格栅挡墙技术在汕-梅高速公路边坡加固工程中的应用分析

2016-04-15吕鹏华

福建交通科技 2016年1期

关键词：挡墙护坡格栅

■吕鹏华

(中国公路工程咨询集团有限公司，北京　100097)

格栅挡墙技术在汕-梅高速公路边坡加固工程中的应用分析

■吕鹏华

(中国公路工程咨询集团有限公司，北京100097)

摘要高速公路作为陆地交通重要形式之一，在促进地区经济发展和保障人们日常生活等方面有着不可替代的作用。在高速公路工程建设中，边坡加固历来是其重要内容之一。本文以广东省汕-梅高速为实例，介绍了格栅挡墙技术在高速公路边坡加固中的应用情况，可为以后类似的工程施工提供一定的借鉴经验。

关键词格栅挡墙汕-梅高速边坡加固应用与分析

0　引言

截止到2015年底，我国高速公路总里程突破10.5 万km，超过欧盟27国总和，是日本的8倍之多，位居世界第一。其中广东省高速公路通车总里程为6884km，仅次于河南省。广东省地形复杂，多发育丘陵和山地，因此边坡加固成为其高速公路建设的重要内容之一。而边坡加固工程集合了岩石力学、结构工程、地质学等多种学科知识，综合性、技术性很强。格栅挡墙护坡技术便是一种较为成熟和普遍的加固方法。

1　格栅挡墙护坡技术介绍

格栅挡墙技术其本质是以框梁(材质可为钢筋混凝土、铁框、木条、高分子塑料等)和锚杆(锚索)为基本骨架。锚杆(锚索)的作用是将框梁紧紧固定于边坡之上，之后在立柱和横梁之间设置预制生态混凝土护坡(见图1)。格栅挡墙护坡具有施工工序少、质量容易控制、施工速度快等优点，而且适用于断层、褶皱等裂隙发育较多地带，并充分结合了生态护坡的优点，固土和抗冲刷能力显著。但格栅挡墙护坡的工程造价较高，施工时需要专业的队伍和机械，且后期养护工作需要及时跟进[1]。

2　工程概况

汕-梅(汕头至梅州)高速公路位于广东省东北部，全长145.25km，中途设有通山隧道、高架桥，地形条件复杂，边坡防护工程量较大。其中在北斗至新亨段约5.2km距离内，边坡岩体较为破碎，厚度范围约为1～3m，节理裂隙发育较多，局部岩体有发生滑移、坍塌的风险，对行车安全影响较大。经过专家组讨论，最终确定采用格栅挡墙护坡治理技术。

3　格栅挡墙技术具体应用分析

边坡治理技术的核心问题在于设计，设计是否科学合理直接影响了工程治理效果。此外，施工质量也是重要因素之一。在此重点针对这两方面内容对格栅挡墙技术的具体应用情况进行详细分析。

3.1格栅挡墙技术参数设计

格栅挡墙技术主要涉及的参数有锚杆(锚索)直径和长度、格栅框梁的尺寸及配筋等，下面进行分别阐述。

3.1.1锚杆参数设计

(1)锚杆轴向拉力值的确定

本工程路段局部岩体有发生滑移和坍塌风险，且发育厚度最大处为3m，采用预制螺纹钢锚杆完全满足使用要求。且锚杆相对于锚索有一定的抗剪切能力，可有效阻止岩体的滑移趋势。锚杆的轴向拉力设计和标准值可分别按照公式(1)进行估算。最终得出Nk=85kN，Na=105.3kN。

式中,Na——锚杆轴向拉力设计值，kN；

γQ——载荷分项系数，取值1.5；

Nk——锚杆轴向拉力标准值，kN；

Ek——单根锚杆承受的剩余下滑力，kN；

α——锚杆倾角，取值25°；

β——底滑面倾角，取值45°。

(2)锚杆横截面积和锚固长度的确定

本工程路段的安全系数取值1.2，锚杆材质为螺纹钢，根据计算得到的锚杆轴向拉力值确定锚杆最小横截面积A=530.6mm2，最终设计锚杆直径为28mm。

锚杆的锚固段长度直接影响了其支护强度效果，本工程段所用的粘结剂为水泥砂浆。锚固段长度L可根据公式(2)进行估算。得出其长度L=2.32m，设计取值3.0m。锚杆总长度由锚固段和自由段组成，最终确定其取值范围为5.0～8.0m[2]。

式中，ε——水泥砂浆与孔壁粘结系数，取值0.9；

D——钻孔直径，取值50mm；

f——水泥砂浆与孔壁粘结度特征值，实测为300kPa。

3.1.2格栅框梁参数设计

格栅框梁的材质有多种，本工程根据施工地段实际情况选用现浇筑钢筋混凝土格栅，混凝土规格为C25。格栅分纵、横梁，分别承受着纵、横拉力，但受力大小差别较大。所以内置配筋级别和数量有所不同。本工程格栅的内置钢筋都采用螺纹钢[3]。

(1)纵梁配筋参数计算

对纵梁受力计算时，可看作winkler弹性地基梁。钢筋保护层按照50mm计算。则总的纵筋横截面积A可按照公式(3)计算。最终确定纵筋选取直径为16mm 的HRB335级螺纹钢，共均匀布置6根。

式中，a——混凝土强度系数，取值1.0；

fc——混凝土抗压强度，取值12.3MPa；b——纵梁横截宽度，mm；

x——混凝土受压区高度，mm；

fy——钢筋抗拉强度。

(2)横梁配筋参数计算

横梁的主要作用是约束纵梁之间的水平移动，主要受较小的拉力作用，根据实际地段情况配筋。本工程设计在破碎岩体发育厚度小于1.0m处设置3根直径为16mm的HRB335级螺纹钢；其余部分设置4根。

综上所述：本工程格栅挡墙工程设计锚杆间距为3.0m，长度范围5.0～8.0m，倾角范围20～30°。格栅呈台阶式布置，每级高度设置为6.0m，中间设宽度为1.5m左右的平台。框架横截面尺寸为:高×宽=350mm× 300mm。具体结构剖面图如下图2所示[4]。

3.2格栅挡墙技术的施工分析

格栅挡墙技术的主要施工步骤分为：地基处理→钻孔→打锚杆→浇筑混凝土格栅→铺设生态混凝土层→养护。

(1)地基处理

某些地段边坡破碎岩体发育量较大，且坡度较陡，给以后的施工带来安全隐患，需预先进行必要的卸载，本工程采用小规模爆破。在其他地质条件较好地段采用人工处理地基便可，主要包括坡度切削、松散土夯实等工序。本工程要求边坡角度小于65°，边坡过大会大大增加落石风险，不利于行车安全[5]。

(2)钻孔、注浆和打锚杆

本工程钻孔采用风枪打眼，允许孔位偏差范围± 15mm，孔深偏差±50mm，之后采用高压风管清孔。灌注砂浆的规格为不小于42.5级且具有抵抗水侵蚀的化学稳定性的普通硅酸盐水泥，随伴随用。按设计要求截取锚杆，并整直、除锈、除油。待钻孔、砂浆、锚杆验收合格后便可进行注浆作业。本工程要求注浆压力范围控制在0.4～0.6MPa，注浆管要求伸入距孔底小于10cm处，并随着砂浆的注入而缓慢拔出，直至达到规定长度。注浆结束后迅速插入锚杆，要求插入孔内长度不小于设计长度的95％。

(3)浇筑混凝土格栅

打入锚杆超过24h后浇筑混凝土格栅，采用钢模板和木模板相结合形式。模板绑扎前要求对锚杆进行拉拔试验，合格后进行下道工序。浇筑时按照“从下到上”顺序进行，使用插入式振动棒振捣。浇筑完成12h后进行养护，持续时间不小于一周。要求施工温度不小于10℃。

(4)铺设生态混凝土层

生态护坡可充分利用植物的固土挡水作用，增加护坡的整体结构强度。生态混凝土层主要由砂壤土、水泥、有机质和添加剂等组成。本工程使用的各组分材料配比具体见下表1，结构

示意图如下图3所示[6]。营养液采用喷播形式进行，具体配比可根据待种植的草皮进行设计。