锚杆框架梁边坡防护

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（k＝1.25），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。其与公路环境美化相结合，利用框架梁护坡，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400×400mm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、φ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：

锚杆作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Ⅱ、Ⅲ级螺纹钢筋，直径Φ22～Φ32，长度一般不超过20m，间距为1.5～5.0m，间距过大，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15～35°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。

（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1.0～2.0m设置一个，而对于岩石锚杆支架间距可适当增大至2.0～2.5m，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。