悬臂式垂向锚杆复合挡土墙及其设计与施工方法
【专利摘要】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。
【专利说明】悬臂式垂向锚杆复合挡土墙及其设计与施工方法【技术领域】
[0001]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 。
【背景技术】
[0002]我国幅员辽阔，地质环境分布差异十分复杂，是滑坡地质灾害发生频繁、灾害损失极为严重的国家。随着经济建设的飞速发展，在水利水电、铁路、公路、矿山建设等工程领域都会遇到大量的边坡工程加固治理问题，为避免滑坡危害的发生及其引起的生命财产损失，运用挡土墙加固治理边坡的稳定性是滑坡灾害防治领域非常有效的方法，而提高边坡稳定性及防止边坡失稳的关键在于减少滑体剩余下滑力和增加滑裂面的抗滑力。目前，常用的边坡抗滑支挡结构工程有普通抗滑挡墙、预应力锚索框架和抗滑桩等。
[0003]普通抗滑挡墙在边坡治理中主要是依靠墙体自身重量所产生的墙底摩阻力来抵抗滑坡的下滑力，利用墙体自身重量或结合部分土体重量来抵抗边坡倾覆，其截面往往较大，而且坡底需要大量的开挖，但这种开挖会对边坡坡脚进行额外削方，抬高边坡剪出口，往往增大边坡失稳发生塌滑的可能性。综其原因，普通抗滑挡墙有其圬工量大、施工周期长、施工空间要求较高、抗滑能力有限等缺点。
[0004]预应力锚索框架稳定加固边坡主要是利用其穿透边坡滑裂面而锚于深层稳定基岩中的锚索来提供抗滑力，框架起框箍作用，在工程加固过程中常根据边坡坡体、坡形条件采用边坡分层加固的方式。但在边坡加固工程中预应力锚索框架加固的前提条件是被加固滑坡坡体具有一定强度和足够长度锚固岩土体，而多数土层边坡和堆积层边坡的坡体没有具有一定强度和足够长度锚固岩土体，因而无法运用预应力锚索框架稳定加固该类边坡。此外，锚索还易受酸性腐蚀，且普遍存在应力松弛现象，以及土体蠕变对锚索的影响等不利因素，导致锚固于边坡的锚索锚固力大大降低，且减少工程加固的年限，另其工艺复杂，施工难度较大，不宜用于高陡边坡的治理和加固。
[0005]抗滑桩对滑坡体的加固作用主要是利用将抗滑桩打入滑裂面以下的稳定基岩中，以桩的抗力(锚固力)来平衡滑动体的下滑推力，以达到稳定边坡的目的。当滑坡体下滑时受到抗滑桩的阻抗，使桩前滑体达到稳定状态。抗滑桩埋入地层以下深度，按一般经验，软质岩层中锚固深度为设计桩长的三分之一；硬质岩中为设计桩长的四分之一 ；土质滑床中为设计桩长的二分之一；当滑体沿基岩面滑动时，抗滑桩的锚固深度宜采用桩径的2-5倍。但由于抗滑桩需要埋入地下一定深度，而对于下覆为坚硬基岩的边坡，或具有大尺度粒径和大厚度的河卵砾石的边坡其施工难度极大，甚至无法施工。而且在抗滑桩加固工程中，钻孔打桩时会对滑坡体扰动较大，尤其是正在活动的滑坡体，可能会加剧滑坡的发生。
[0006]传统悬臂式挡土墙采用钢筋混凝土竖墙与横向底板组成，底板包括墙趾和墙踵，底板产生的反向弯矩提供挡墙的抗滑和抗倾覆能力，但墙趾、墙踵的施工需要占用足够的空间，且墙趾、墙踵需开挖基岩，埋置在坡体下部，依靠底板上的填土重量维持挡土墙和边坡的稳定，显然，传统悬臂式挡土墙不适应施工空间条件不足，下覆基岩坚硬的地质环境与条件的滑坡防治。
[0007]综上所述，传统边坡抗滑支挡结构工程各有其特点，但也存在各自的不足和缺陷。但对下覆为坚硬基岩或大尺度粒径和大厚度的河卵砾石的(很难清理)的交通道路边坡或河流堆积层边坡工程，由于边坡坡角即为交通道路或河流边界且边坡下覆为坚硬基岩或大量砾卵石，放坡开挖施工空间极其有限，甚至根本没有放坡开挖施工空间，而且坡体内部不存在具有一定强度和足够长度锚固岩土体，所以运用传统的挡土墙或抗滑桩抗滑工程进行治理时必然存在开挖空间受限，且存在开挖难度大、开挖成本高等局限，使得传统的抗滑工程结构无法施工且不能满足其边坡的抗滑设计要求。
【发明内容】
[0008]本发明的技术效果能够克服上述缺陷，提供一种悬臂式垂向锚杆复合挡土墙，其主要针对特殊地质和特殊施工条件的有效边坡抗滑挡土墙结构工程。
[0009]为实现上述目的，本发明采用如下技术方案:其包括基岩层、边坡坡面，边坡坡面的末端设有挡墙，挡墙、基岩层沿同一竖直方向开有锚孔，锚孔内设有锚杆，锚杆与锚孔之间填充水泥砂浆。
[0010]锚孔沿公路方向间隔设置。水泥砂浆强度不小于M30。锚杆贯穿整个挡墙。
[0011]本发明的目的是针对下覆为坚硬基岩或大尺度粒径和大厚度的河卵砾石的交通道路或河流堆积层边坡，提供一种新型的抗滑支挡结构——悬臂式锚杆复合挡墙，解决下覆为坚硬基岩或大量卵砾石的交通道路或河流边坡工程的加固防治等稳定性问题。该悬臂式锚杆复合挡墙主要特点是运用钢筋混凝土悬臂式挡土墙尽量减少挡墙基础的宽度，创造挡墙基础的施工条件与施工空间；运用竖向锚杆的锚固力来代替和补偿传统悬臂式挡土墙的墙趾墙踵的作用力，不仅可减少开挖基岩、砾石的工程量，而且可达到增加复合悬臂式挡土墙的抗滑力和提高结构的整体刚度与稳定性。本发明通过在现有钢筋混凝土悬臂式挡土墙内设置竖向锚杆，用锚杆的锚固力来提供滑体的抗滑和抗倾覆能力，从而达到在场地和地质条件受限制的情况下稳定边坡的目的。此挡土墙采用钢筋混凝土墙体，大大提高了挡土墙的抗弯和整体性能，锚杆打入下伏基岩中相对简单方便，施工难度较小，费用低。
[0012]本发明的垂向悬臂式锚杆挡墙，在加固、治理边坡的过程中，主要依靠锚入稳定基岩的锚杆，结合悬臂式钢筋混凝土挡墙来达到治理的目的，锚杆的抗剪强度增大边坡抗滑力，而深埋入稳定基岩的锚杆因其锚固能力，在增加边坡抗滑力的同时增大复合挡墙的抗倾覆能力，此发明能够完全达到治理边坡的目的，而选择预应力锚杆的话，同等条件下，会加大治理的预应力锚杆的测试难度、施工难度与边坡治理周期。
[0013]本发明的复合挡墙，在设计发明过程中，充分考虑安全、经济、高效的治理原则，主要优化设计了治理中入岩锚杆的锚固深度，锚杆布设间距，在治理安全的前提下，降低治理成本。
[0014]本发明的另一个目的是提供一种所述的挡土墙的设计与施工方法，包括如下步骤:
[0015]步骤一，传统悬臂式挡土墙相关参数的确定:
[0016]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；[0017]步骤二，悬臂式垂向锚杆复合挡土墙基础宽度的确定:
[0018]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；
[0019]步骤三，复合挡土墙垂向锚杆有效临界锚固深度h的确定:
[0020]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，此深度即为锚杆的临界锚固深度；
[0021]步骤四，单位长度复合挡土墙垂向锚杆有效设计根数η的确定:
[0022]I)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，边坡最大下滑力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:
【权利要求】
1.一种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)，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(I)与锚孔之间填充水泥砂浆。
2.根据权利要求1所述的悬臂式垂向锚杆复合挡土墙，其特征在于，锚孔沿公路方向间隔设置。
3.根据权利要求1所述的悬臂式垂向锚杆复合挡土墙，其特征在于，水泥砂浆强度不小于M30。
4.根据权利要求1所述的悬臂式垂向锚杆复合挡土墙，其特征在于，锚杆(1)贯穿整个挡墙(4)。
5.一种上述任一权利要求所述的挡土墙的设计与施工方法，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，边坡最大下滑力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:
6.根据权利要求5所述的挡墙的设计与施工方法，其特征在于，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=ΣE=Pcosα 式中，α为滑坡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:
【文档编号】E02D29/02GK103526773SQ201310500633
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2013年10月22日 优先权日:2013年10月22日
【发明者】贺可强, 徐科峰, 孙海涛, 王凯, 杨德兵 申请人:青岛理工大学