主动柔性防护网锚杆锚固段长度设计研究.pdf

文章编号:():./.主动柔性防护网锚杆锚固段长度设计研究薛瑞云(.河北交规院瑞志交通技术咨询有限公司 石家庄市 .河北省公路安全感知与监测重点实验室 石家庄市)摘 要:随着我国高速公路建设加速推进越来越多的高速公路进入到运维期路堑边坡会出现局部崩塌、岩石风化剥落等现象 对于存在落石风险的岩质边坡工程中一般采用主动柔性防护网进行防护 文章结合工程实际技术指标通过简化边坡局部崩塌计算模型得出路堑边坡主动柔性防护网锚杆锚固段长度的简化算法为锚杆锚固段的长度设计提供技术支持 关键词:主动柔性防护网锚杆锚固段长度路堑边坡中图分类号:文献标识码:引言对于运营多年的高速公路路堑岩质边坡风化加重局部易出现外倾软弱结构面发生岩块滑落影响高速公路行车安全 主动防护系统主要由柔性金属网、锚杆和支撑绳组成固定采用锚杆结合支撑绳 主动防护系统可以有效防治边坡局部崩塌、风化剥落等病害 边坡崩塌多由于坡面风化严重导致局部岩块脱落下落岩块以垂直运动为主 主动柔性防护网将柔性金属网覆盖在潜在危岩落石的坡面上清理浮石、悬石后打入锚杆达到稳固浅表层岩体和防止局部落石的作用主动柔性防护网由钢丝绳网和钢丝格栅组成如图 所示 柔性金属网采用锚固缝合方式固定将支撑绳通过锚杆固定然后利用缝合绳将柔性金属网与支撑绳相互缝合、拉紧 实际工程中通常选取直径大于 的螺纹钢筋作为锚杆锚固段长度为 一旦边坡出现局部崩塌、落石锚杆的锚固力将直接决定主动防护系统的稳定性 如果锚杆在垂直坡面方向无法提供足够的法向锚固力防护网将失去加固作用文章根据运营期高速路堑边坡现状结合工程实际假定路堑边坡整体稳定性较好 岩石坡面由于风化、恶劣天气影响导致局部位置岩石之间强度软化降低边坡坡面起伏较大 对于此类路堑边坡局部崩塌模型通过简化计算求得主动柔性防护网图 主动柔性防护网示意图北方交通 年 第 期锚杆的锚固力进而得到锚杆锚固段长度 边坡崩塌计算模型边坡局部高度崩塌模型如图 所示 图 中 为拟加固边坡高度为边坡长度 为滑裂角即岩体外倾结构面倾角 为边坡滑塌前坡面与水平面的夹角 为边坡滑塌区长度图 计算模型示意图边坡塌滑区长度可按式 估算:()边坡坡面总面积按照式 计算:()滑塌区体积按照式 计算:()滑塌区边坡自重 按照式 计算:()其中岩石容重 取 /破裂角主要用于确定塌滑区范围和锚杆的锚固起算点岩体等效内摩擦角主要用于计算受岩体强度控制的边坡支护结构所承受的岩石荷载 边坡工程中的破裂角 为边坡岩体处于极限状态下直线形滑裂面与水平面的夹角即滑裂面倾角可按式 和式 计算:()()两式中:为外倾软弱结构面的内摩擦角 为外倾软弱结构面的黏聚力 主动柔性防护网锚杆承载能力计算主动柔性防护网由纵横交错的横向支撑绳和正方形模式布置的锚杆联结组成其中由支撑绳组成的每个网格内都铺设钢丝绳网 每张钢丝绳网与四周支撑绳间用缝合绳联结对钢丝绳网进行预张拉钢丝绳网经过张拉后能使主动防护系统通过锚杆对垂直坡面方向施加预应力锚杆也因此受到坡面岩石的反作用力如图 所示图 锚杆受力示意图 年 第 期 薛瑞云:主动柔性防护网锚杆锚固段长度设计研究锚杆锚固力可按式 计算参照图 图 锚杆锚固力计算简图()()()式 中:为边坡下滑力为锚杆与滑动面相交处滑动面倾角 为锚杆与水平面的夹角 为外倾软弱结构面的内摩擦角岩石边坡局部脱离母体而出现的崩塌一般以垂直的自由落体运动为主计算模型将边坡下滑力等效成重力即忽略岩层结构面的黏聚力计算锚杆锚固力单位长度滑塌边坡需要的锚杆锚固力按照式 计算:()()()预应力锚杆采用黏结型锚固体地层与注浆体间黏结长度按式 计算:()式 中:为地层与注浆体间黏结长度为安全系数按表 选取 为锚固段钻孔直径为地层与注浆体间黏结强度设计值表 岩体与注浆体界面黏结强度设计值岩体类型饱和单轴抗压强度/黏结强度/极软岩 软岩 较软岩 较硬岩 年(永久性锚杆)高速公路、一级公路.二级及二级以下公路.工程实例计算()承秦高速秦皇岛方向 路堑边坡分为两级一级边坡坡顶设有被动拦石网一级边坡坡率约为 .坡脚碎落台宽为.秦皇岛方向 地层主要为安山岩夹杂角闪石和长石斑晶岩芯较破碎 完整岩性坚硬 边坡后缘地势陡峭后缘山体荷载小整体稳定性较差坡面不规则凹凸起伏较大碎石经常弹落到路面造成路面破损、坑槽边坡全貌见图 图 秦皇岛方向 段边坡全貌主动柔性防护网的钢丝绳网和钢丝格栅的网块规格以展开张紧后的外边缘长度表示工程常用规格有 、.、等 取外倾结构面的倾角依据现场路堑边坡情况并取最不利情况作为设计采用值具体见表 应同时计算注浆体与锚杆体间黏结长度以及地层与注浆体间黏结长度取用计算结果较大值 承秦高速秦北方交通 年 第 期皇岛方向 段主动柔性防护网边坡防护锚杆钢筋锚固段长度在不同外倾结构面角度下的计算值见表 表 表 段岩石边坡计算采用值(平均值)表边坡高度/边坡长度/内摩擦角/()边坡坡角/()坡面拟防护总面积/.表 段锚杆钢筋锚固段长度计算采用值表()主动柔性防护网锚杆布置形式()锚杆根数锚杆钢筋直径/锚固段长度/.表 段锚杆钢筋锚固段长度计算采用值表()主动柔性防护网锚杆布置形式()锚杆根数锚杆钢筋直径/锚固段长度/.表 段锚杆钢筋锚固段长度计算采用值表()主动柔性防护网锚杆布置形式()锚杆根数锚杆钢筋直径/锚固段长度/.表 段锚杆钢筋锚固段长度计算采用值表()主动柔性防护网锚杆布置形式()锚杆根数锚杆钢筋直径/锚固段长度/.()承德方向 路堑边坡分级不明显总高约 边坡坡脚碎落台宽.局部位置碎落台较窄边坡坡率为 .承德方向 段地层上部冲洪积卵石及坡积物下部为黄褐 灰黄色砾岩 砾岩呈厚层状、块状构造砾石主要成分为石英砂岩、灰岩及变质岩亚圆状含量 钙泥质胶结岩芯较破碎 较完整边坡全貌见图 岩石边坡计算采用值(平均值)见表 图 承德方向 段边坡全貌表 段岩石边坡计算采用值(平均值)表边坡高度/边坡长度/内摩擦角/()边坡坡角/()坡面拟防护总面积/.在不同的外倾结构面角度下承秦高速承德方向 段主动柔性防护网边坡防护锚杆钢筋锚固段长度计算值见表 和表 表 段锚杆钢筋锚固段长度计算采用值表()主动柔性防护网锚杆布置形式()锚杆根数锚杆钢筋直径/锚固段长度/.表 段锚杆钢筋锚固段长度计算采用值表()主动柔性防护网锚杆布置形式()锚杆根数锚杆钢筋直径/锚固段长度/.根据计算结果分析主动柔性防护网锚杆锚固段长度与边坡破裂角有关即锚杆所需锚固段长度与拟防护边坡存在的外倾软弱结构面有关外倾结构面角度越小主动柔性防护网锚杆锚固段长度计算值越大 实际工程中岩质边坡由于风化严重坡 年 第 期 薛瑞云:主动柔性防护网锚杆锚固段长度设计研究面起伏较大局部存在软弱结构面应选取其中的较小值作为破裂角 结论随着高速公路通车时长增加路堑边坡不可避免地出现风化边坡局部段落岩质和结构面强度降低边坡局部落石现象常有发生 主动柔性防护网可以很好地起到局部加固作用最大限度避免岩块弹落 文章提出了边坡存在外倾软弱结构面情况下的计算模型依托相关设计规范及基本理论计算得到主动柔性防护网锚杆的锚固段长度 研究可为主动柔性防护网锚杆锚固段长度的设计选取提供思路为相关项目应用提供借鉴参考参考文献 中华人民共和国交通运输部.边坡柔性防护网系统:/.北京:人民交通出版社股份有限公司.方玉树.边坡工程中破裂角和岩体等效内摩擦角取值及应用若干问题探讨.重庆建筑():.中国人民共和国住房和城乡建设部.建筑边坡工程技术规范:.北京:中国建筑工业出版社.刘娟向柏宇.柔性主动防护网承载能力及防护设计研究.西北水电():.中华人民共和国交通运输部.公路路基设计规范:.北京:人民交通出版社股份有限公司.(.).本刊声明.本刊所发表的作品均为作者观点并不代表本刊的立场和观点.文章著作权除著作权法另有规定外属于作者 凡是发表在北方交通杂志上的作品除另有约定外作者均不收取任何费用.作者应对投稿的作品是否为职务作品进行说明未说明的视为非职务作品 因作者未说明作品是职务作品而产生的责任由作者承担.稿件自录用之日起其专有出版权、信息网络传播权、发表权、发行权、数字化发行权、修改权、保护作品完整权、复制权、数字化复制权、改编权、翻译权、汇编权、音视频制作发行权、数字版式设计权等著作权和营销权以及上述权利的邻接权长期无偿授予本刊同时许可本刊转授第三方使用.所有来稿文责自负请勿一稿多投稿件一律不退请作者自留备份.若作者对此声明有异议请在来稿时声明本刊将作适当处理凡作者向本刊提交文章发表之行为无书面提出其他约定条款的即视为同意本刊上述声明北方交通 年 第 期