。在压 力机上用千斤顶主动出力的方法反复三次,取平均值,绘出千斤顶出力(kN)与压力表指示压强曲线, 作为锚索张拉的依据。标定时,千斤顶的最大出力应高于锚索超

张拉时的值。
(2)先对锚索进行单根预张拉二次,以提高锚索各钢绞线的受力均匀度。对于3000kN级锚索,单 根张拉为30kN;2000kN级锚索,单根张拉为20kN。 (3)隔时分级施加荷载,直至压力表无返回现象,方可进行锁定作业。若预应力损失过大,须进行 整体张拉与重新锁定。

锁定

锚固力的大小可用两种方法确定:测力传感器直接测定及张拉锁定时预应力钢绞线变形

量计算得出。计算公式如下:

p x ? p ? 6{ p0 ? pi } / ?L
式中: px——锁定后可获得的预应力(kN):
p——锚固所须张拉力(kN); p0——最大张拉荷载(kN); pi——初始张拉荷载(kN);

ΔL——加载至几时的锚索回缩量(mm)。
当采用无帖结钢绞线加工锚索时,对张拉段无须进行专门的涂层防腐可采用一次注浆方法安装锚 索。

4) 格构锚固 一般规定及设计:
1 格构锚固技术是利用浆砌块石、现浇钢筋混凝土或预制预应力混凝土进行坡面防护,并利用锚杆 或锚索固定的一种滑坡综合防护措施。

格构锚固包括预应力和非预应力格构锚。预应力格构锚适用于岩质滑床的滑坡;非预应力格构锚适
用于中浅层土体滑坡。 2 格构技术应与美化环境相结合,利用框格护坡,并在框格之间种植花草达到美化环境的目的。同 时,应与城市规划、建设相结合,在防护工程前沿,可规划为道路、广场或其他建设用地在护坡工程体内

,可预留管网通道。
3 根据滑坡结构特征,选定不同的护坡材料 4 在对格构进行设计之前,应对滑坡稳定系数进行计算,作为设计的依据。 滑坡设计荷载包括:滑坡体自重、静水压力、渗透压力、孔隙水压力、地震力等。 5 方案选择如下表

6 格构内力计算
1)、简支梁 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,将两个锚固点之间的格构梁简化

为一个简支梁来计算其内力。
严格讲,简化模型梁上的分布荷载应根据相应格构所处边坡位置上的岩土压 力和设计锚固力确定,但对于某些边坡的岩土压力分布极其复杂,因此通常按最 不利原则,用锚索的最大设计荷载T近似计算分布荷载P

? p1 ? (2T1 ? T2 ) / l ? ? p2 ? (2T2 ? T1 ) / l

l——两锚索之间格构梁的长度; T1,T2——格构梁两端锚索的设计荷载(T1≥T2)。

如果T1=T2=T,则格构梁上的荷载均匀分布,有 p1=p2=p=T/l

2)、连续梁
将锚固点作为固定铰支座,认为岩土压力呈线性

分布,把格构梁简化为一个连续梁来计算其内力。

支座弯矩系 数 MB
0.105

跨中弯矩系数 M1
-0.078

剪力系数 QA左
-0.395

MC
0.079

M2
-0.033

M3
-0.046

QB左
0.606

QB右
-0.526

QC左
0.474

QC右
-0.500

M ? Cpl

2

Q ? Cpl

P为单位长度的反力

格构结构设计
滑坡防治工程设计与施工技术规范(DZ/T0219-2006)

as' h0

As

'

? M ? f y AS ? s h0 ? f y? AS (h0 ? a?s)
格构强度满足设计要求
K ——安全系数,取值为1.5;

若 M ? KM max
as

As

f y 、 f y? ——钢筋抗拉、抗压强度(N/mm2);

AS

? AS ——受拉钢筋、受压钢筋截面面积(mm2);

? s ——受拉区混凝土塑性影响系数;
h0 ——截面有效高度(mm);

a?s ——纵向受压钢筋合力砂浆保护层厚度(mm)。

?1 fc
x= b xn C=?1 f cbx

M

?1 f c bx ? f y As
M ? KM max

Ts = fy As

x x M ? M u ? ?1 f c bx (h0 ? ) ? f y As (h0 ? ) 2 2
K安全系数,取值为1.5

式中:M——设计弯矩值,N·mm; α 1 ——等效矩形应力图形系数,混凝土强度等级≤C50时取1.0; fc ——混凝土轴心抗压强度设计值,N/mm2; b ——桩宽度,mm; h0 ——截面有效高度,mm,h0= h-as,as为受拉区边缘到受 拉钢筋合力作用点的距离

?1 fc
x= b xn C=?1 f cbx

M

Ts = fy As

f y As fy x ?? ? ?? h0 ? 1 f c bh0 ?1 f c

x ? 2 M u ? ? 1 f c bx (h0 ? ) ? ? 1 f c bh0 ? (1 ? ) 2 2

矩形应力图的应力值取为混凝土轴心抗压强度设计值fc乘以系数α1。当混凝土强度等级不超 过C50时,α1取为1.0,当混凝土强度等级为C80时,α1取为0.94,其间按线性内插法确定。

型7 构造要求 式

浆砌块石格构详细构造及设计要求
格构 格构型式 材料
方 型

格构 设计要求 间距
指顺边坡倾向和 格 构 水 沿边坡走向设置 平 间 距 方格状浆砌块石 应 小 于 3.0m 浆砌块石格构设 指沿平整边坡坡 格构间 计以类比法为 面斜向设置浆砌 距应小 主。断面高×宽 块石 坡面应平整, 于 3.0m 不小于 300mm× 坡度不宜大 200mm,最大不 指顺边坡倾向设 于 35°。 当边 置 浆 砌 块 石 条 格 构 横 超 过 450mm × 坡 高 于 30m 带,沿条带之间 向 间 距 350mm。水泥砂 时,应设置马 向上设置弧形浆 应 小 于 浆采用 M7.5,格 道。 构框条宜采用里 砌块石拱 3.0m 肋式或柱肋式, 并每 10~20m 设 指顺边坡倾向设 置 浆 砌 块 石 条 格 构 横 一变形缝。 带,沿条带之间 向 间 距 向上设置人字形 应 小 于 浆砌块石拱 3.0m

锚杆(管)或 边坡坡度 锚索

浆 砌 块 石 格 构

菱 型

弧 型

人 字 型

根据岩土体结构 和强度在格构节 点设置锚杆,长 度宜大于 4m,全 粘结灌浆。若岩 土体较为破碎和 易溜滑时,可采 用锚管加固,全 粘结灌浆,注浆 压力宜为 0.5~ 1.0MPa 。 锚 杆 (管)埋置于浆砌 块石格构中。

现浇钢筋混凝土格构详细构造及设计要求
格构 格构材料
方 型 菱 型

设计 要求

边坡 坡度

锚杆(管)或 锚索
根据岩土体结构和强 度在格构节点设置锚 杆。锚杆应采用 ? 25 ~ ? 40 Ⅱ 级 螺 纹钢加工,长度宜为 4m 以上,全粘结灌 浆,并与钢筋笼点焊 连接。 若岩土体较为破碎和 易溜滑,可采用锚管 加固, 锚管用 ? 50 钢 管加工, 全粘结灌浆, 注浆压力宜为 0.5~ 1.0MPa,并与钢筋笼 点焊连接。 锚杆(管)埋置于浆砌 块石格构中。 锚杆(管) 均应穿过潜在滑动 面。? 50 钢管设计拉 拔 力 可 取 为 100 ~ 140kN。

格构型式 间距
格构水平 指顺边坡倾向和沿边坡走向 间距应小 设置方格状钢筋混凝土梁 于 5.0m 格构间距 指沿平整边坡坡面斜向设置 应 小 于 钢筋混凝土 5.0m 指顺边坡倾向设置钢筋混凝 土条带,沿条带之间向上设 格构水平 置人字形钢筋混凝土,若岩 间距应小 土体完整性好,亦可浆砌块 于 4.5m 石拱

现 浇 钢 筋 混 凝 土 格 构
人 字 型 弧 型

指顺边坡倾向设置钢筋混凝 格构水平 土,沿条带之间向上设置弧 间距应小 型钢筋混凝土,若岩土体完 于 4.5m 整性好,亦可浆砌块石拱

(1) 钢筋混凝土断面 设计应采用简支梁法 进行弯矩计算,并采 用类比法校核。断面 高×宽不宜小于 300mm×250 mm, 最 大不超过 500mm× 400mm; (2) 纵向钢筋应采用 14 以上的Ⅱ级螺纹 钢,箍筋应采用 8 以 上的钢筋加工。若配 筋率过小,可按少筋 梁结构处理。 (3) 混 凝 土 宜 采 用 C25 以上强度等级。

现浇钢筋格构边 坡坡面应平整, 坡 度 不 宜 大 于 70 °。当边坡高于 30m 时, 应设置马 道

浆砌石格构

马道放坡

植被护坡

预应力锚索锚头

公路边坡钢筋混凝土格构护坡

矩型格构

菱型格构

弧型格构

拦截系统

岩土体性质改良 用压浆、培烧或化学工业方法改良滑坡 体及滑动带物质力学性质。


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