格构锚固措施及其在边坡防治中应用.doc

【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流格构锚固措施及其在边坡防治中应用.精品文档.摘岩土体条件、气候条件等的关系，对依托工程的典型边坡，抽象地质力学模甌昀鰐 瑂本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。课题的研究意义近年来，我国水利、水电、矿山、铁路、公路、城市建设事业发展迅速，工程滑坡灾害日趋严重，滑坡防治已成为国家十分重视的研究领域，支挡加固工程作为滑坡防治中的有效方法备受关注。目前支挡加固措施正向复合型、轻型化、小型化和机械化施工方向发展：”，格构锚固措施正好顺应了这一发展趋势，而且将护坡与支挡有机地结合在一起。国内外研究现状、水平及发展趋势第一章绪论现浇钢筋混凝土格构锚固采用现浇钢筋混凝土格构梁护坡，锚杆或松介质边坡的整治，尤其是进一步削坡条件受到限制的边坡整治工程。这种支挡加固措施受力明确，加固效果可靠。但钢筋混凝土材料有抗拉强度低的特点，当施加在锚索上的锚固力较大时，可能将钢筋混凝土格构梁拉裂，构件刚度下降，造成锚索的预应力损失，而且裂缝会导致钢筋因缺乏混凝土的保护而锈蚀，造成构件强度降低，最终致使护坡的整体效果降低。利用现浇关的应用报道，如三峡库区奉节县白帝水泥厂俱乐部一滨江大道滑坡体的整第一章绪论方形和一字型框架。具体型式根据坡体的地质条件来确定，最基本的型式是十字型框架。当采用十字型框架坡面表层地基承载力不足时使用半正方形框架；而当采用半正方形框架坡面表层地基承载力仍然不足时，则采用正方形框架。另外具有崩塌性强的地质条件和坡度，担心十字型框架会出现抽心时，以及在披面表层地基承载力不足，使用十字型框架预应力衰减严重时也适合近几年来格构锚固在国外乇鹗窃谌毡的许多重蚣苊9淌且恢掷肙推广使用这种支挡加固措施。加固处治效果进行评价。调查资料的整理与分析典型边坡物理模型试验通过对该项课题的研究，取得了预期的成果：调查内容和方法取，稳定性的计算方法等。各调查线路的边坡特点和加固方式格构锚固措施治理边坡工程中存在的主要问题通过对上述路线的调查发现，边坡的设计、施工存在着一些问题，主要体现在边坡的治理工程没有程序化，未程序化进行有以下原因：一者工程工期紧张，不能按正常程序进行；再者没有意识到分几个阶段、按程序进行的重要性。实际上，边坡治理工程是一个复杂的岩土工程，实际上更为重要和更为根本的是对地质体的认识。第二章格构锚固边坡现场调查及加固措旅的分类区域地质概况边坡特点及破坏形态区域挎造上，谣区属于橱子蝗台之西韶根据边垃的工程地质条件，结合现场边坡考虑三种措施：连拱，瞽毒和条件各异的边被分为四种娄墅：第一粪，边坡岩体主要为强风化灰岩，泥麦岩，演共边城岩体结构十分破碎，梧枝接近碎石土，薷南地区边坡防护形式的护坡不仅经济节省、施石工方便、而且美观大方；对边城的加固措施主警此共边皱岩体节理裂豫比技发育，边垃岩体为路集K骺蚣荛谩露避些都是目前常用的加鼠措施僖辫麓坏；第三共边靛为平面蒜茚谒粪垃坡为弧蟹破坏路线经过的地层有古老的元古界昆阳群、中玉玉元商速公路的边垃与大多致其值人类工线以松散岩组和软厦岩体为主其次为半坚硬岩体和少量坚硬岩件路缝所髭地区地质构造复杂断裂和裙装等构遗极为发育挪程所形瞄的边墟相同边垃的种类，接物质组路地震活动频繁楚大公路由于地质运动的影响，构造复采用如下一些常见的方法：挡墙、挂舟喷浆、满铺浆砌片石覃面，楚区，边坡岩体节理裂艨发育，不仅降雨容品漕遗下去。而且地下古水量丰富地下水沿节理裂隙流动边垃开挖后。地下水般在坡表混浆砌片石骨架护坡等方岩和砂岩的分界面出露地下东位随地形和雨季曲改变而改变，在搿季册问，地下水位鞍商、边坡的措施，如悬臂抗滑桩、预应力锚堂域、碰应力锚索桩等路水量大，往往一些软弱夹层浸水后形成泥化央层，成为边坡失穗的直接诱发因素给方式为地袁雨水的渗入主要由以下加固防护措施：锚杆、预应力锚索、锚锭扳、现浇滑坡规模大而发育，沿线钿以上的高齄边垃不稳定坡件主要发育在不同类型地貌单元的接触带上和河答岸城速坡、三维檀草和喷播植草等节理，节理在坚硬岩石中平直长大所；边类边垃主要采用了如下本区地处龙门山构造带边缘，区域构造新店子龙洞背公路边坡岩层倾向墟外多构成疆屠边坡。常发生规模不普的滑坡应考虑技术可行、经济台理：顾层边坡采用预和反倾边坡，加之边坡岩体性软不其备大规应力锚索、锚杆、预应力锚素十普通锚杆的处理措籀在选择中进行模滑坡的条件，但小规摸滑埔现象时有发生该段地层岩性复杂，危岩体和精坡发育广对于逆向坡、切向坡采锚杆、锚索的出现及在边坡工程中的广泛应用，使边坡加固技术发展到了一个新的阶段，目前边坡加固具有两个特点。首先是边坡的加固已经由单一的加固技术措旅发展到综合治理；其次是边坡加固措施，从其指导思想来说，已经由单纯的被动防治转变为主动加固，提高边坡的稳定边坡角，以获得更好的技术经济指标和良好的经济效益，从而给边坡的开挖和支护赋予了新的含义，建立了一种新的边坡设计概念，在这种情况下，边坡锚固在边坡设计中越来越受到重视。锚固段的应力状态锚固段的应力状态是锚固体系设计的关键问题之一。工程实践表明：锚固段的破坏主要有：锚杆筋体的抗拉破坏：注浆体与筋体之间的剪切破坏；岩土体与注浆体之间的剪切破坏三种方式。一般在设计中，筋体自身的抗拉能力能得到保证，因此、两项作为确定抗能力的主要依据，而这两项都跟内锚固段的应力分布状态有关。如一注浆体端头扩大处半径；一注浆体端头与岩土体之间的压应力分布一注浆体与地层剪切面剪应力分布一端头与地层轴间剪切面剪应力分布一端头与地层之间轴间剪切面长度一注浆体与地层之间剪切体半径一注浆体扩大头与地层之间剪切体半径能力表达为：第三三章边坡格构锚固体系的作用极力研究单元喝堤逶地层坏：三维实体元敖：夹层元敖逵虢钐：二、二二童墅竺竺一般坡体在介质特性及与工程结构相互作用过程中都表明出两类特征，一类是组成坡体的岩介质受力后产生弹塑性变形奔湫，另一类是沿坡体内的不连续面痹诨娴鹊刂式缑产生剪切错动。在不同地质环境条件下，这两类介质特性有时具有明显的主次之分。因此，通常根据介质特性的主要表现而广泛采用了两类数值分析方法；一是以弹塑性变相互作用关系，可用于工程处理方案的优化设计和处理效果的检验·顺层边坡锚固机理模拟研究很多路堑边坡是岩质边坡，在我国，尤其我国的西部地区岩质边坡经受过各种复杂的构造地质作用和表生改造作用，坡体中存在规模不一、性状各异的结构面，这些结构面基本上控制了边坡的变形和破坏特征，控制了坡体的应力分布型式，因此，锚杆设计研究中应首先考虑岩体中结构的分布规律及力学性质，应用不同的理论分析锚杆的作用机理，只有分清岩体结构类型，才能认识锚杆的作用机理，从而正确地使用锚杆，最大限度地发挥锚杆通过计算得出以下几点认识：拟的结果与上节有限元模拟分析得到的砂浆与岩体的接触面剪应力的分布形式是一致的。这表明加长锚固段的长度效果不好，一般锚固段长度不宣超过米，事实上大量的工程实践证实，锚固段长度超过米时，超过部分将是无效锚固段。因此，当锚固段长度较长时，应采取如扩大锚固段等方法解决。图咂履腿单位：图8颂卣单位：图锚杆轴向应力分布图预置锚杆加固机理的数值模拟分析为了模拟预置锚杆的加固机理和加固效果，本研究选择某三叠系砂泥岩图开挖前计算模型¨畗；、；，； 、，；瘛駒駕， 觥瘛觥駎瘛瘛瘛觥駆，图预置锚杆加固时累加位移矢量图图常规锚杆加固时累计位移矢量图锚下应力分析锚下分析的主要目的是确定荷载的传递方式，进而分析这种荷载作用方式下，地层及承台的压力安全度。这也为系列化生产提供了条件。因此锚下分析不仅能为工程现场提出设计与施工方面的指导，也是生产厂家进行锚固体系开发的重要研究内容。常用的锚下装置有两种即：铸件式和钢板式，锚下配筋有网格式和螺旋筋式，其安装如下图所示。弹塑性理论分析表明以下因素跟应力荷载传递有关：垫板的形状和刚度直接影响扩散角担诠娣豆街校偕鑑一范围内垫板面积以上对锚固效应的分析上都是集中在力学性能上，在一般锚固理论中，将锚杆所起的作用已仅归结构为锚杆起的作用包括三方面：轴向锚固力，截面抗剪饔，地层置换。果明显。对于顺层边坡，预应力锚杆轴向应力的分布形式具有沿轴向呈不对称的梯形分布的特点，外部端点的轴向应力大于内部端点的轴向应力，锚杆中部轴向应力最大且分布均匀。而加固具有明显滑面的滑坡体，预应力锚杆轴应力具有明显的峰值点，峰值点出现在滑面附近，锚杆两个端部的轴向力相对较小，内端部最小。对比两类边坡轴向应力的分布发现，滑坡的预应力锚杆轴向力明显小于顺层边坡。对于顺层边坡，预应力锚杆加固后，砂浆体与岩体接触面的剪切应力分布形态为双曲线形态，在外锚端剪切应力达到最整，边坡发生了一定程度的变形，甚至发生了充分变形，结果导致坡体局部出现破坏，表部岩土体的力学性质降低。用预麓锚杆加固边坡后进行开挖可以基本避免上述现象的发生，有利于保证加固效果，加强了边坡的稳定性。预置锚杆加固时，因集中应力可让多个锚杆内端分担，其某个部位的应力集中程度显然不如常规锚杆加固时坡脚部位应力集中程度高，这对边坡的稳定性是有利的。因此，在变形要求较高，或在边坡开挖中将失稳的坡体采用预置锚杆支护是有效的手段。关规范中，锚杆验收试验标准把内锚固段伸长值控制在以内，不能对锚杆施工质量准确控制，控制值应根据实际中锚固段可能的应力分布状态进行调整。通过对预应力加载方式对应力状态的影响分析表明：卸载后，内锚固段筋体产生用一反向切向力能减小在自由段附近的应力峰值，且能使砂浆接触表面的应力分布沿筋体往纵深处扩展。因此循环加载对内锚固应力分布有利。但是，根据以上的拉裂区分析及塑性理论，这种加载方式可能会引起拉伸破坏区的扩展。诿V艹鹊娜范ù嬖谧钣经济龋中泄娣吨惺褂肨甜边坡加固的具体方法及格构锚固体系的特点即直接加固法：包括挡墙及护坡、抗滑桩、滑动面混凝土拴塞、锚杆及预应力锚索；间接加固法；包括边坡中用巷道及钻孔疏干、地面截水排水防水、削坡减载卸荷；特殊加固法；包括麻面爆破、压力灌浆等。在直接加固法中，抗滑桩是公路、铁路上加固滑坡咂最常采用的方法，它具有掩工方便、施工作业安全、施工设备简单等优点，但在高陡岩石边坡中，抗滑桩工程量大、施工速度慢、工程造价高等缺点。广邻段各高边坡处治工程中如单纯采用挡墙及护坡、抗滑桩、滑动面混凝土栓塞等方法的造价高、施工周期长、对边坡的开挖扰动大，不利于现有边坡的稳定，甚至可能引起边坡新的滑动变形。因此，经充分的技术经济分析比较，确定主要采用预应力锚索、锚杆等锚固技术、压力灌浆、坡面美观防护等措施相结合进行综合处治。锚固支护同常规的支护相比具有适当的柔性，可以与岩体共同作用，即锚杆、锚索加固边坡设计方法对于单根锚杆承载力的计算如下：蹋甃式中，一锚杆的极限承载力；口一对于锚固于岩石中的锚杆外拉力较大时，会造成岩体失稳，致使锚固失效。一般情况下岩体的失稳是以剪切滑移为主，工程上采用简化的假定，即用一个倒置的岩石圆锥体拔出，来确定单根锚杆的承载力。一般工程计算主要采用所谓的“剪切法”和“重量法”。两种方法都存在一定不尽合理的地方，“剪切法”忽略了客观存在的岩锥重量，事实上外拉力首先应与岩锥重量平衡后，才能去克服岩锥面间剪应力，致使岩锥产生剪切滑移破坏。而“重量法”又把岩锥看成是脱离岩体的孤立楔形块体，事实上当外拉力没达到足够大时，岩锥与岩体是一个整体。因此无论采用上述哪种方法计算单锚承载力都偏保守。说明两种方法所取的假定过分粗糙，从理论上也无法得到令人信服的解释。采用以弹塑性理论为基础的极限平衡条件来确定破坏面位置更系。由试验给出抗剪强度摩尔圆。由岩体内某一点的应力绘出的应力圆若与抗剪强度包络线相切，则切点所代表的剪应力等于抗芍#琻即为岩体破坏面夹角。把圆锥岩石沿破坏面拔出所需的最小图岩锥受力分析图限状态，由此，根据平衡可列：面锄:矿弧郏在建立锚索框架梁力学模型之前，要做如下假定缤：将土体视为一系列相互独立的土弹簧，框架粱就作用在这些弹簧上；锚索预应力作为一个外力作用在框架梁上；框架梁作为弹性体。乙五。式中五：土，坏何5段长度。第四章边坡格构锚固体系的设计方法研究利用上述方法就可求得框架梁的弯矩，根据弯矩即可进行配筋计算。框架梁的有限元计算分析图计算模型断面示意图图计算模型嗣格划分示意图图框架粱单元变形圈图框架粱底面单元拉应力图盯图边坡坡面变形示意图根据弹性地基梁原理，可将锚索预应力简化为在框架梁交叉处施加一个递法按纵横两根梁在节点处挠度相等的条件，将锚索预应力分配到各自梁上，然后按一般的条形弹性地基梁分别计算。本方法的特点是它必须解决：节点处在两个方面的变形应协调；节点处重叠的框架梁面积的应力修正。采用上述方法计算时，工作是比较现浇框架粱主要尺寸推荐表框架梁尺寸锚固工程设计与施工要点般为玂，杆体头部应作成尖头；当孔深小于时，宜采用先注后插的施工工艺，其施工程序如下：注浆体到达距孔杆体插入部分的长度不小于设计要求的长度；预应力锚索极限锚固力通常由破坏性拉拔试验确定。极限拉拔力指锚索预应力锚索应进行最优锚固角的计算。预应力锚索设计应考虑群锚效应，锚索内端排列：相邻锚索不宜等长设预应力锚索必须设置对中支架芟呋，以避免钢绞线打缠和砂浆握水泥砂浆胶结。水泥标号，普通硅酸盐水泥。水灰比，为了达到预应力锚索对滑带的加固效果，锚索张拉段必须穿过滑带第五章具体工程示例及其效果评价具体工程示例及其效果评价示范工程概况一邻段越过海拔千余米的华蓥山，受华蓥山隧道的控制整个道路必需穿越华蓥山地质断裂带，致使沿线多处高边坡处于地质条件异常复杂地区。全段典型的高边坡处，累计总长度为余米，边坡最大高度余米，平均高度米左右。在短短的路线上，有如此大规模的高边坡，这在全国目前是绝无仅有的，在全世界也极其少见。由于高边坡路段地质条件十分复杂，自年工程开始旆工以来，多段高边坡在开挖过提中就出现边坡岩土坍塌、滑动的情况，这不仅严重影响工程施工和工程进度，而且对工程未来的运营安全构成极大的威胁。因此，如何确保高边坡的稳定，采用何种处治加固、防护措施解决边坡坍塌、滑动问题，成为本工程的关键技术和关键工艺、措旌之一。从通车两年来的效果看，各段边坡的处治措施均达到了安全可靠、经济节省、美观大方的良好效果，说明处治分析是正确的，处治措旎是切实可行第五章具体工程示例及其效果评价边坡特征强风化泥岩反向边坡， 有拉裂缝强风化泥岩反向边坡。坡后有拉裂缝强风化泥岩反向边坡，碎裂灰岩与强风化泥岩反向坡，坡后有拉裂缝碎裂化灰岩反向边坡，有小断层，有拉裂缝强、中风化砂岩夹页岩切向边坡，有拉裂缝强、中风化砂岩夹页岩切向边坡，有拉裂缝强、中风化页岩夹砂岩切向边坡广渝路边坡分华蓥段和邻水段第五章具体工程示例及其效果评价边坡平均线变形破坏率痩引起。边坡现场试验第五章具体工程示例及其效果评价獽獽为了制定切实可行的加固方案，就必须对形态和条件各异的边坡进行分坡的成因机制分析，该类边坡变形属于整体滑移型滑坡。第三类：边坡岩体主要为中风化砂岩夹强风化泥岩，局部为灰岩，在通过对各类边坡的地质条件的分析，结合工程经验和计算。第一类边坡由于边坡岩体十分破碎近似于碎石土，因此，其最可能的破坏类型为弧型破坏；第二、三类边坡，由于边坡岩体节理裂发育且呈块状，因此，其破坏类型为弧形破坏或倾倒破坏，但弧形破坏其滑裂面将是非圆弧型，而倾倒破坏不会是弯曲式倾倒而是岩块式倾倒。性问题，也可模拟岩土工程的施工过程。一万一第五章具体工程示例及其效果评价大垫墩板，一方面使预应力能够比较均匀的传递在不平整的坡面卜，另一方面增加被加固边坡的整体稳定性，提高预应力锚索加固的效果。索框架粱加固：预应力锚索框架粱加固边坡示意图过改善岩体的力学性质来增加边坡的抗滑稳定性，将会取得事半功倍的效果。由于压力灌浆的施工速度快，加固效果明显，还广泛应用于各种抢险工程中。边坡发生第二次蠕滑后，由于当时正处于多雨季节，如不进行及时处理，滑坡体必将进一步下滑，对公路修建和下部成形的路基及行车安全构成巨大威胁。根据对现场豹地质调查和计算分析，确定了采用首先在开裂区压力灌浆，并结合其它预应力处治措施的施工方案。由于施工组织得力，压力灌浆得以迅速实施。灌浆处治后，边坡上部蠕滑体裂缝得到封闭，岩体力第五章具体工程示例及其效果评价时，进行坡顶削坡减载，对边坡的稳定性已无太大的意义。而对边坡如进行过大的削坡减载，一方面怕引起连续滑动，另一方面影响路面的施工，故该类边坡较大规模的削坡减载方案不太现实。第五章具体工程示例及其效果评价第二类边坡：岩体主要为强风化砂质泥岩和泥质砂岩互层，属于切层蠕盖土层和强风化层可进行局部的削坡减载外，其它部位进行较大规模削坡减载不太现实。因此，该边坡加固处治方法应是采用预应力锚索框架梁进行直接加固，防止岩体崩塌、变形。坡顶第四系覆盖层进行适当的削坡减载，以确保边坡的稳定性；这种方案在施工上容易实现，且工程造价低。根据天然和饱和情况下的现场大剪试验结果揭示，该路段边坡岩体较抗风化能力差，特别是边坡中的泥岩层在风化后物理力学参数接近土质。为防止自然条件的侵蚀降低边坡的稳定性，必须对边坡采取较强的封闭措施。如果单纯采用挂网喷浆，一方面美观性差，另一方面挂网喷浆的耐久性差，长久维护费用高。为增加边坡处治工程美观程度，创造新的公路景观，在设计中选择了多种坡面防护措施，达到了良好的经济性和美观程度。所采用的坡面防护措施和作用主要有以下几种：浆砌片石一一适用于较陡的岩石边坡；网格植草防护一一适用于较缓的土质边坡；混凝土空心砌块一一用于岩石边坡防护和坡面美化；普通混凝土机制砖一一用于岩石边坡防护和坡面美化；边坡立体防排水体系一一排水沟、激流槽、内部排水管。第五章具体工程示例及其效果评价进一年的预应力和变形监测边坡无异常位移出现。通过示范工程的设计与实施得出如下认识：亲恩似海，常有无以报答之忧，现谨以此文作为我的第一份答卷。一拚钅咂鹿桃焕砺塾胧导钚路筟中国水利水电出版社胂耐悄苎沂悸踇科学出版社蛎魅僦鞅啵姨辶同济大学出版社揽得裰鞅啵彝凉蘙武汉工业大学出版社版社，