一種傍山路基邊坡開挖加固處治的反力平衡穩(wěn)定加固方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種傍山路基邊坡開挖加固處治的反力平衡穩(wěn)定加固方法，屬于施工方法領(lǐng)域。該方法具體為從上到下對傍山路基邊坡進(jìn)行分層開挖，在開挖的同時采用錨桿或錨索及時對已開挖部分進(jìn)行支護(hù)。開挖到傍山路基邊坡的下半部時，也可先向邊坡土體中打抗滑樁，再開挖土體，利用抗滑樁替代錨桿或錨索對邊坡的下半部進(jìn)行支護(hù)。本發(fā)明在開挖的同時及時對已開挖部分進(jìn)行支護(hù)，使滑移面不會實際產(chǎn)生，大大提高了邊坡的穩(wěn)定性和節(jié)省費(fèi)用。
【專利說明】
-種傍山路基邊坡開挖加固處治的反力平衡穩(wěn)定加固方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于施工方法領(lǐng)域，具體設(shè)及一種傍山路基邊坡開挖加固處治的反力平衡 穩(wěn)定加固方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 傍山路基邊坡（圖1)開挖可W利用就地取材的巨大優(yōu)勢來填筑路基，但邊坡開挖 會破壞原有的地應(yīng)力平衡。在邊坡內(nèi)部會發(fā)生剪應(yīng)力，如果它大于地基本身抗剪強(qiáng)度就會 發(fā)生邊坡穩(wěn)定破壞。
[0003] 傍山路基邊坡開挖由于其極具特殊性，其施工迅速，就地取材填筑路基，需要找到 一種簡單、易操作性的加固處治方法。目前，為了對其進(jìn)行合理的加固，較多采用極限平衡 法及有限元法進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性分析計算。極限平衡法可W事前假定破壞滑動面(圓弧面、折 線形，分別如圖2和3所示），也可W自動捜索圓弧破壞面來定量求取其安全系數(shù)，但其不能 掌握邊坡內(nèi)部可能發(fā)生的局部破壞現(xiàn)象或位移變形;為了掌握邊坡總體的力學(xué)形跡最終確 認(rèn)穩(wěn)定性，需要進(jìn)行有限元數(shù)值分析，目前應(yīng)用較多的為強(qiáng)度折減法最終算出臨界破壞面。 一般施工過程中，通常是先對±體進(jìn)行開挖，邊坡開挖完畢后方才根據(jù)邊坡規(guī)范，對邊坡穩(wěn) 定性分析計算得到的假定破壞滑動面進(jìn)行錯固或打設(shè)抗滑粧。但在該方法施工下得到的傍 山路基邊坡，經(jīng)常發(fā)生滑塌，運(yùn)表明該方法加固后的邊坡并不十分穩(wěn)定。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有傍山路基邊坡開挖忽視了原始地應(yīng)力平衡而引起的 滑動問題，轉(zhuǎn)而從邊坡反力平衡系統(tǒng)出發(fā)，提供一種傍山路基邊坡開挖加固處治的反力平 衡穩(wěn)定加固方法，W控制傍山路基邊坡穩(wěn)定性，防止邊坡滑塌。
[0005] 現(xiàn)有的分析理論慣于從滑動面(根據(jù)經(jīng)驗判定滑動面求取安全系數(shù)或用有限元模 擬出滑動形跡)入手，然后在開挖±體后，再穿越滑動面實施錯桿或錯索加固。但基于申請 人發(fā)現(xiàn)，該方法存在缺陷。盡管極限平衡法及有限元法能夠判斷出邊坡開挖的假定破壞滑 動面，但在±體被開挖后，邊坡的反力平衡系統(tǒng)被破壞，原先事實上不存在的假定破壞滑動 面演變成了真實存在的潛在破壞滑動面。此時，再對其進(jìn)行錯桿或錯索加固，雖然理論上能 夠控制其滑移，但由于滑動面已真實存在，因此其在現(xiàn)實中的部分不利條件下，仍然可能產(chǎn) 生邊坡滑塌事故。
[0006]
【申請人】在總結(jié)經(jīng)驗和辯證思考的基礎(chǔ)上，圍繞原始地應(yīng)力平衡，從反力平衡系統(tǒng) 出發(fā)改進(jìn)現(xiàn)有的傍山路基邊坡加固治理設(shè)計施工方法。該方法運(yùn)用±力學(xué)計算得出開挖部 分±體被動±壓力(工程最不利情況)的基礎(chǔ)上，然后在開挖過程中同時將此被動±壓力平 均分散到各錯桿或錯索等與周圍±體的摩阻力或抗滑粧的抵抗力上，簡易地控制傍山路基 邊坡穩(wěn)定性，防止邊坡滑塌。
[0007] 本發(fā)明所采用的具體技術(shù)方案如下：
[000引傍山路基邊坡開挖加固處治的反力平衡穩(wěn)定加固方法，具體為:從上到下對傍山 路基邊坡進(jìn)行分層開挖，在開挖的同時采用錯桿或錯索及時對已開挖部分進(jìn)行支護(hù)。
[0009] 作為優(yōu)選，開挖到傍山路基邊坡的下半部時，也可先向邊坡±體中打抗滑粧，再開 挖±體，利用抗滑粧替代錯桿或錯索對邊坡的下半部進(jìn)行支護(hù)?？够挼膹椝苄宰冃屋^小， 出現(xiàn)潛在滑移面的可能性較小。需要說明的是，本發(fā)明中的上半部、下半部并不一定完全指 邊坡的中線W上、W下部分，實際的施工過程中，可W根據(jù)現(xiàn)場的自然、施工條件進(jìn)行調(diào)整。
[0010] 作為優(yōu)選，錯桿的選擇應(yīng)滿足W下條件：
[0011] 單巧鋪巧軸向拉力標(biāo)準(zhǔn)值Nt為：
[0012]
[0013] 式中：Ep為待開挖的傍山路基邊坡的被動±壓力;a為錯桿傾角;n為邊坡上設(shè)置的 錯桿總根數(shù)；
[0014] 單根錯桿的軸向拉力設(shè)計值Na為：
[0015]
[0016] 式中：TQ為荷載分項系數(shù)；
[0017] 錯桿鋼筋截面面積As滿足：
[001 引
[0019]式中點為錯桿抗拉工作條件系數(shù)；丫 0為邊坡工程重要性系數(shù);fy為錯桿鋼筋抗拉 強(qiáng)度設(shè)計值;K為安全系數(shù)；
[0020] 錯桿錯固體與地層的錯固長度la:
[0021]
[0022] 式中：Cl為錯桿錯固體與地層粘結(jié)工作條件系數(shù);D為錯固體直徑;frb為地層與錯 固體粘結(jié)強(qiáng)度特征值；
[0023] 錯桿鋼筋與錯固砂漿間的錯固長度lb:
[0024]
[0025] 式中：?為鋼筋與砂漿粘結(jié)工作條件系數(shù);d為錯桿鋼筋的直徑;打為鋼筋與錯固砂 漿間的粘結(jié)強(qiáng)度設(shè)計值；
[0026] 錯桿錯固段長度為la、l沖的較大值，即為max(la、lb);工程上遵循不利(或不利組 合)情況，為保證安全，取兩者中的較大值。也即錯桿越長，邊坡越穩(wěn)定，但不能無限長。運(yùn)與 復(fù)合地基水泥±攬拌粧豎向承載力特征值取值類似，分別采用粧身強(qiáng)度、粧周±和粧端± 阻力計算出的單粧承載力特征值，為保證安全，取不利情況，即兩者中的較小值。
[0027] 錯桿總長度為錯桿錯固段長度和錯桿自由段長度之和。
[0028] 本發(fā)明的錯桿參數(shù)設(shè)計針對現(xiàn)有的規(guī)范進(jìn)行了改進(jìn)，該設(shè)計參數(shù)下的錯桿能夠進(jìn) 一步保證±體開挖后的邊坡穩(wěn)定。
[0029] 作為優(yōu)選，中腰錯桿長度需長于上、下坡的錯桿。
[0030] 更進(jìn)一步的，所述的邊坡中腰錯桿自由段長度根據(jù)實際經(jīng)驗或有限元分析破壞面 形跡確定。
[0031] 中腰錯桿在整個邊坡加固體系中起承上啟下的作用，邊坡滑移面由于通常呈現(xiàn)圓 弧面、折線形，其中腰部位的假定滑移面距離邊坡表面距離較長，因此需要將其長度進(jìn)行延 長，使錯固段能夠位于假定滑移面之后。中腰部位的錯桿若長度不足，會導(dǎo)致錯固段部分處 于假定滑移面之前，其錯固作用會大大減弱，錯桿的力不足W維持邊坡的穩(wěn)定，最終導(dǎo)致邊 坡失穩(wěn)巧塌。
[0032] 進(jìn)一步的，所述的抗滑粧的設(shè)置需能夠承受±體推力F，其中：
[0033]
[0034] 式中:m為抗滑粧錯固深度范圍內(nèi)的設(shè)計錯桿根數(shù)。
[0035] 由此，滿足該推力要求的抗滑粧可W替代原本需要設(shè)置的錯桿，起到下半部±體 的穩(wěn)定作用。同時也充分利用了抗滑粧的低形變特點，使中下部±體保持在反力平衡狀態(tài)。
[0036] 進(jìn)一步的，所述的錯桿自由段長度需預(yù)先判定出滑動面形跡，然后根據(jù)邊坡相關(guān) 規(guī)范確定。
[0037] 進(jìn)一步的，所述的抗滑粧的平面布置根據(jù)邊坡的地層性質(zhì)、受力大小、滑動面坡 度、滑動面W上的厚度、施工條件、粧型和粧截面大小W及可能的錯固深度W及錯固段的地 質(zhì)條件因素綜合考慮確定。
[0038] 進(jìn)一步的，所述的抗滑粧粧型的選擇應(yīng)根據(jù)滑坡性質(zhì)、滑坡處的地質(zhì)條件、受力大 小、工程造價、施工條件和工期要求因素綜合考慮，結(jié)合設(shè)計人員的工程經(jīng)驗來選擇。
[0039] 傳統(tǒng)的邊坡加固處治方法都是先開挖完±體后，再進(jìn)行支護(hù)，因此潛在滑移面容 易變成現(xiàn)實的滑移面，邊坡出現(xiàn)問題的幾率較高。而本發(fā)明在從上到下開挖邊坡±體，在開 挖的同時及時對已開挖部分進(jìn)行支護(hù);開挖到下半部時，也可W先打抗滑粧，再開挖±體， 使滑移面不會實際產(chǎn)生，大大提高了邊坡的穩(wěn)定性。另外，本發(fā)明對錯桿和抗滑粧的參數(shù)計 算也進(jìn)行了優(yōu)化，能夠更好的控制邊坡的穩(wěn)定性。
【附圖說明】
[0040] 圖1為傍山路基邊坡開挖斷面示意圖；
[0041] 圖2為傍山路基邊坡(±質(zhì))開挖破壞了原始地應(yīng)力平衡引起滑動圖；
[0042] 圖3為傍山路基邊坡(巖±體)開挖破壞了原始地應(yīng)力平衡引起滑動圖；
[0043] 圖4為本發(fā)明的控制傍山路基邊坡(±質(zhì))開挖引起滑塌的錯桿(索)設(shè)置示意圖；
[0044] 圖5為本發(fā)明的控制傍山路基邊坡(巖±體)開挖引起滑塌的錯桿（索）設(shè)置示意 圖；
[0045] 圖6為本發(fā)明的控制傍山路基邊坡(±質(zhì))開挖引起滑塌的抗滑粧設(shè)置示意圖；
[0046] 圖7為本發(fā)明的控制傍山路基邊坡(巖±體)開挖引起滑塌的抗滑粧設(shè)置示意圖。
【具體實施方式】
[0047] 下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明做進(jìn)一步闡述和說明。本發(fā)明中各個實施 方式的技術(shù)特征在沒有相互沖突的前提下，均可進(jìn)行相應(yīng)組合。
[0048] 如圖4和5所示，傍山路基邊坡開挖加固處治的反力平衡穩(wěn)定加固方法，具體為:從 上到下對傍山路基邊坡進(jìn)行分層開挖，在開挖的同時采用錯桿或錯索及時對已開挖部分進(jìn) 行支護(hù)。本實施例中，如圖6和7所示，開挖到傍山路基邊坡的下半部時，也可先向邊坡±體 中打抗滑粧，再開挖±體，下半部可不打設(shè)錯桿或錯索，直接利用抗滑粧替代錯桿或錯索進(jìn) 行支護(hù)。上半部分可按照邊開挖邊錯桿或錯索支護(hù)的方式按圖4或5中打設(shè)，然后再往下半 部的邊坡中按圖6或7所示打設(shè)抗滑粧，然后繼續(xù)進(jìn)行開挖。
[0049] 邊坡開挖之前，需要對所需的錯桿或錯索及抗滑粧的參數(shù)進(jìn)行設(shè)計計算，準(zhǔn)備相 應(yīng)的施工材料和設(shè)備。具體如下：
[0050] (1)采用朗肯±壓力公式計算出開挖部分被動±壓力標(biāo)準(zhǔn)值Ep(工程最不利情 況）。根據(jù)力學(xué)平衡，此力由n根錯桿分擔(dān)。由反力平衡體系知，被動±壓力標(biāo)準(zhǔn)值Ep等于n根 錯桿所受水平拉力標(biāo)準(zhǔn)值化之和，即Ep = n化，由此可得單根錯桿所受水平拉力標(biāo)準(zhǔn)值為化 =Ep/n，進(jìn)而由公式(1.1)得出單根錯桿軸向拉力標(biāo)準(zhǔn)值為
[0051]
(1.1)
[0052] 式中：Nt為單根錯桿軸向拉力標(biāo)準(zhǔn)值化N);a為錯桿傾角；其余字母代表意義如前 所述。
[0053] 進(jìn)而通過公式(1.2)中的荷載分項系數(shù)求取單根錯桿的軸向拉力設(shè)計值。
[0 化 4]
(1.2)
[0055] 巧中：Na為鏈桿軸向拉力設(shè)計值化N); 丫 Q為荷載分項系數(shù)，可取1.3。
[0056] 該步驟中，錯桿總根數(shù)和單根錯桿軸向拉力標(biāo)準(zhǔn)值需要根據(jù)施工現(xiàn)場的進(jìn)場材料 相互之間進(jìn)行反饋調(diào)整。最終采用的錯桿根數(shù)和單根錯桿軸向拉力標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)足夠支撐被動 ±壓力標(biāo)準(zhǔn)值Ep。
[0057] (2)由公式(1.3)確定出錯桿鋼筋截面面積。
[0058]
(丄3)
[0059] 式中：As為錯桿鋼筋或鋼絞線截面積(m2) 為錯桿抗拉工作條件系數(shù)，永久性錯 桿取0.69; 丫 0為邊坡工程重要性系數(shù)，對安全等級為一級的取1.1，二、=級取1.0;fy為鋼筋 或鋼絞線抗拉強(qiáng)度設(shè)計值化pa) ;K為安全系數(shù)，可采用2.0。
[0060] 通過公式（1.4)、（1.5)分別求出錯桿錯固體與地層的錯固長度la、錯桿鋼筋與錯 固砂漿間的錯固長度Ib，最后求出兩者中的較大值max(la、lb)(工程最不利情況），即為錯桿 錯固段長度。
[0061 ] 錯i巧錯固體與地層的錯固長度la:
[0062]
(1.4)
[0063] 式中：la為錯桿錯固體與地層間的錯固長度(m);Ci為錯固體與地層粘結(jié)工作條件 系數(shù)，對永久錯桿取l.〇〇;D為錯固體直徑(m);frb為地層與錯固體粘結(jié)強(qiáng)度特征值化pa);K 為安全系數(shù)，可采用2.0。
[0064] 錯桿鋼筋與錯固砂漿間的錯固長度lb:
[0065]
(1.5)
[0066] 式中：lb為錯桿鋼筋與錯固砂漿間的錯固長度(m);|3為鋼筋與砂漿粘結(jié)工作條件 系數(shù)，對永久錯桿取〇.6;n為錯桿鋼筋（鋼絞線)根數(shù);d為錯桿鋼筋的直徑(m);fb為鋼筋與 錯固砂漿間的粘結(jié)強(qiáng)度設(shè)計值化pa) ;K為安全系數(shù)，可采用2.0。
[0067] (3)根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)±層分布情況（如地裂縫)或通過數(shù)值模擬判定出滑動面形跡 (±質(zhì)邊坡為圓弧形破裂面;巖±混合體邊坡為折線形破裂面，如圖2~3所示。），然后根據(jù) 邊坡規(guī)范確定出錯桿自由段長度，由上述第(2)步求得的錯桿錯固段長度，則可W得出所需 錯桿總長度。
[0068] (4)上、下坡的錯桿采用步驟(3)中計算得到的長度，而中腰的錯桿根據(jù)實際經(jīng)驗 或有限元分析破壞面形跡進(jìn)行確定(類似人體的腰要好，起承上啟下的作用）。中腰錯桿長 度一般比上、下坡分布錯桿要長。如圖4~5所示。如上下坡錯桿長度為7m，邊坡中腰錯桿長 度可W設(shè)置為8~9m，W錯固段能夠位于破壞滑移面之后為準(zhǔn)。
[0069] (5)按邊坡規(guī)范做好錯桿現(xiàn)場抗拔試驗，確定出錯桿的抗拔力指標(biāo)。
[0070] (6)按邊坡規(guī)范進(jìn)行現(xiàn)場施工，嚴(yán)格按照規(guī)范規(guī)定的預(yù)應(yīng)力錯桿(索）或全長粘結(jié) 性錯桿兩種類型的施工步驟進(jìn)行作業(yè)，確保施工質(zhì)量；
[0071] (7)抗滑粧（圖6~7)的平面布置指的是粧的平面位置和粧間距。一般根據(jù)邊坡的 地層性質(zhì)、受力大小、滑動面坡度、滑動面W上的厚度、施工條件、粧型和粧截面大小W及可 能的錯固深度W及錯固段的地質(zhì)條件等因素綜合考慮決定，W滿足其需要承受的±體推 力。通過公式(1.6)求取抗滑粧所受±體推力F。
[0072] 抗滑粧所受±體推力F可按下式計算：
[0073]
(1.6)
[0074] 式中：F為抗滑粧所受±體推力化N);m為抗滑粧錯固深度范圍內(nèi)的錯桿根數(shù)，即被 抗滑粧取代的錯桿根數(shù);n為待開挖的標(biāo)準(zhǔn)斷面范圍的錯桿總根數(shù)；其它字符代表意義同 上。由此，原本作用于錯桿上的力可W由抗滑粧進(jìn)行支承，進(jìn)而最大限度的利用抗滑粧的低 彈性形變性能，維持邊坡穩(wěn)定。
[0075] (8)抗滑粧粧型（鋼筋混凝±粧、鋼管粧及H型鋼粧）的選擇應(yīng)根據(jù)滑坡性質(zhì)、滑坡 處的地質(zhì)條件、受力大小、工程造價、施工條件和工期要求等因素綜合考慮，按安全、可靠、 經(jīng)濟(jì)、方便的原則，結(jié)合設(shè)計人員的工程經(jīng)驗來選擇。
[0076] 相對于現(xiàn)有技術(shù)中事后支護(hù)的方法，本發(fā)明在邊坡開挖施工的同時，采用錯桿和 抗滑粧及時對其進(jìn)行支護(hù)，從源頭控制了邊坡滑移面的產(chǎn)生。而且錯桿和抗滑粧的參數(shù)采 用了優(yōu)化的計算方法，能夠更好的控制邊坡的穩(wěn)定性。
[0077] W上所述的實施例只是本發(fā)明的一種較佳的方案，然其并非用W限制本發(fā)明。有 關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可W做出各種變 化和變型。因此凡采取等同替換或等效變換的方式所獲得的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明的保 護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種傍山路基邊坡開挖加固處治的反力平衡穩(wěn)定加固方法，其特征在于，從上到下 對傍山路基邊坡進(jìn)行分層開挖，在開挖的同時采用錨桿或錨索及時對已開挖部分進(jìn)行支 護(hù)。2. 如權(quán)利要求1所述的傍山路基邊坡開挖加固處治的反力平衡穩(wěn)定加固方法，其特征 在于，開挖到傍山路基邊坡的下半部時，也可先向邊坡土體中打抗滑粧，再開挖土體，利用 抗滑粧替代錨桿或錨索對邊坡的下半部進(jìn)行支護(hù)。3. 如權(quán)利要求1所述的傍山路基邊坡開挖加固處治的反力平衡穩(wěn)定加固方法，其特征 在于，錨桿的選擇應(yīng)滿足以下條件： 單根錨桿軸向拉力標(biāo)準(zhǔn)值Nt為：式中：EP為待開挖的傍山路基邊坡的被動土壓力;a為錨桿傾角;n為邊坡上設(shè)置的錨桿 總根數(shù)； 單根錨桿的軸向拉力設(shè)計值1為： 式中：Y Q為荷載分項系數(shù)；錨桿鋼筋截面面積As滿足：式中：|2為錨桿抗拉工作條件系數(shù)；為邊坡工程重要性系數(shù);fy為錨桿鋼筋抗拉強(qiáng)度 設(shè)計值;K為安全系數(shù)； 錨桿錨固體與地層的錨固長度la:式中為錨桿錨固體與地層粘結(jié)工作條件系數(shù);D為錨固體直徑;frb為地層與錨固體 粘結(jié)強(qiáng)度特征值； 錨桿鋼筋與錨固砂漿間的錨固長度U:式中為鋼筋與砂漿粘結(jié)工作條件系數(shù);d為錨桿鋼筋的直徑;fb為鋼筋與錨固砂漿間 的粘結(jié)強(qiáng)度設(shè)計值； 錨桿錨固段長度為la、lb中的較大值，即為max(la、lb); 錨桿總長度為錨桿錨固段長度和錨桿自由段長度之和。4. 如權(quán)利要求1所述的傍山路基邊坡開挖加固處治的反力平衡穩(wěn)定加固方法，其特征 在于，中腰錨桿長度需長于上、下坡的錨桿。5. 如權(quán)利要求2所述的傍山路基邊坡開挖加固處治的反力平衡穩(wěn)定加固方法，其特征 在于，所述設(shè)置的抗滑粧需能夠承受土體推力F，其中：式中:m為抗滑粧錨固深度范圍內(nèi)的設(shè)計錨桿根數(shù)。6. 如權(quán)利要求2所述的傍山路基邊坡開挖加固處治的反力平衡穩(wěn)定加固方法，其特征 在于，所述的錨桿自由段長度需預(yù)先判定出滑動面形跡，然后根據(jù)邊坡相關(guān)規(guī)范確定。7. 如權(quán)利要求4所述的傍山路基邊坡開挖加固處治的反力平衡穩(wěn)定加固方法，其特征 在于，所述的邊坡中腰錨桿自由段長度根據(jù)實際經(jīng)驗或有限元分析破壞面形跡確定。8. 如權(quán)利要求2所述的傍山路基邊坡開挖加固處治的反力平衡穩(wěn)定加固方法，其特征 在于，所述的抗滑粧的平面布置根據(jù)邊坡的地層性質(zhì)、受力大小、滑動面坡度、滑動面以上 的厚度、施工條件、粧型和粧截面大小以及可能的錨固深度以及錨固段的地質(zhì)條件因素綜 合考慮確定。9. 如權(quán)利要求2所述的傍山路基邊坡開挖加固處治的反力平衡穩(wěn)定加固方法，其特征 在于，所述的抗滑粧粧型的選擇應(yīng)根據(jù)滑坡性質(zhì)、滑坡處的地質(zhì)條件、受力大小、工程造 價、施工條件和工期要求因素綜合考慮，結(jié)合設(shè)計人員的工程經(jīng)驗來選擇。
【文檔編號】E02D5/74GK106049515SQ201610607441
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年7月27日
【發(fā)明人】朱漢華, 陳孟沖, 牛富生
【申請人】寧波市交通規(guī)劃設(shè)計研究院有限公司