[发明专利]悬臂式垂向锚杆复合挡土墙及其设计与施工方法

摘要

本发明涉及边坡工程与滑坡地质灾害加固防治技术领域，具体涉及运用钢筋混凝土悬臂式挡土墙与锚杆联合加固边坡的复合挡墙治理方法。本发明的悬臂式垂向锚杆复合挡土墙，包括基岩层（5）、边坡坡面（2），边坡坡面（2）的末端设有挡墙（4），挡墙（4）、基岩层（5）沿同一竖直方向开有锚孔，锚孔内设有锚杆（1），锚杆（1）与锚孔之间填充水泥砂浆。综上所述，本发明的悬臂式垂向锚杆复合挡墙在下覆为坚硬基岩的道路、河流边坡中，因基岩过于坚硬而无法进行大量人工开挖设置挡墙的墙趾、墙踵，而用垂向加固锚杆取而代之，不仅节省了开挖所需的工作量，还大大提高了挡土墙的抗弯和整体性能。

主权项

一种悬臂式垂向锚杆复合挡土墙的设计与施工方法，所述悬臂式垂向锚杆复合挡土墙为：包括基岩层(5)、边坡坡面(2)，边坡坡面(2)的末端设有挡墙(4)，其特征在于，挡墙(4)、基岩层(5)沿同一竖直方向开有锚孔，锚孔内设有锚杆(1)，锚杆(1)与锚孔之间填充水泥砂浆,锚孔沿公路方向间隔设置，水泥砂浆强度不小于M30，锚杆(1)贯穿整个挡墙(4)，其特征在于，包括如下步骤：步骤一，传统悬臂式挡土墙相关参数的确定：根据传统悬臂式挡土墙设计规范和待治理边坡坡形、坡高、坡体厚度条件，确定传统悬臂式挡墙基础宽度D、高度H以及墙内配筋；步骤二，悬臂式垂向锚杆复合挡土墙基础宽度的确定：以步骤一确定的传统悬臂式垂向挡土墙基础宽度D作为悬臂式锚杆复合挡土墙基础宽度，采用墙体沿高度等厚设计，并沿平行道路或河流方向，进行坡脚清理和开挖，形成悬臂式垂向锚杆复合挡土墙基础基槽；步骤三，复合挡土墙垂向锚杆有效临界锚固深度h的确定：在治理现场进行一组原位锚杆抗拔试验，测得锚杆钢筋与周围灌浆料之间的粘结力Rb及砂浆与岩石间的粘结力Rg随深度变化的破坏拉力值及其相应锚固深度，描绘出极限拉力与锚固深度的变化曲线，从而可确定锚杆破坏拉断时临界拉力R所对应的深度，此深度即为锚杆的有效临界锚固深度；步骤四，单位长度复合挡土墙垂向锚杆有效设计根数n的确定：1)根据传统悬臂式挡墙的设计原则与规范，悬臂式垂向锚杆复合挡土墙应同时满足挡墙抗滑、抗倾覆的条件，滑坡的最大下滑推力P大小、方向与合力作用点及悬臂式挡土墙相关参数，确定单位长度内锚杆所承受的剪力T1，垂向拉力T2：T1=KcP·cosα-12τh0×l-μ(Psinα+G+T2)]]>T2=2Ko·Pcosα·YP-(2Psinα+G)·DD]]>2)根据单位长度内锚杆所承受的剪力T1，垂向拉力T2确定单位长度复合挡墙垂向锚杆有效设计根数n：根据单位长度内锚杆所承受的剪力可得单位长度内锚杆的根数n1：n1≥AsAs,=T1fyvAs,=[KcP·cosα-12τh0×l-μ(Psinα+G+T2)]fyvAs,]]>As：单位长度内所有锚杆的总截面面积，A’s：单根锚杆的截面面积根据单位长度内锚杆所承受的垂向拉力可得单位长度内锚杆的根数n2：n2≥AsAs,=T2fyAs,=2Ko·Pcosα·YP-(2-Psinα+G)·DDfyAs,]]>根据设计要求可知单位长度复合挡墙垂向锚杆有效设计根数n为n1和n2较大者；式中：P为滑坡的最大下滑推力，G为墙体自重，F为墙前基岩对墙体的反向推力，T1为单位长度内锚杆所受的剪力，T2为单位长度内锚杆所承受的垂向拉力，D为墙厚，Yp为下滑力作用点到墙底的高度，α为滑坡下滑推力作用线与水平线的夹角，h0为墙体嵌入基岩的深度；步骤四中基本受力条件与稳定性计算如下：1)作用在挡墙上的水平推力为F1：F1＝∑E＝Pcosα式中，α为滑坡下滑推力作用线与水平线的夹角，∑E为作用在挡墙上的水平方向合力；2)悬臂式垂向锚杆复合挡墙的抗滑稳定性：墙体底部锚嵌在基岩内的反向推力的大小取决于基岩剪切强度τ以及墙底抗滑摩阻力，当基岩发生剪切破坏的时候，即嵌入基岩内的墙体挤压岩石破坏时，作用在墙体上的反向推力F最大，此时边坡的下滑力主要由锚杆承担，反向推力F等效为：F=12τh0×l]]>其中l为挡墙的单位长度；挡墙整体抗滑移稳定性计算：Kc=ΣNΣT=μ[Psinα+G+T]+F+T1Pcosα]]>式中，Kc为挡土墙沿基底抗滑稳定系数，根据规定选取，得出单位长度内锚杆所承受的剪力：T1=KcP·cosα-12τh0×l-μ(Psinα+G+T2)]]>根据单位长度内锚杆所承受的剪力和锚杆制作所用钢筋型号及钢筋的抗剪强度设计值fyv，确定单位长度内的锚杆的根数n1：n1≥AsAs,=T1fyvAs,=[KcP·cosα-12τh0×l-μ(Psinα+G+T2)]fyvAs,]]>3)悬臂式垂向锚杆复合挡墙的抗倾覆稳定性：挡墙的倾覆抵抗力主要由锚杆提供，当挡墙产生倾覆时，锚杆被拉伸产生拉力来抵抗倾覆，复合挡墙的整体抗倾覆稳定性计算为：Ko=Psinα·D+G·12D+T2·12DPcosα·YP]]>式中，Ko为挡土墙抗倾覆整体稳定系数，根据规定选取；从上式可以看出锚杆拉伸产生的拉力增加了挡土墙的整体抗倾覆稳定性，得出：T2=2Ko·Pcosα·YP-(2Psinα+G)·DD]]>根据锚杆所需承受的垂向拉力和锚杆制作所用钢筋型号及钢筋的抗拉强度设计值fy，确定单位长度内的锚杆的根数n2：n2≥AsAs,=T2fyAs,=2Ko·Pcosα·YP-(2Psinα+G)·DDfyAs,]]>根据设计要求可知单位长度复合挡墙垂向锚杆有效设计根数n为n1和n2较大者；步骤五，复合挡土墙垂向锚杆有效间距d0的确定：为避免锚杆孔过密引起岩层中应力重叠而造成应力集中，根据工程经验及现场抗拔试验，确定锚杆在抗拔试验破坏时所形成的漏斗直径，以此作为锚杆的有效间距d0；如果复合挡土墙垂向锚杆有效设计根数满足锚杆的有效间距d0，即d≥d0，则锚杆的间距d为：如果复合挡土墙垂向锚杆有效设计根数满足不了锚杆有效间距d0的要求，则应重新选择更高抗拉强度和抗剪强度的锚杆，并依据步骤三和步骤四确定其复合挡土墙垂向锚杆有效设计参数；步骤六，锚杆钻孔、锚固与垂向锚杆复合挡土墙的浇筑：在开挖好的基槽沿挡墙中间位置按上述挡墙单位长度内的锚杆根数进行钻孔，并按照步骤三所设计锚杆有效锚固深度，对锚固进行水泥砂浆灌浆锚固，水泥砂浆强度不得小于M30；当锚杆锚固段砂浆强度达到80％后，按悬臂式挡墙规范浇筑挡墙，所作锚杆的钢筋贯穿整个墙体，形成悬臂式垂向锚杆复合挡土墙。