格构式锚杆挡墙在边坡支护中的设计计算及应用

格构式锚杆挡墙在边坡支护中的设计计算及应用

【摘要】格构式锚杆挡墙是在边坡支护中广泛应用的复式支挡结构，本文通过对工程实例的设计计算，主要阐述格构式锚杆挡墙在边坡支护中的应用及加固效果及机理。

【关键词】边坡支护，格构，锚杆，设计计算

1 引言

格构式锚杆挡墙加固技术是利用现浇钢筋混凝土梁和柱构成框架进行边坡坡面防护，并利用锚杆加以固定的一种边坡加固技术。格构框格中可进行植被护坡，即能达到边坡支护的目的，又能恢复植被，提高绿化率，美化环境。它具有工期短、施工条件好、效果显著、外形美观等优点而被城市建设边坡广泛应用。

2 加固机理

格构式锚杆挡墙是将边坡坡体的剩余下滑力或土压力、岩石压力分配给格构结点处的锚杆或锚索，然后通过锚索传递给稳定地层，从而使边坡坡体在由锚杆提供的锚固力的作用下处于稳定状态。格构本身不仅是传力结构，同时通过格构梁与格构柱相连构成整体性好的框架，并紧贴坡面，达到护坡的作用。如图1。

图1 格构式锚杆挡墙示意图

3 工程实例

3.1 边坡概况

娄底某住宅小区边坡为挖方边坡，该边坡临近住宅楼，边坡最高约16.0m，长约120m，倾向349°，边坡重要性等级为二级。该边坡的主要物质组成为第四系残坡积粉质粘土，夹碎石和强风化页岩，其中粉质粘土厚8.5～10.2m，强风化页岩6～8m，岩层产状10°∠50°，遇水易软化。

3.2 设计计算

根据边坡的现状、重要性等级及边坡物质组成，通过设计方案必选，最终确定采用格构式锚杆挡墙，采用方形格构。分两级进行支挡，第一级高7.0m，第二级最高5.0～9.0m。

3.2.1 计算参数

计算参数主要包括岩土体的容重及抗剪强度参数(C、φ值)及岩土体与锚固体粘结强度。依据勘察资料，结合当地地方经验，采用类比法和反演法确定，计算参数见表1。

各岩土层计算参数表1

3.2.2 岩土压力计算

该边坡为土岩结合边坡，且在土岩分层处分级支挡，因此采用分级计算的方法，即第一级按库伦土压力计算主动土压力，计算高度H=9.0m，坡率1:0.4；第二级计算主动岩石侧向压力，同时将第一级覆盖土层按坡度变化换算外荷载，计算高度H=7.0m，坡率1:0.25。通过计算确定第一级主动土压力：Ea=18.785kN，Ex=18.714kN，Ey=1.625kN，作用点高度Zy=3.500m，；第二级岩石主动侧向压力为：Ea=62.399kN，Ex=62.341kN，Ey=2.682kN，作用点高度Zy=2.430m，。

3.2.3 格构梁、柱内力计算

计算方法采用文克尔地基模型法，为了满足静力平衡条件和变形协调条件。假设节点i处的力为Fi，分配到x方向格构柱的力为Fix，分配到y方向格构梁的力为Fiy，按照静力平衡条件有Fix+Fiy=Fi。

假设纵横梁在节点i处的竖向位移和转角相同，且与该处地基的变形相协调。为了简化计算，假设在节点处梁和柱之间为铰接，即一个方向的条形基础有转角时，在另一个方向的条形基础内不引起内力，节点上两个方向的力矩分别由相应的梁和柱承担。因此，只考虑节点处的竖向位移协调条件，即W梁=W柱=W。根据静力平衡条件和变形协调条件可以建立联立方程组，得到纵横梁上的节点分配荷载Fix和Fiy。内力及位移计算成果见表2。

内力及位移计算成果表表2

3.2.4 锚杆设计计算

格构式锚杆挡墙加固边坡时，锚杆在加固深层岩土体、防止坡体下滑中起到关键作用。如何最大限度地利用岩土体本身的强度去加固坡体是锚杆设计的重点。因此在锚杆设计计算时，除了考虑锚杆的轴向拉力计算外，还需考虑锚杆的锚固长度，同时为充分发挥锚杆的锚固作用，提供最大的抗滑力，降低成本，锚固角的确定至关重要。通过比对计算分析，确定该边坡锚固角为15°。锚杆设计水平间距2.5m，竖直间距2.0~2.5m。设计计算结果见表3。

锚杆设计计算成果表表3

锚杆轴向拉力设计值按规范公式进行计算，其中Na为锚杆轴向拉力设计值；Nak为锚杆轴向拉力标准值；为荷载分项系数，取1.3。

锚杆锚固长度按下式计算：

式中：la为锚固段长度(m)；D为锚固体直径(m)，取0.1m；frb为地层与锚固体粘结强度特征值；为锚固体与地层粘结工作条件系数。

3.3 结构设计

3.3.1 支护结构

本边坡加固采用格构式锚杆挡墙支护结构，坡面框格内植草绿化护面。一、二级间设 1.5m宽马道，并砖砌花坛。格构锚固挡土墙格构梁平面尺寸为250×300mm，格构柱平面尺寸为300×400mm，根据绿化和美观的要求，格构梁和格构柱高出坡面50mm。格构柱主筋配HRB400级8φ12钢筋，箍筋配HPB300级φ8@200钢筋，压底梁的断面尺寸为400mm×400mm，配筋与格构梁相同，砼等级均为C25。锚杆设计长度12~15m。

3.3.2 截排水系统

坡顶设截水沟，断面尺寸为矩形，两侧设置跌水，坡脚及马道处设排水沟，与两侧排水沟衔接将水引入小区排水系统。

3.4 边坡监测

边坡的监测方法有人工巡视和位移监测。为了节省开支，有的工程监测工作可分期进行，开始可采用简单的观测方法观测，如发现边坡有移动的可能后，增设精度高、范围广的仪器进行监测。

3.4.1人工巡视：包括对植物状态、支护结构状态及土体状态的观测。观测密度在施工期间要求不少于每星期一次，竣工后半年内要求每半个月观测一次，以后每一个月观测一次。根据边坡人工巡视的情况，再确定具体的监测要求。

3.4.2位移监测：在坡顶及平台处每隔25m设置一个变形监测点，监测水平位移及垂直位移;施工期间，每半个月监测1次，施工结束后每两个月监测1次，总监测期为两年，遇暴雨季节应加密监测频率。

4小结

(1)该边坡支护工程完成后，经过近一年的监测，边坡及支护结构没有发生明显的变形，边坡是稳定的。

(2)边坡的加固采用格构式锚杆挡墙，结构占用空间小，便于坡面绿化美化。该边坡的设计为同类边坡的设计积累了一定经验。

(3)对于土岩结合边坡采用分级设计计算方法，即适用逆作业法的施工操作流程，同时又达到边坡支护设计的目的，同时有节省了工程造价。经过与现场检测结果的比较，误差在允许范围内，土压力和梁上内力基本一致。该法计算岩土压力准确可靠，且作用机制符合实际。

参考文献

[1]梁瑶，周德培，赵刚；预应力锚索框架梁支护结构的设计[J]；岩石力学与工程学报；2006年02期

[2]许英姿，唐辉明；格构锚固措施及其在滑坡防治中的应用[J]；地质科技情报；2001年02期

[3]陈开友；刘晓朋；边坡工程中预应力锚索框架梁的计算分析[J]；工程勘察；2010年01期

[4]许英姿，朱劲松；公路边坡防护中常见格构锚固结构分析[J]；桂林工学院学报；2003年01期

[5]陈道远；锚杆格构梁在土质边坡支护工程中的应用[J]；四川建材；2008