公路边坡防护设计方案探析

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1、公路边坡防护设计方案探析　　摘要：由于边坡病害的多样性、病因的复杂性以及地质钻探的局限性，边坡加固工程设计就变得十分重要。本文结合工程实际来谈谈公路边坡的防护与加固设计。关键词：公路边坡；防护设计；设计方案中图分类号：R142文献标识码：A文章编号：1、工程概况某段公路在开挖时，边坡出现了较大的滑移现象。并在地表出现了很多裂缝，最长的宽度约35cm，坡顶最长裂缝滑塌到边缘11m左右，大大超过预计滑动范围。滑落体多为碎石土，呈楔形；中部坡体纵向开裂，滑坡体长度130~180m左右，宽度约4~9m，滑落体多为表土层和碎安山岩。为不影响施工进度，工作人员针对

2、边坡滑移进行了具体的分析，通过计算，在此路段进行了边坡加固设计。2、加固方案设计2.1方案选择7综合此路边坡滑塌的特殊因素，工程人员最终决定利用预应力锚杆技术加上高压注浆技术保持边坡的整体稳定性，利用抗滑锚杆桩加上高压注浆技术保持边坡局部稳定性。此设计方法是通过高压注浆浆液的渗透、劈裂和挤压等作用加强公路边坡的强度并提高预应力锚杆的承载力；利用预应力锚杆挤压加固作用提高岩土体的凝聚力、内摩擦力，进而提高岩土体的强度；利用抗滑锚杆桩良好的抗滑性能，不用清理滑塌体，却能保证边坡局部稳定性。2.2具体设计方案具体设计方案如图1所示。图1：边坡加固方案示意设计

3、步骤如下：(1)在公路边坡坡体上设有4个台阶，相邻的两阶高度差约为10m。(2)在滑塌区和其左右的第2级平台上，布置2排抗滑锚杆桩，利用高压注浆技术，对抗滑锚杆桩周围松动土体进行高压注浆，确保浆液从塌方体的中心向外扩散，从而控制了边坡局部失稳。抗滑锚杆桩是2根Φ28mm螺纹钢，长20m，在第2级平台坡脚处布置第1排抗滑锚杆桩，以此类推，锚杆桩间距为2.5m×2.5m。(3)在1~4台阶平台上分别布置3排、5排、4排和4排长为16~24m预应力锚杆，锚杆采用Φ32mm的螺纹钢，安装倾角25°，并对其施加150kN的预应力。(4)第1级台阶采用7.5号浆砌

4、片石挡土墙防护，墙顶厚度50cm，墙趾厚度100cm。(5)第2级及其以上边坡进行挂网喷射混凝土施工，封闭好边坡岩土体，以防其再被风化。钢筋网主筋为Φ107mm，辅筋Φ6mm，主筋与预应力锚杆焊接。喷射混凝土层厚8~10cm。3、稳定性分析3.1稳定性分析的方法本次计算采用数值模拟计算方法，数值模拟计算方法采用著名的岩土工程计算程序。该程序是为地质工程应用而开发的连续介质显式有限差分计算程序，主要适用于模拟计算岩土工程地质材料的力学形式。基于不同结构的属性各异，承载方式也不同，加固后坡体的整体稳定性较难分析。为了便于计算，将喷射混凝土看做梁、将抗滑锚杆

5、看成是抗滑桩，其他结构的性质保持不变。具体计算过程如下：3.1.1挡土墙将挡土墙横断面当做矩形来计算比较方便。梁单元的方向矢量表示方法为：单元力的表示方法为：由此，挡土墙的每一节点的切向力、法向力以及力矩，可以用矩阵的方式表示出来：式中：、、和分别表示单元节点的法向位移和切向位移；表示挡土墙刚度，可以用下表示。73.1.2抗滑锚杆桩根据抗滑锚杆桩的特点，可以看成抗滑桩来计算。从承受载荷性质角度说，抗滑桩是介于梁和锚杆之间的结构体，在每一个结构单元的节点处，抗滑桩有3个自由度，2个位移以及1个转动。由于抗滑锚杆与喷射混凝土有连接，其转动受到了一些限制。抗

6、滑桩受到的剪力见下式：式中：表示抗滑桩单元长度；表示抗滑桩刚度；表示抗滑桩轴向位移；表示周围土体轴向位移。抗滑桩单位长度的最大剪切应力可以由下式表示：式中：表抗滑桩偶合弹性系统内聚力；表抗滑桩法向应力，可以由下式求出；表示系统的内摩擦角；表示抗滑桩的周长。式中：表示单位矢量；表示土体的空隙压力。3.1.3预应力锚杆预应力锚杆的优点主要表现在抗拉性能方面，所以锚杆的主要研究的数据就是杆体所受轴向力和轴向位移。根据材料力学的分析方法，杆体所承受的轴向力增量可以表示为：式中：、分别表示2个节点的方向余弦。锚杆所受到的剪应力可以用下式计算：式中：表示锚杆的长度

7、；7表示浆体(握裹体)的剪切刚度；、分别表示锚杆和岩体的轴向位移；表示握裹体的厚度；表示预应力锚杆的直径；表示握裹体的剪切模量。而注浆体(握裹体)与周围岩体接触面处的应力表示，可以由下式实现：式中：表示杆体的相对位移。3.2分析模型计算模型中每个网格代表1m的实际尺寸，为了尺寸和计算模型网格一致，加固结构设计分成10个计算单元。在坡体底部采用固定边界，两侧采用粘滞性边界作为边界约束的方式。同时，为能更好地阐述问题，在模型中标记锚杆计算单元和计算节点。3.3计算结果图2为边坡加固以后，在水平和垂直两个方向上，坡体不同单元节点的位移的变化情况。为能更好地阐

8、明，在坡体上、中、下三部分分别选取三个计算节点，其中在坡体上部有节点(64，20)，在坡体中部