1、1锚杆框架梁在边坡防护中的应用徐敏（陕西省公路勘察设计院 西安 邮编 710068）摘 要：随着我国高速公路的迅猛发展，高速公路建设已向山区延伸，由于高填深挖大量出现，高边坡的数量在急剧增加，这一定程度上破坏了当地原有的生态环境，坡体的变形、失稳以及破坏频发，对高速公路的施工和运营安全产生了较大的威胁。本文通过锚杆框架梁的设计原理、施工原则、设计事例分析，充分肯定锚杆框架梁应用于工程滑坡、高边坡以及桥墩边坡防护以及配合抗滑桩、抗滑挡土墙等其他支挡工程对坡体进行防护的良好防护效果。关键词：锚杆框架梁 边坡防护 设计 应用引言我省的高等级公路建设在近年得到了飞速发展，以“米”字型为骨架正逐步实现全
2、省高速公路的网络化。高速公路的建设极大的促动了我省与国内其他各省，以及省内各地区之间的文化经济发展，但随着高等级公路建设的数量增加，等级、指标的提高，高填深挖大量出现，高边坡的数量在急剧增加，这一定程度上破坏了当地原有的生态环境，坡体的变形、失稳以及破坏频发，对高速公路的施工和运营安全产生了较大的威胁。我省地质条件复杂，按地貌单元可划分为陕北黄土高原区，陕南基岩山区和关中盆地区。其边坡破坏型式多样，机理复杂，防护难度大，现边坡防护已成为了高速公路建设中需要认真解决的课题。岩土锚固技术作为一种边坡防护措施，于 20世纪 50 年代开始在我国采用，近年我省高速公路建设项目的边坡防护中大量采用此项技
3、术，其中锚杆框架梁以其防护效果好，使用范围广，造价不高，施工简易等特点得到了广大科研单位和设计人员的认可，大量使用在边坡防护中。本文仅对锚杆框架梁在边坡防护中的一些问题做基本阐述。1、锚杆框架梁的设计在设计之前，应在地质调查、踏勘及资料收集的基础上，对所治理坡体进行相应的工程勘察，分析计算其自然状态和工程开挖后的坡体稳定性，确定可能的破坏型式，以最危险破裂面作为设计依据，利用极限平衡理论和 Bishop 法分析边坡，得出坡体的剩余下滑力（k1.25） ，以其作为坡体稳定的最小锚固荷载。1.1、原理：锚杆框架梁是利用现浇钢筋混凝土框架进行边坡的坡面防护，并通过锚杆锚固坡体的一种边坡防护技术。其与
4、公路环境美化相结合，利用框架梁护2坡，在钢筋混凝土框架之内充填预制空心六棱块植草绿化坡面，达到环保美观的效果。锚杆框架梁主要是通过框架梁节点处的锚杆将边坡坡体的剩余下滑力或土、岩石压力传递给稳定地层，使边坡在锚杆提供的锚固力作用下达到稳定状态。1.2、特点：锚杆框架梁具有防护效果好，适用范围广，型式多样，布置灵活，截面易于调整，框架梁可紧贴坡面，随坡就势，造价不高，施工方便等特点。1.3、布置型式：在框架梁的各个节点处，预先设置注浆锚杆，待其具有一定强度后，再在坡面上施工框架梁。一般情况下，框架梁基础深入坡面以下 50cm，在框架梁顶部设置50cm 厚的浆砌片石镶边工程防护坡顶，以减少水下渗到
5、坡体内破坏坡体的稳定性。其具体布置型式见图 1（图中框架梁，竖肋、横梁采用 400400mm 的截面，锚杆间距 2.5m，每 7.5 米一片锚杆框架梁） 。 1.4、锚杆：锚杆支护与传统的支护存在着根本不同和突出的优越性，其不是被动承受岩土体产生的荷载，而是主动加固岩土体，有效控制其变形，防止岩土体坍塌破坏的发生，属于一种主动防护技术。在我省已建成和正新建的高速公路的边坡防护中多数使用的是非预应力等截面全粘结型锚杆，下面对此类锚杆作简单介绍。1.4.1 锚固原理：坡体在自然状态下自身具有一定的强度和刚度，由于降雨及工程原因，破坏了其自身的稳定性，而产生变形破坏。锚杆支护是通过将锚杆设置在岩土体
6、内部，来提供维持坡体稳定的所需要的锚固力，其作用主要表现在：（1） 、注浆锚杆改变岩土体的性质：设置了注浆锚杆的岩土体，一方面，注浆体将钻孔部分的岩土体置换出来，从而提高了坡体的强度，另一方面，钻孔中注浆时一般采用不小于 0.3Mpa 的压力注浆，浆液沿着岩土体裂缝扩渗，在周围形成胶结网，大大提高了其 C、 值，使岩土体的强度和刚度提高，保证坡体的整体稳定性进一步提高。（2） 、注浆锚杆与岩土体的相互作用：锚杆作为一种传力杆件，是依靠锚固段杆体与稳定地层间的锚固力来提供足够的抗滑力，同时锚固体与岩土体之间的粘结能大大提高潜在滑移面上的抗剪强度，有效的阻止坡体变形位移。1.4.2、结构：3锚杆作
7、为一种传力的结构体系，其主要由锚头、自由段、锚固段、及锚杆配件组成。 （具体见图 2）1.4.3、设计：1.4.3.1、设计基本原则在岩土体中确定使用锚杆时，应充分研究锚杆工程的安全性、经济性和施工可行性，认真调查与锚固工程有关的地形、场地、周围已有建筑物、地下埋设物、道路交通和气象等事项，并进行工程地质钻探及有关岩土物理力学性能试验，提供锚固工程范围内岩土性状、抗剪强度、地下水等资料，对于土层，则还应掌握标准贯入值、颗粒级配、含水量和塑限。对使用期限在 2 年以上的工程锚杆，应按永久性锚杆设计。锚杆锚筋一般采用、级螺纹钢筋，直径 2232，长度一般不超过20m，间距为 1.55.0m，间距过
8、大，锚杆分散，设计锚固力过大，偏于不安全；间距小于 1.5m，易产生群锚效应，经济性差。工程实例中锚杆间距多为 2.5 与3.0m。一般锚杆的俯角工程中多采用与水平呈 1535的夹角，俯角愈大，有利于抵抗侧压力的水平分力，但是由于垂直分力过大，产生不利影响。图 1 锚杆框架梁布置型式平面示意图 图 2 锚杆结构示意图1-杆体；2-钻孔；3-连接钢筋；4-支架；5-导向钢筋；L1-自由段；L2-锚固段；L3-沉渣段1.4.3.2、锚杆的设计（1） 、锚杆的长度一般为锚固段长度、自由段长度以及外锚段长度之和。锚杆自由段长度按外锚头到潜在滑裂面的长度计算，而锚固段长度则由 3.2.4.4 中的计算确
9、定。同时，土层锚杆锚固段长度宜大于 4.0m、小于 14.0m，岩石锚杆锚固段长度宜大于 3.0m、小于 10.0m。（2） 、锚杆的锚头设计是由锚杆杆体在端部加工成一角度，与防护坡面坡度一致，通过连接钢筋固定在框架梁中，与框架梁浇注成为一整体。4（3） 、锚杆尾端焊接的导向钢筋，主要作用是放置锚杆时起到导向作用，使其位于钻孔中间。（4） 、锚杆中布置的钢筋支架沿锚杆轴线方向每隔 1.02.0m 设置一个，而对于岩石锚杆支架间距可适当增大至 2.02.5m，实际应用中一般采用 2.0m 间距设置。其主要作用是保证锚杆位于钻孔的中间，使注浆体均匀包裹在锚杆周围，提供固定的锚固力。（5） 、在无特
10、殊要求时，锚杆浆体一般采用 1：1 的水泥砂浆，水灰比在0.380.45 之间选择，其强度设计值不宜低于 M20。其注浆压力工程中一般考虑不低于 0.3MPa，在一次注浆后，要进行二次加压注浆，使浆体充满钻孔及其岩土体裂隙中，提高锚固强度，保证工程安全性。1.4.4、锚杆的施工锚杆施工质量的好坏将直接影响锚杆的承载力和边坡稳定安全，一般在施工前应根据工程施工条件和地质条件选择适宜的施工方法，认真组织施工。在施工工程中如遇与设计不符的地层，应及时报告设计人员，以作变更处理。1.4.5、锚杆的性能试验锚杆的性能试验是在锚固工程开工前为了检验设计锚杆性能所进行的锚杆破坏性抗拔试验，其目的是为了确定锚
11、杆的极限承载力，检验锚杆在超过设计拉力并接近极限拉力条件下的工作性能和安全程度，及时发现锚杆设计施工中的缺陷，以便在正式使用锚杆前调整锚杆结构参数或改进锚杆制作工艺。性能试验的锚杆数量一般为三根，用作性能试验的锚杆参数、材料和施工工艺必须与工程锚杆相同，而且必须在与安设工程锚杆相同且具有代表性的地层中进行。张拉工程中采用逐级循环加荷，测得（QS）曲线。1.5、框架梁在我省边坡防护中，采取锚杆框架梁防护的坡体中，框架梁主要是以现浇钢筋混凝土为主，其主要型式有方型、菱形、人字型及弧型四种型式。其中以方型应用最为广泛。框架梁每 7.48m 一片，每片之间留 2cm 伸缩缝，缝间用浸沥青木板填充。每片
12、框架梁有三根竖肋，横梁数量根据每一级边坡高度做具体调整。其采用现浇钢筋混凝土，浇注应一次性完成，其钢筋配置按简支梁的理论设计，参考混凝土结构设5计规范进行。框架梁平放在坡面上，底部夯实平整，保证框架梁布置的随坡就势。1.6、预制六棱空心块对边坡进行防护的同时，应考虑坡面的绿化问题。锚杆框架梁防护时，通过在框架内填充预制混凝土空心六棱块，六棱块内填土植草，达到了较好的绿化效果，空心块尺寸一般选取外径 36cm，40cm，大的还有做到 60、70cm 的，这要由边坡坡率以及岩性综合考虑。黄延线裢褡沟特大桥 3桥墩边坡防护，由于坡率较陡，设计中将六棱块预制成直角梯形的，交错布置，达到在框架内稳定的结
13、果，同时收到美观的意外效果。2、锚杆框架梁的应用锚杆框架梁主要应用于工程滑坡、高边坡以及桥墩边坡防护，其配合抗滑桩、抗滑挡土墙等其他支挡工程对坡体进行防护，并取得了较好的防护效果。（1） 、西安柞水高速公路 K28+452+681 段高边坡该段路线位于石砭峪水库东岸斜坡地带，由于该段地形高陡，路基开挖形成最大高度 62 米、长度 200 余米的高边坡，2004 年 10 月，受连续降雨影响，部分坡面产生滑塌，总方量 1000 余方，阻碍了施工的正常进行及该段边坡的整体稳定性。该段坡体岩性复杂，坡顶出露薄层残坡积或坡洪积粘性土，下覆风化花岗岩，节理裂隙发育，原岩成分及结构已基本破坏，并发育有岩土
14、接触面。根据现场调查资料和原治理设计内容，进行了加固设计。主要采用卸载、抗滑桩及抗滑挡土墙支挡，结合锚杆框架梁和拱形骨架护坡在中部坡面进行防护。其具体内容如下表：工程名称 治理内容卸载依据设计坡面线，将 K28+455K28+670 段边坡的上部卸载，方量 13000 方。抗滑桩在 K28+533K28+601 段布置 2.41.8m 抗滑桩 12 根，间距 6 米。桩间用挡土板连接，挡土板前布置花篮墙，绿化坡面。抗滑挡土墙 在 K28+455K28+533 段布置高 4m 的抗滑挡土墙，长度 78 米。锚杆框架梁 布置于一、二、三级坡面，共计 53 片，锚杆 675 根。骨架护坡 在四级以及
15、四级以上坡面布置，坡率 1：1，防护面积 3926 m2。仰斜排水孔 在 K28+455+588 段布置 23 根 30m 长的仰斜排水孔，与碎落台垂距 1m，倾6角 5，间距 6m。 此段高边坡设计由于地质条件变化较大，岩土接触面分布不规则，则防护时大致将其划分为三段。K28+452530 段,花岗岩风化较强，出露较高，岩土接触面为一弧形，治理采用抗滑挡土墙+锚杆框架梁和拱形骨架护坡防护；K28+530+600 段，堆积残坡积粘性土，基岩在路基标高以下，岩土接触面呈“V”字型，属于危险地段，治理中采用抗滑桩+锚杆框架梁和拱形骨架护坡防护（见图 3） ；K28+600+670段，基岩风化较弱，
16、出露不高，表面完好，治理中采用锚杆框架梁和拱形骨架护坡防护。此处高边坡设计中，锚杆框架梁主要作用是为防治坡体中部的浅表层滑塌和坡面冲刷，并通过绿化改善其整体美观性。图 3 西安柞水高速公路 K28+452K28+681 段高边坡加固工程治理断面（图中尺寸以厘米计）（2） 、黄陵延安高速公路老庄河特大桥 3桥墩下边坡该段边坡，坡体高度约 40 米，角度 4055，表面覆盖有大约 3、4 米厚的虚土，产生部分滑溜，破坏了坡体的整体稳定性，将对 3#桥墩的安全产生威胁。根据7现场勘察测量资料，对该边坡进行治理。其治理工程内容如下表。工程名称 治理内容抗滑挡土墙 布设于原有便道以上，共计 45 米，采
17、用 7.5#浆砌片石砌筑。锚杆框架梁 在二、三级坡面布置锚杆框架梁，锚杆长度分别为 10、12 米。桥墩（台）防护，由于桥梁在高速公路中的重要性，其修建所形成的边坡一般存在坡体陡峭不规则，坡率较陡，防护空间小，施工场地有限等特点。所以对桥墩（台）的边坡防护时，简单的坡率法和支挡工程一般造价大，防护效果不好，此次治理中锚杆框架梁的应用，具有布置灵活，型式易调整，防护安全系数高的特点，实践中也取得了较好的防护效果，另外黄陵延安高速公路裢褡沟特大桥的 3桥墩边坡防护中也应用到了锚杆框架梁。4、小结通过上述，我们对锚杆框架梁在高速公路边坡防护中的应用有了进一步的了解和认识。通过对各个工程中应用情况的调
18、查，锚杆框架梁都取得了良好的防护效果，其美观性也得到认可。具体表现在（1） 、稳定性和整体性锚杆框架梁作为一种主动防护，通过全粘结型的锚杆与岩土体的稳定地层锚固在一起，提供锚固力承受坡体的剩余下滑力，其有效地利用了岩土体自身所具有的强度和刚度，将下滑力传递到稳定地层中，转嫁给锚固体的抗拔力。同时框架梁作为一个整体，在各个节点处都布置有锚杆，可以有效的对坡体变形和破坏起到防护作用。锚杆框架梁不同于传统单纯的坡面或坡体防护技术，锚杆防护坡体破坏滑塌，框架梁防护坡面的冲刷和浅层溜滑，它将二者有机结合为一种防护体系，同时可通过填充预制空心六棱块绿化坡面，达到协调周围环境，美观环保的效果。（2） 、造价不高，施工方便锚杆框架梁一般在实际工程应用中，工程造价为 500850 元/，相比于其它防护工程属于中下水平，但性价比明显高于其它传统防护工程。锚杆框架梁施工应自上而下，待上一级坡体施工完成后，再进行下一级坡体的8施工。施工方便，所需场地空间不大，这在一些山区中很好地解决了施工难的问题。
