不稳定边坡的锚索框架组合挡土墙加固方法

不稳定边坡的锚索框架组合挡土墙加固方法

戴蔚1顾顺2杨玉衡3

1南京市第二基础工程有限公司 江苏南京 211800  2南京汇锦工程项目管理有限公司 江苏南京 210000   3扬州市水利工程建设中心 江苏扬州 225001

摘要：不稳定边坡的锚索框架组合挡土墙加固方法，其根据不稳定边坡的地质条件与地形地貌特征，将锚索框架与挡土墙结构有机结合为一体，两者协同变形、共同承载，可发挥更大的加固作用，避免边坡失稳，大大提高了边坡结构抵抗山体载荷作用能力，从而有效保证了边坡结构的稳定性。

关键词：不稳定边坡；锚索框架组合挡土墙；加固方法

一、背景技术

在工程建设中，边坡失稳破坏是较为普遍的工程问题之一，如桥梁、公路、房屋建造时易引起周边边坡产生滑动破坏。而处理此类边坡问题时，因其结构自身极为复杂，加之岩土体特征的多样性，工程加固后的边坡失稳仍时有发生。有数据显示我国每年因滑坡等地质灾害造成的经济损失高达80亿元～200亿元。因此，在工程前期设计与施工过程中应谨慎，稍有不慎将酿成重大工程事故，对人民财产和安全都将产生极大危害。目前，由于人类对于一些边坡破坏情况认识尚且不足，其中过于保守的边坡设计支护使边坡维护工程产生过高的经济成本，造成不必要的浪费，又因边坡时常会出现一些规模不一的失稳事故，使得公路边坡往往随着建设过程的进展不断产生新问题，尤其是软岩和松散体类边坡极易受工程扰动导致滑坡，需要不断投入人力物力和费用进行整治，使得建设者们面对滑坡问题显得十分被动，同时也为公路后期的运行管理埋下了很多隐患。

虽边坡加固方法众多，但随着现代化进程的推进，工程建设的规模不断扩大的同时边坡高度也随之增加，从而对边坡加固技术的要求也越来越高。工程中边坡加固常用措施有预应力锚索法、注浆法、抗滑桩、挡土墙四种边坡加固措施。综上所述挡土墙技术是工程应用较为成熟的技术，但单一的挡土墙技术仅仅依靠自身结构自重和形状特征抵抗边坡侧向土压力，虽有在挡土墙内设置锚索锚杆提高其抵抗边坡侧向土压力的能力，但锚索锚杆与挡土墙结构未能形成联合作用，整体刚度受限于墙体设计与施工工艺水平，边坡仍然存在稳定性及结构强度不足等问题。

二、技术方案

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，提供了一种用于不稳定边坡的锚索框架组合挡土墙的加固方法，包括以下步骤：

S1：计算不稳定边坡的边坡滑动推力，基于该边坡滑动推力初步确定坡面锚索框架和挡土墙的结构形式及尺寸；

S2：根据不稳定边坡的地质条件与地形地貌特征，结合其岩土力学参数，建立概化模型，并设置概化模型的荷载与边界条件；

S3：对挡土墙进行抗倾覆和抗滑动验算以及挡土墙墙身水平截面强度验算和墙身垂直截面变位计算，若满足结构稳定性及强度要求，则进入步骤S5，否则返回至步骤S1,优化初步确定坡面锚索框架和挡土墙的结构形式及尺寸；

S4：针对坡面锚索框架对边坡深层滑动进行验算，并判断坡面锚索框架加固是否符合工程稳定性，若符合，则进入步骤S5，否则返回至步骤S1,优化初步确定坡面锚索框架和挡土墙的结构形式及尺寸；

S5：将与坡面锚索框架相适应的挡土墙锚索框架嵌入挡土墙内，且将挡土墙锚索框架与坡面锚索框架连为一体，计算一体结构的第一安全系数，若该第一安全系数不符合边坡稳定性要求，则返回至步骤S1,优化初步确定坡面锚索框架和挡土墙的结构形式及尺寸，若符合，则确定满足边坡稳定性要求的挡土墙锚索框架与坡面锚索框架的加固方式及加固参数。

三、附图说明

图1不稳定边坡的锚索框架组合挡土墙结构的截面示意图；

图2不稳定边坡的锚索框架组合挡土墙结构的俯视图。

图中：100-一级边坡、200-二级边坡、300-三级边坡、101-挡土墙、102-嵌入式框架、103-一级边坡锚索、104-一级横向加强筋、105-一级垂向加强筋、201-二级坡面框架、202-二级边坡锚索、203-二级横向加强筋、204-二级垂向加强筋、301-三级坡面框架、302-三级边坡锚索、303-三级横向加强筋、304-三级垂向加强筋。

四、具体实施方式

如图1和图2所示，不稳定边坡的锚索框架组合挡土墙结构，其根据不稳定边坡的地质条件与地形地貌特征，将锚索框架与挡土墙结构有机结合为一体，两者协同变形、共同承载，可发挥更大的加固作用，避免边坡失稳，加固结构破坏。具体而言，本实施例中，所针对的边坡试验对象为某高速公路段的边坡，该实验边坡包括强风化泥岩，呈紫红夹灰绿色，主要由粘土矿物组成；还包含夹薄层状砂岩，泥质胶结，砂泥质结构，薄层状构造，岩质软，节理裂隙发育，岩体破碎，遇水易软化，失水易开裂；岩芯呈碎块状、碎片状及碎石土状，边坡扰动或软化后采用锚索框架加固防护，包括一级边坡100、二级边坡200和三级边坡300，其中，一级边坡100内设有嵌入式框架102，二级边坡200设有二级坡面框架201，三级边坡300设有三级坡面框架301，且嵌入式框架102、二级坡面框架201及三级坡面框架301采用矩阵式的锚索框架嵌入边坡坡脚的挡土墙结构内，将一级边坡100、二级边坡200和三级边坡300融合为一体结构，共同承载山体载荷作用，协同变形，吸收山体载荷能量，大大提高了边坡结构抵抗山体载荷作用能力，从而有效保证了边坡结构的稳定性。本发明实施例提供的一种用于不稳定边坡的锚索框架组合挡土墙结构，在挡土墙内设置混凝土框架，并在框架梁节点交汇处布置锚索或锚杆。对于挡土墙而言，内置框架结构不仅加强了挡土墙结构整体刚度，这意味着同等刚度时可减少挡土墙材料用量，而且，提高了挡土墙在地震作用下的抗震性能；对于边坡而言，挡土墙内的锚索框架不仅对边坡深部进行了加固，而且挡土墙对边坡坡脚起到压脚的作用，有利于提高边坡稳定性，并对边坡坡脚起到物理围护作用，防止雨水冲刷导致的坡脚滑动坍塌；再者，边坡的坡面加固和坡脚加固若分别设计和实施，两者不能协同发挥作用，将坡面加固的锚索框架和坡脚的挡土墙结构联合成一体，坡面框架在坡脚有了稳固根基，坡脚挡土墙也更为坚实。本发明可更有效发挥内置锚索框架和挡土墙的组合加固作用，有效提高挡土墙抗滑能力和抗震性能。

具体而言，如果2和图3所示，一级边坡100设有挡土墙101，挡土墙101内设有嵌入式框架102，优选地，该嵌入式框架102包括一级横向加强筋104和一级垂向加强筋105，一级横向加强筋104和一级垂向加强筋105匹配设置为多根，纵横交错，框架竖梁间距和横梁间距为H/n，其中H为所述二维地质概化模型中挡土墙高度，n为横梁道数，二者共同组成矩阵式框架结构，大大提升挡土墙结构强度和承载力。此外，在每根一级横向加强筋104和一级垂向加强筋105相交点处设有一级边坡锚索103，将一级边坡锚索103打入山体内锚固，进一步提升挡土墙结构的稳定性。

实施例中，如果2和图3所示，二级边坡200内设有二级坡面框架201，该二级坡面框架201包括二级横向加强筋203和二级垂向加强筋204，二级横向加强筋203和二级垂向加强筋204匹配设置为多根，纵横交错，框架竖梁间距和横梁间距为H/n，其中H为所述二维地质概化模型中挡土墙高度，n为横梁道数，二者共同组成矩阵式框架结构，大大提升二级边坡结构强度和承载力，同时，二级垂向加强筋204与一级垂向加强筋105首尾连接，保证垂向力的传递一致性，进一步提升结构承载力。此外，在二级横向加强筋203和二级垂向加强筋204交叉点处设有二级边坡锚索202，将二级边坡锚索202打入山体内锚固，进一步提升二级边坡结构的稳定性。

在实施例中，如图2和图3所示，三级边坡300内设有三级坡面框架301，其包括三级横向加强筋303和三级垂向加强筋304，且三级横向加强筋303和三级垂向加强筋304匹配设置为多根，纵横交错，框架竖梁间距和横梁间距为H/n，其中H为所述二维地质概化模型中挡土墙高度，n为横梁道数，二者共同组成矩阵式框架结构，大大提升三级边坡结构强度和承载力，同时，三级垂向加强筋304和二级垂向加强筋204首尾连接，保证垂向力的传递一致性，进一步提升结构承载力。此外，在三级横向加强筋303和三级垂向加强筋304交叉点处设有三级边坡锚索302，将三级边坡锚索302打入山体内锚固，进一步提升二级边坡结构的稳定性。

进一步地，一级边坡锚索103、二级边坡锚索202和三级边坡锚索302的锚索长度根据潜在滑动面的深度以及嵌入稳定地层的埋深确定。其具体设定参数为：框架梁的截面尺寸为500cm×500cm，二级边坡锚索202和三级边坡锚索302的长度均为20m，且二级边坡锚索202和三级边坡锚索302的锚固段长度为10m，一级边坡锚索103的长度l1为15m，且一级边坡锚索103的锚固段为7m；框架梁的布置形式为正方形矩阵，框架梁间距d为3m。在其他实施方式中，可根据实际情况，对锚索框架的加固方式及加固参数进行适应性设置，在此不做限定。

五、技术优点

1、根据不稳定边坡的地质条件与地形地貌特征，将锚索框架与挡土墙结构有机结合为一体，两者协同变形、共同承载，可发挥更大的加固作用，避免边坡失稳，加固结构破坏。

2、采用矩阵式的锚索框架嵌入边坡坡脚的挡土墙结构内，将挡土墙和锚索框架融合为一体结构，共同承载山体载荷作用，协同变形，吸收山体载荷能量，大大提高了边坡结构抵抗山体载荷作用能力，从而有效保证了边坡结构的稳定性。

3、挡土墙内的锚索框架不仅对边坡深部进行了加固，而且挡土墙对边坡坡脚起到压脚的作用，有利于提高边坡稳定性，并对边坡坡脚起到物理围护作用，防止雨水冲刷导致的坡脚滑动坍塌。

4、边坡的坡面加固和坡脚加固若分别设计和实施，两者不能协同发挥作用，将坡面加固的锚索框架和坡脚的挡土墙结构联合成一体，坡面框架在坡脚有了稳固根基，坡脚挡土墙也更为坚实。

5、内置框架结构不仅加强了挡土墙结构整体刚度，这意味着同等刚度时可减少挡土墙材料用量，而且，提高了挡土墙在地震作用下的抗震性能。