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【关键词】滑坡灾害,抗滑桩,边坡工程,推广应用
Abstract: Landslide is one of the most common natural disaster in China, with its distribution of a wide range of devastating strong and caused tremendous damage to the human environment, not only a serious threat to life and property safety of the people of disaster areas, but also undermines the entire regionecological balance, resulting in a persistent ecological damage. Multiple natural disasters in China to strengthen disaster research, the objective requirements of economic development in China, but also to ensure the inevitable requirement of the people live and work. In recent years, China has a big stride in Landslide, anti-slide pile is one of the common means of governance, has been rapidly promoted in the slope engineering governance. However, due to the late start of China Landslide, anti-slide pile design and construction, there are still many shortcomings. This article, I will be from the angle of the landslide of natural disasters in China were analyzed and described the status of Chinese and foreign anti-slide pile slope engineering, and put forward recommendations in slope engineering applications of China's anti-slide pile.
Keywords: landslide hazard, piles, slope engineering, promote the use
中图分类号:U216.41+9.1文献标识码: A 文章编号:
一.前言
众所周知,我国地形地貌多变,地质构造复杂,我国的山地丘陵总面积约占我国国土总面积的三分之二,加上气候条件多变,各地区降水不均,少雨干旱地区,岩体受物理风化影响大,而在湿润多雨地区,岩体受生物及化学风化影响大,同时受地质构造和地形地貌的影响增加了山体滑坡灾害发生的频率。目前,随着工程建设的大力发展,人类工程开始逐渐深入西部偏远山区,铁路修筑、水坝建造,、开矿打井等一系列工程势必会面临滑坡灾害,因此采用经济合理的治理手段,既可以减轻滑坡对施工的危害,又可以避免滑坡发生的频率。所以,加强对滑坡的治理,加强对抗滑桩的设计施工的研究探讨,是非常具有现实效益的。
二.抗滑桩在国内外边坡工程中的应用现状
1.早在20世纪三十年代,西方国家便开始利用抗滑桩解决一些边坡工程问题。而抗滑桩的应用高峰期是在二战以后,当时一些西方国家正处于经济恢复发展时期,大量的工程建设开始起步,同时伴随着工程建设的滑坡问题也应运而生,于是,抗滑桩以其独特的优势被广泛运用到滑坡治理中来。之后,随着抗滑桩设计施工技术的深入研究,抗滑桩的设计理论逐步建立并取得了发展,伴随着经济的发展,时至今日,国外很多国家的抗滑桩设计理论已经很是完善,并逐渐形成了科学系统,不断研究出以锚索抗滑桩为代表的各种结构的抗滑桩型式,有力的推动了抗滑桩在边坡工程中的广泛运用。
2.我国的抗滑桩应用起步比较晚,第一次运用是在二十世纪五十年代,当时应用于宝成铁路滑坡治理中。直到二十世纪七十年代我国的抗滑桩理论开始初步建立,此后,随着抗滑桩在工程应用中的不断发展,抗滑桩的设计理论也开始不断的完善。但目前为止,我国抗滑桩的设计施工依然存在着很多缺陷,比如,设计计算模型忽视桩侧摩阻力,设计数据采集不合理等等,这些缺陷在很大程度上导致了我国抗滑桩设计施工的不清晰,不确定。但从整体而言,我国绝大部分设计成果是成功,但也存在由于设计数据或者设计参数出现问题而导致治理不当的例子。
三.抗滑桩基于对滑坡和岩土体的综合考虑。
1.抗滑桩设置在边坡支护设计时,对于弹性抗滑桩来讲,桩在承受上部滑体的推力同时,必然对上部土体或岩体产生反力,而该反力对桩后土体或岩体稳定性的影响往往被人为忽略了,以至产生不安全因素。这种情况已然在无施工过程中被多次得到验证。右图为滑坡的剖面分析图,有助于加强对滑坡成因的直观理解,为抗滑桩的设计施工奠定良好基础。
2.不同的岩土体具有不同的特点,其物理力学参数也不同,在进行抗滑桩的设计施工时候,必须综合考虑土体的物理力学参数,保证设计数据的可靠性,保证设计过程的严密性。上表是抗滑桩和岩土体的物理力学参数。
四.各种抗滑桩型式运用简析
1.变截面桩
一般抗滑桩为矩型桩,这种桩型对岩体滑坡、土体整体滑坡的支挡效果是很好的,也比较经济合理。但在滑坡体比较松散、强度较低的土体滑坡中,矩形抗滑桩治理成本费较高。如果土体较为松散,在综合分析滑坡形成特点和抗滑桩的承载力的基础上,多可以采用异型抗滑桩的设计方案。如梯形截面抗滑桩。此种抗滑桩不但经济,而且桩间土在推力作用下被挤密,能与桩一起形成一道桩土墙,从而提高桩同作用效果,对滑坡构成有效支挡。
2.预应力锚索抗滑桩
随着治理滑坡的规模不断扩大,各种抗滑结构不断出现,其中最为新型的抗滑结构就是预应力锚索抗滑桩结构。该结构通常利用钻孔灌注或支模浇筑成桩。在桩上设置一排或多排锚索,并对锚索施加预应力,通过锚索将桩锚固在稳定的基岩中,达到阻止边坡滑动的目的。目前该类桩已广泛应用于大、中型滑坡治理工程中。
五.关于抗滑桩在边坡工程中应用的建议
1.通过考虑桩同作用的原理提高抗滑桩的抗滑能力。
这种共同作用的效果很大程度上取决于桩前土体的抗滑力。这对于整体性较好的土体或岩体来说主要是由桩前岩土体的强度决定的。即利用抗滑桩和岩土层锚杆相结合的支护方式代替单排桩或推桩,以使滑坡治理更经济、合理。
2.在某些工程中,可以根据实际状况采取相对应的措施。由于抗滑桩的悬臂较长,然而又不易设置锚索,使其受力很不合理。这时可以通过考虑将部分抗拉钢筋用预应力钢绞线代替,桩底埋设锚梁,布设好钢绞线,浇灌后通过后张法施加张应力,增强桩体的力学强度,以达到经济合理的目的。
3.在研究了关于推力桩和深埋桩的工作机理的基础上,考虑在大型的滑坡治理中综合运用深埋桩和推力桩2种支护方式,发挥其各自的特点,以达到安全、经济、合理的滑坡治理效果。由于边坡问题的复杂性以及工程规模的大型化,我们对滑坡真实的受力性能和工作机理,需要进行更深入的研究和探讨。
六.结束语
由于我国多山地多丘陵的地势地貌,加上降水日晒等多种气象因素和不科学施工等人为因素的影响,使得自然和人为的滑坡灾害日益频繁,对工程和人类环境的影响也日益明显。目前,抗滑桩是边坡工程中最为有效的支档方式之一,加强对抗滑桩设计施工的研究突破,并加以大力推广运用,必将很大程度上改变我国抗滑技术弱势的局面。加强对抗滑桩技术应用,可以为我国的生态文明建设增砖添瓦,促进社会的和谐进程。
参考文献:
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[2]贾建胜 李运来 浅谈混凝土抗滑桩在边坡工程中的应用 [期刊论文] 《西部探矿工程》 -2008年1期
[3]吴坤铭,边坡及其抗滑桩加固工程可靠性分析方法研究 [学位论文]2011 - 合肥工业大学:工程力学
【关键词】公路高边坡;稳定性评价;支护优化设计
高边坡分为土质边坡和岩质边坡,当岩质边坡的高度超过30米,土质边坡的高度超过20米,即为高边坡。公路的路线越长,所经过的地质条件就会相对复杂,边坡的数量也会随着增多。除了显性的边坡之外,还存在潜在的失稳边坡。在施工的进程中,这些潜在的失稳边坡就会在施工作业的作用下,出现失稳变形的现象。此外,公路边坡的特殊性还在于其为永久边坡,无论是考虑到地质灾害预见经验不足,还是提高运营期的安全系数,对于高边坡都要根据地质条件做好支护优化设计工作。目前对于高边坡支护优化设计以对单体边坡设计为主。验证高边坡的稳定性所采用的方法为极限平衡法,参考检测反馈信息,将优化设计方案制定出来。本论文以某段高速公路的40个高边坡为例,对于支护优化设计进行探索。
一、高边坡普查
高边坡普查是对于公路施工现场开展地质勘察和环境考察工作。工作的重点是在施工前对于公路的权限高边坡都要进行调查,已将边坡岩体的结构特征明确区分,并对于已出现变形破坏现象要进行分析,并采取必要的措施补救。对于高边坡普查的目的是提出高边坡优化设计方案,并将重点研究边坡筛选出来。公路边坡往往地质条件较为复杂而缺乏稳定性,边坡的高度大于40米。符合研究条件的边坡只有满足了其中的两个条件,就可以进行筛选,并作为重点研究对象。
二、重点高边坡稳定性评价
高边坡岩土体具有地质过程特征。从地质学的角度刻划,评价岩石高边坡稳定性就是要给予边坡变形破坏的机制进行研究,采用数值模拟的方法模拟岩体高边坡的破坏演变过程,根据模拟控制结果评价高边坡的稳定性。变形稳定性分析采取变形理论的稳定性分析与强度理论的稳定性分析结合的方法,形成建立在模拟控制基础上的岩体高边坡稳定性评价,并提出控制方法。
在整个的高边坡施工阶段,高边坡稳定性评价以及支护优化设计始终贯穿于其中,形成一个动态的评价过程。根据高边坡实际特征,可以判断其破坏模式分为结构面控制型和最大剪应力面控制型。那么在工作流程上所形成的技术思路为:根据高边坡变形稳定性分析数据,对于边坡的可能性变形破坏模式进行判断,并分析变形破坏的发展过程。对于潜在滑动面位置的判断,可以根据所监测到的变形破坏信息为参考依据。在支护优化设计上,引荐强度稳定性分析方法,将必要的设计数据计算出来。为了验证支护的效果,可以对于支护的结构与边坡之间所形成的作用关系来完成,以对于设计不断的完善、优化。
从地质状况的角度审视公路的岩体结构,该公路的沿线上分布着板岩和千枚岩,部分地区已经出现了破碎结构,并以层状呈现出来形成倾倒变形体。根据勘测结果,在40个高边坡中,有近一半的边坡已经出现了倾倒变形现象,主要是受到岩体结构的影响,一些折断面则受到岩体特征的影响。那么对于倾倒变形体的评价则要采用以下的途径。
倾倒变形的范围可以采用离散元法对于倾倒变形的演化过程进行模拟,根据公路现场地质实际状况将地质模型建立起来。边坡变形破坏模式可以采用边坡稳定性评价方法进行研究。潜在滑动面的确定上,可以二维有限元研究方法,这主要是针对没有发生变形的边坡或者是变形程度较小的边坡的内应力、变形程度进行分析。如果边坡的变形程度很大,就要采用二维有限元法对于边坡的分布特征进行分期,并以勘测信息以及施工的各种反馈信息作为参考,以获得准确的滑动面位置。边坡稳定性评价所采用的是强度理论,并在此基础上计算出支护设计的参数。
三、重点高边坡支护优化设计
高边坡支护方案的选定,主要是根据变形破坏的“过程模拟”对于岩石体的演化以及变形破坏机制进行研究,以根据变形破坏的实际情况拟定设计方案。设计主要采用的是初步静力学设计,并运用数值模拟研究岩石体与工程结构的作用,以此为依据对于高边坡进行优化设计。不同的破坏模式的边坡所采用的支护方案也会有所不同。针对于原设计方案,要使其得到进一步优化以符合实际需要,就要将“过程控制”技术纳入其中,地质模型要表达准确并建立在高边坡变形控制以及灾害控制的指导基础上,以形成边坡稳定性评价的关键条件,采取必要的支护措施将高边坡的变形控制在规定范围内,并通过监测获得反馈信息验证其效果。高边坡优化设计见下表。
高边坡优化设计方案
结论:
综上所述,本论文针对公路高边坡的稳定性以及优化设计的思路和方法进行探讨,通过变形稳定性的分析,并对于边坡可能破坏的模式以及变形破坏的发展过程进行评价分析,以对高边坡稳定性进一步评价,为支护优化设计提高参考。
参考文献
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关键词:岩质边坡;赤平投影;三维地质模型;楔体稳定性分析
中图分类号: C35 文献标识码: A
1引言
大量实例表明,在岩质边坡中,岩体发生失稳破坏的主要形式为由几组结构面和临空面切割的楔体破坏。因此,研究多结构面岩质边坡楔体稳定性问题具有重要意义[1~4]。
论文在楔体稳定分析理论的基础上,对某大型水电站边坡地质资料中的结构面信息进行统计整理,运用赤平投影分析人工边坡可能的失稳破坏模式及失稳块体的边界条件,通过采用三维极限平衡方法对可能失稳块体的计算模型进行分析,得到块体的稳定系数,对块体的稳定性进行详细评价,对类似工程提供可以借鉴的经验。
2楔体稳定分析的刚体极限平衡法
目前,三维刚体极限平衡法是岩质边坡楔形体稳定分析中应用最多的一种方法,该方法假定滑动面上剪力方向与两结构面交线平行,从而使问题静定可解。楔形体受力示意图如图1所示。楔形体由两组相交结构面(左侧结构面1、右侧结构面2,法线矢量记为,)切割边坡(坡顶面3、坡面4,法线矢量记为,)形成四面楔形体。结构面、边坡面均假定为平面。楔形体受自身重力(大小为,方向矢量记为)、结构面作用力(法向反力大小为,、切向剪力大小为,,方向矢量为交棱线矢量)、地下水压力(大小为,)及外荷载(大小为T,方向矢量为,包括表面集中力、分布力、地震力、锚固力等)作用。
图1楔形体受力示意图
已知楔体双滑面产状分别为(倾向/倾角)、,则其法线矢量为:
(1)
设双滑面交棱线的产状为,则交棱线矢量为:
(2)
根据正交性质,交线矢量垂直于双滑面法线所构成的平面,故得
(3)
(4)
建立平衡方程坐标系为,三轴正交,符合右手定则。与楔形体交棱线平行,指向前方,垂直正交于,指向下方,水平,各轴在坐标系中的单位矢量分别为:
(5)
在垂直交棱线的平面(平面)内建立平衡方程:
(6)
通过(6)式可解出结构面对楔形体的法向反力大小、。沿结构面交线的下滑力可表达为:
(7)
假定结构面切向剪力与法向反力满足Mohr~Coulomb强度准则,则楔形体安全系数可由结构面所提供的抗滑力与楔形体实际所受下滑力确定:
(8)
式中:、、、为结构面强度参数,、为滑动面面积。
3工程实例
3.1结构面特征及物理力学参数
某水电站枢纽区工程边坡地形地质条件复杂,岩体内断层、裂隙、岩脉等结构面发育,形成大量的块状、次块状结构、碎裂~块裂结构,岩体质量较差,边坡稳定主要受风化卸荷和结构面及其组合影响。该电站右岸坝顶以上边坡总高度约220m,坡向NE26°,设计开挖坡比1:0.5~1:0.7。坡体内发育有β5(F1)、γL6、γL5、β203、β202(f191)、β4(f174)、XL316-1、XL322-3、XL9-15等特定结构面,上述结构面相互组合,可能形成不稳定块体。块体稳定分析计算选取的力学参数见表1,岩体容重为26.5kN/m3。
表1结构面计算参数
3.2可能块体组合及失稳模式判断
根据右岸坝顶以上边坡结构面产状,进行赤平投影分析,得出右岸边坡可能失稳的块体组合。右岸边坡赤平投影图如图2所示,从图中可以看出,XL322-1、XL321-1、XL321-2、XL316-1等卸荷裂隙走向与开挖边坡走向小角度相交,缓倾坡外,可能形成块体失稳的底滑面;f202断层走向与边坡走向大角度相交,且倾角较陡,可能形成块体失稳的侧边界;β5、γL5、β202等岩脉陡倾坡里,可能形成后缘拉裂面,故这些结构面组合可能形成不稳定块体。典型的滑移模式为f202+γL5+XL321-1+剪断表层Ⅴ1类岩体,下文以该模式为例建模分析三维块体的稳定性。
图2右岸坝顶以上开挖边坡赤平投影图
(1、f2022、γL53、XL322-14、XL321-15、XL321-26、XL316-1 7、β5 8、β202 9、β203
10、β205 11、开挖边坡)
3.3计算模型及计算工况
采用大型分析软件Ansys建立三维块体模型,如图3所示。在结构面上施加三维水压力,查询结构面面积、扬压力以及块体体积作为程序计算前处理数据,地震荷载按0.25g的水平惯性力施加。计算工况为:
自重工况(不考虑降雨影响及地震条件);
暴雨工况(按结构面充满水考虑);
地震工况(文中按8度地震计算,水平向加速度取为0.25g)。
图3右岸坝顶以上开挖边坡三维计算模型
3.4计算成果
根据f202、γL5、XL321-1产状,建立该三组结构面组合形成的半定位块体,该块于右岸坝顶以上边坡,γL5为后缘拉裂面,f202为侧滑面,XL321-1为底滑面,考虑XL321-1前缘Ⅴ1类岩体被剪断,形成的块体如图4所示。该组合块体稳定性分析成果见表2。
图4右岸坝顶以上开挖边坡潜在失稳块体计算模型
表2右岸坝顶以上开挖边坡潜在失稳块体稳定性成果表
4结语
论文总结了三维楔体稳定性分析理论,结合某大型水电站工程边坡,整理分析该边坡结构面信息,经赤平投影分析得到了可能的失稳块体及失稳模式,并通过三维软件Ansys建立三维地质模型,根据结构面产状切割形成三维块体,可以清楚看到各软弱结构面在三维空间的展布规律,快速获取结构面面积、块体体积、块体滑移方向等几何信息,根据三维楔体稳定性分析理论编制程序快速定量判定块体在各种工况下的稳定系数,从而指导现场工作人员开挖边坡时遇到边坡失稳或可能存在失稳的迹象时,准确采取处理措施,防止边坡进一步恶化。
参考文献:
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论文关键词:桩板式挡墙 设计 施工 动态设计
论文摘要:简要介绍桩板式挡墙的构造、设计、施工要点,并通过工程实例说明桩板式挡墙在实际边坡工程中的方案比选及设计应用。
化工厂因矿产资源、地缘、环境等问题而多建于山区,场地平整需高挖低填,存在许多填土边坡和挖方边坡。小型边坡选用《重力式挡墙》等标准图集中的挡墙即可,但高度大于8m的边坡,则需进行专门的边坡工程设计。
填方边坡中常用的支挡结构有重力式挡墙、悬臂/扶壁式挡墙、桩板式挡墙、加筋土挡墙等;对于土质挖方边坡,常用的支挡结构有重力式挡墙、桩板式挡墙、土钉墙等;对于岩质挖方边坡,常用的支挡结构有锚杆(索)挡墙、锚喷支护挡墙等。此外,还有以上多种挡墙的联合应用。本文主要讨论桩板式挡墙在边坡设计中的应用。
1构造及适用范围
1.1构造
桩板式挡墙由悬臂桩和挡土板组合而成,悬臂桩部分锚人地下,其截面为矩形,部分伸出地表,其截面形式为T形,挡土板可以做成预制平板、拱板或现浇板,其构造简图见图1。
1.2适用范围
桩板式挡墙适用于一般地区的土质填方边坡。以及需要直立削坡的土质挖方边坡,其悬臂长度可达15m左右,桩间距一般为4—6m,悬臂桩的施工类似于人工挖孔灌注桩,桩顶设置通长冠梁,其上可预埋钢板设置防护栏杆。桩间装配式预制挡土板一般用于填方边坡;现浇挡土板一般用于直立削坡的挖方边坡。
2计算
作用于桩板式挡墙上的荷载,主要为墙后土体的侧压力、土体表面的附加荷载、以及悬臂桩地下锚固段的土层反力,其受力简图见图2。
桩身上部按悬臂桩计算其弯矩、剪力等内力值,桩身锚固段应根据地基土的情况,采用m法或k法进行内力计算。桩顶位移应小于桩身悬臂长度的1/100,且小于100mm。可采用理正等电算程序进行计算。
应从桩前较完整的岩面或承载力较好的土层面起计算桩的锚固段人土深度,其最小锚固长度不宜小于4m。根据《建筑地基基础设计规范》(GB50007—2002)第9.2.3条计算人土深度,可采用静力平衡法进行估算(详见该规范中9.2.3条的条文说明),然后在电算程序中根据需要再调整其大小,但桩身总长不宜大于30m。
除桩身内力计算外,尚要验算桩前岩体(土体)的横向压应力满足以下要求:
盯≤Rh式中,Rh为地基横向承载力特征值。如果不能满足要求或过小,可通过调整桩身截面或桩身锚固长度来解决。
(1)当桩问挡土板置于悬臂桩后挡土时,应按全部侧向土压力作用的简支梁进行计算。
(2)当采用桩前挂板或挡土板搭在桩的翼缘板上时,可按仅承受桩问土体卸荷拱内部分侧向土压力作用的简支梁进行计算,由于该土压力比库伦土压力显著减小,建议内力计算时考虑不小于1.5的安全系数。
(3)挡土板的分类不宜太多,可按2~3m高为一级,取本级最下端挡土板对应的土压力按均布荷载计算。
3施工要点
(1)桩板式挡墙一般先挖桩,再施工挡土板。
(2)施工前应核对现场情况、实际开挖情况是否与设计要求相符,认真做好施工记录。
(3)悬臂桩宜隔桩开挖,按设计要求做好混凝土护壁,应在上一节护壁混凝土终凝后才能进行下部桩基的开挖。
(4)遇到岩(土)松软、破碎或有滑动面时,应在护壁内顺滑动方向设置临时横向支撑并做好观测。
(5)桩孔爆破应采用浅眼爆破法,严格控制炸药用量,并注意通风。
(6)桩身混凝土必须连续浇灌,以免形成施工缝。
(7)桩身及挡土板的设计一般未考虑大型碾压机械的荷载,故桩板后2m范围内不得使用大型机械填筑。.
(8)墙后填料为非渗水土时,应设置不小于o.3m厚的砂砾石反滤层,做法同一般重力式挡墙。
4动态设计
动态设计是指根据现场实际情况不断对整个边坡设计进行完善和补充。
在实际工程中,由于山区地质情况复杂多变,地质勘察报告准确性的保准率较低,地质勘察报告可能会与实际地质情况不符甚至差距较大,故规范明确提出边坡工程的设计宜采用动态设计法。对地质情况复杂的一级边坡,设计时应结合边坡地质勘察报告,因地制宜,做好边坡设计方案比选,提请业主及相关专家评审,在此基础上再进行边坡挡墙的设计。在施工开挖中应补充进行必要的施工勘察,核对原地质勘察结论,设计人员应及时掌握施工开挖揭示的真实地质状况、施工情况及变形监测等信息,及时对原设计进行校核、修改和补充。.
对桩板式挡墙进行动态设计,要根据每根桩开挖时揭示的地质状况对桩身入土深度、桩身配筋等进行必要的调整,当以上调整不能满足要求时可在桩身上部施加锚索来改善桩身受力和变形。
5工程实例
我公司在重庆涪陵山区的某项目,地处三面环山一面临空的山沟内,为建设该项目,挖除很大部分山体后形成最高达40m的挖方边坡和20m高的填土边坡,平面布置见图3。
由于山体起伏、地质情况复杂,该边坡工程共采用了重力式、扶壁式+桩基、桩板式、锚杆(索)、桩板式+锚索等多种挡墙型式。其中从B点到C点的挖方边坡采用了桩板式挡墙。
根据地质勘察报告,B点到C点间自上而下为素填土层(8~10m厚)/粉质粘土层(6~8m厚)/强风化泥灰岩,场地地坪标高为2l6.o0,地坪以下0.5—1m即为强风化泥灰岩,分布较均匀。在230.00标高处设置4m宽通长平台,平台以下做挡墙支护,平台以上采用坡率法放坡处理。因该段为挖方边坡且高14m,素土层较厚,如采用重力式、扶壁式挡墙等将放坡困难,土方开挖量也很大,显然不经济;而较厚的素土层上也不能采用土钉墙、锚杆挡墙等支护,且边坡施工时不能影响该段两边的边坡挡墙,故最终决定采用桩板式挡墙进行支护,桩间距取6m,截面取1.8X2m,桩身锚固段从地坪下0.5m起算,人土深度按《建筑地基基础设计规范》第9.2.3条采用静力平衡法估算为8m,悬臂段长为14.5m,采用C30混凝土,HRB400级钢筋,用理正岩土计算程序(4.5版)按k法计算桩板墙的桩身强度及变形,计算结果见表1和表2,桩板墙立面见图4中实线部分。
现场桩基开挖时发现岩土分界面起伏较大,呈锯齿形分布,显然原设计已不能满足要求,故按新揭示的地质情况修改桩长及截面,使相邻桩的人土深度尽可能协调,避免出现突变,并重新计算桩身强度及变形,修改后的桩板墙立面见图4中虚线部分所示。其中ZH一4在地坪以下近10m才进入强风化泥灰岩,做桩板式挡墙已不能满足桩顶位移要求及土体横向承载力要求,故在桩身上半部设置2道锚索,锚索锚人泥灰岩内,形成桩板式锚索挡墙,见图5。
锚索均采用1O股7。5钢绞线捻制而成,单股钢绞线采用公称直径为15.20mm的标准型1X7钢绞线,锚固长度均为8m,锚具均为OVM15—1O,采用M30水泥砂浆灌孔。用理正岩土计算程序(4.5版)按m法计算桩身强度、变形及锚索拉力,锚索一的水平拉力为776.7kN,锚索二的水平拉力为784.3kN。
6结语
(1)桩板式挡墙适用于大部分高差较大的边坡支护,其施工简便,竣工后维护费用低,但施工周期长,桩顶变形较大。
(2)设计时应结合边坡地勘报告,做好边坡设计方案比选。
1.1边坡稳定性的影响因素①地质构造。地质构造因素主要是指边坡地段的褶皱形态、岩层产状、断层和节理裂隙的发育程度以及新构造运动的特点等。通常在区域构造复杂、褶皱强烈、断层众多、岩体裂隙发育、新构造运动比较活跃的地区,往往岩体破碎、沟谷深切,较大规模的崩塌、滑坡极易发生。②岩体结构。不同结构的岩体,物理力学性质差别很大,边坡变形破坏的性质也不同。③风化作用。边坡岩体,长期暴露在地表,受到水文、气象变化的影响,逐渐产生物理和化学风化作用,出现各种不良现象。当边坡岩体遭受风化作用后,边坡的稳定性大大降低。④地下水。处于水下的透水边坡将承受水的浮托力的作用,使坡体的有效重力减轻;水流冲刷岩坡,可使坡脚出现临空面,上部岩体失去支撑,导致边坡失稳。⑤边坡形态。边坡形态通常指边坡的高度、坡度、平面形状及周边的临空条件等。一般来说,坡高越大,坡度越陡,对稳定性越不利。⑥其他作用。此外,人类的工程作用、气象条件、植被生长状况等因素也会影响边坡的稳定性。
1.2边坡工程稳定性分析方法
1.2.1边坡极限平衡法。极限平衡法是根据边坡上的滑体或滑体分块的力学平衡原理(即静力平衡原理)分析边坡各种破坏模式下的受力状态,以及利用边坡滑体上的抗滑力和下滑力之间的关系来评价边坡的稳定性。极限平衡法是边坡稳定分析计算的主要方法,也是工程实践中应用最多的一种方法。
1.2.2边坡可靠性分析法。边坡工程是以岩土体为工程材料,以岩土体天然结构为工程结构,或以堆置物为工程材料,以人工控制结构为工程结构的特殊构筑物。这些构筑物都程度不同地存在组成和结构上的不均匀性,天然边坡尤为突出,因为构成边坡的地质体经受长期的多循环的地质作用,而且作用强度不一,且又错综复杂,致使它们的工程地质性质差异很大。现阶段边坡可靠度分析的常用方法有蒙特卡洛模拟法,可靠指标法,统计矩法以及随机有限元法。
2边坡工程处治技术
2.1抗滑桩技术边坡处置工程中的抗滑桩是通过桩身将上部承受的坡体推力传给桩下部的侧向土体或岩体,依靠桩下部的侧向阻力来承担边坡的下推力,从而使得边坡保持平衡或稳定。抗滑桩与一般桩基类似,但主要承受的是水平荷载。钢筋混凝土桩是目前边坡处治工程广泛采用的桩材,桩断面刚度大,抗弯能力高,施工方式多样,其缺点是混凝土抗拉能力有限。抗滑桩施工最常用的方法是就地灌注桩,机械钻孔速度快,桩径可大可小,适用于各种地质条件;但对地形较陡的边坡工程,机械进入和架设困难较大。钻孔时的水对边坡的稳定也有影响。人工成孔的特点是方便、简单、经济,但速度慢,劳动强度高,遇不良地层(如流沙)时处理相当困难。另外,桩径较小时人工作业面困难。
2.2注浆加固技术注浆加固技术是用液压或气压把能凝固的浆液注入物体的裂缝或孔隙,以改变注浆对象的物理力学性质,从而满足各类土木建筑工程的需要;注浆加固技术的成败与工程问题、地质问题、注浆材料和压浆技术等直接相关,如果忽略其中的任何一个环节,都可能造成注浆工程的失败。工程问题、地质特征是灌浆取得成功的前提,注浆材料和压浆技术是注浆加固技术的关键。
2.3加筋边坡和加筋挡土墙技术加筋土是一种在土中加入加筋材料而形成的复合土。在土中加入加筋材料可以提高土的强度,增强土体的稳定性。因此,凡在土中加入加筋材料而使整个土工系统的力学性能得到改善和提高的土工加固方法均称为土工加筋技术,形成的结构亦称为加筋土结构。和传统支挡结构相比,加筋边坡和加筋挡土墙的特点有:结构新颖、造型美观、技术简单、施工方便、要求较低、节省材料、施工速度快、工期短、造价低廉、效益明显、适应性强、应用广泛等。由于加筋边坡和加筋挡土墙的这些优点,目前其已从公路路堤、路肩发展到应用于其他各种支挡结构和边坡防护。目前已用于处理公路边坡、市政建设、护岸工程、铁道工程路基边坡、工民建配套的支挡及边坡工程、防洪堤、林区工程、工业尾矿坝、渣场、料场、货场等;甚至还用于危险品或危险建筑的围堰设施等。
2.4锚固技术岩土锚固技术是把一种受拉杆件埋入地层中,以提高岩土自身的强度和自稳能力的一门工程技术。由于这种技术大大减轻结构物的自重,节约了工程材料并确保工程的安全和稳定,具有显著的社会效益和经济效益,因而目前在工程中得到极其广泛的应用。锚杆在边坡加固中通常与其他只当结构联合使用,例如以下几种情况:①锚杆与钢筋混凝土桩联合使用,构成钢筋混凝土排桩式锚杆挡墙。排桩可以是钻孔桩、挖孔桩或预置桩;锚杆可以是预应力或非预应力锚杆,预应力锚杆材料多采用钢绞线(预应力锚索)、四级精轧螺纹钢(预应力锚杆)。锚杆的数量根据边坡的高度及推力荷载可采用桩顶单锚点作法和桩身多锚点作法。②锚杆与钢筋混凝土格架联合使用形成钢筋混凝土格架式锚杆挡墙。锚杆锚点设在格架节点上,锚杆可以是预应力锚杆(索)或非预应力锚杆(索)。这种支挡结构主要用于高陡岩石边坡或直立岩石切坡,以阻止岩石边坡因卸荷而失稳。③锚杆与钢筋混凝土板肋联合使用形成钢筋混凝土板肋式锚杆挡墙,这种结构主要用于直立开挖的Ⅲ,Ⅳ类岩石边坡或土质边坡支护,一般采用自上而下的逆作法施工。④锚杆与钢筋混凝土板肋、锚定板联合使用形成锚定板挡墙。这种结构主要用于填方形成的直立土质边坡。
2.5预应力锚索加固技术用高强度、低松驰型钢绞线预应力锚索对滑坡体或崩落体施加一定的预应力,提高它们的刚度,使预应力锚索作用范围的岩石相应挤压,滑动面或岩石裂隙面上摩擦力增大,加强它们的自承能力,可有效地限制岩体的部份变形和位移。
2.6排水工程的设计地表排水工程的设计要求:①填平坑洼、夯实裂缝。坡面产生坑洼和裂缝,往往是滑坡的先兆,也是导致严重滑坡的主要原因。大气降雨、地表水就会汇集在坑洼处或沿着裂缝渗入土层,使土的抗剪强度降低,造成坡体滑动。因此,对坑洼和裂缝应仔细查找,认真夯填。②合理确定截水沟的平面位置。截水沟的平面布置,应尽量顺直,并垂直于径流方向。如遇到山坡有凹地或小沟时,应将凹地填平或与外侧挡土墙相连,内侧与水沟联结,避免水沟内的水流越出或渗入截水沟沟底,导致水沟破坏。应该结合边坡的区域地貌、地形特点,充分利用自然沟谷,在边坡体内外修筑截水沟、平台截水沟、集水沟、排水沟、边沟、急流槽等,形成树杈状、网状排水系统,以迅速引走坡面雨水。
3结语
论文对常用边坡工程的处治措施进行了初步探讨,指出了常用边坡工程处治措施的适用性,然而随着工程建设规模的不断增大,边坡高度增高,复杂性增大,对边坡处治技术的要求也越来越高。可以预见,随着科学技术的发展,边坡处治技术将得到进一步的发展,并逐步趋于完善。
参考文献:
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