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中國(guó)工程建設(shè)協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)CECS
CECS×××:2023
公路膨脹土邊坡玻璃鋼螺旋錨加固技術(shù)
規(guī)程
TechnicalStandardsforHighwayExpansiveSoil
SlopesReinforcedwithGlassFiberReinforced
ScrewAnchors
(征求意見稿2022.12)
1總則
1.0.1為了在玻璃鋼螺旋錨加固公路膨脹土邊坡的設(shè)計(jì)和施工中
貫徹執(zhí)行國(guó)家的技術(shù)經(jīng)濟(jì)政策,做到安全適用、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合
理,并確保質(zhì)量、保護(hù)環(huán)境,制訂本規(guī)程。
1.0.2本規(guī)程適用于玻璃鋼螺旋錨加固公路膨脹土邊坡的設(shè)計(jì)、施
工及質(zhì)量控制,也適用于粘土、粉質(zhì)粘土、粉土邊坡的加固。鐵路、
水利等工程的土質(zhì)邊坡加固均可參照本規(guī)程執(zhí)行。
1.0.3玻璃鋼螺旋錨加固公路膨脹土邊坡的設(shè)計(jì)與施工,應(yīng)綜合考
慮工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件、環(huán)境條件、施工條件等因素。
1.0.4玻璃鋼螺旋錨加固公路膨脹土邊坡的設(shè)計(jì)應(yīng)貫徹因地制宜、
保護(hù)環(huán)境、節(jié)約資源等原則,同時(shí)應(yīng)強(qiáng)化施工質(zhì)量控制與管理。
1.0.5在玻璃鋼螺旋錨加固公路膨脹土邊坡的設(shè)計(jì)、施工以及質(zhì)量
控制中,除應(yīng)符合本規(guī)程外,尚應(yīng)符合國(guó)家現(xiàn)行有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。
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2術(shù)語(yǔ)和符號(hào)
2.1術(shù)語(yǔ)
2.1.1玻璃鋼glassfiberreinforcedplastic
玻璃纖維增強(qiáng)塑料的俗稱,是一種以樹脂為基體,以玻璃纖維
為增強(qiáng)材料的復(fù)合材料,具有強(qiáng)度高、質(zhì)量輕、蠕變小、抗腐蝕能
力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),可克服鋼質(zhì)錨桿因易銹蝕而難以直接用于永久錨固工
程的問題。
2.1.2螺旋錨固screwanchoring
一種將螺旋型錨片旋入土中,充分利用深層土體強(qiáng)度的錨固技
術(shù),具有施工設(shè)備簡(jiǎn)單、施工速度快、對(duì)土層擾動(dòng)小和承載力能滿
足一般工程要求等特點(diǎn)。
2.1.3玻璃鋼螺旋錨桿glassfiberreinforcedplasticscrewanchor
將由玻璃鋼材料制成的螺旋型錨頭、錨桿和錨尾三個(gè)部分,通
過一定的方式加以連接而形成的、能承受拉拔力的整體桿件。
2.2符號(hào)
2.2.1作用和作用效應(yīng)
eP——錨桿拉拔破壞時(shí),倒錐形破壞面上的被動(dòng)土壓力強(qiáng)
度;
G——單根螺旋錨桿分擔(dān)的格構(gòu)梁計(jì)算單元的重量;
Pp′——錨桿拉拔破壞時(shí),倒錐形破壞面單位周長(zhǎng)上被動(dòng)
土壓力在垂直于破壞面上的分量;
pep——水下膨脹土邊坡的混凝土襯砌板承受的膨脹力;
5
ps——膨脹土的常體積膨脹力;
W——錨桿拉拔破壞時(shí),倒錐形破壞面內(nèi)土體的自重。
2.2.2材料性能和抗力性能
EEPS——土工泡沫(EPS)板的初始切線壓縮模量;
KP′——被動(dòng)土壓力系數(shù);
Q——錨桿的極限拉拔力;
Tam——玻璃鋼材料的允許抗拔力;
Tap——玻璃鋼螺旋錨拉拔試驗(yàn)的允許抗拔力;
Td——玻璃鋼螺旋錨的設(shè)計(jì)抗拔力;
Tup——玻璃鋼螺旋錨拉拔試驗(yàn)的極限抗拔力;
δep——水下膨脹土邊坡的混凝土襯砌板受到的膨脹力所
對(duì)應(yīng)的膨脹土的膨脹率;
δepi——水下膨脹土邊坡第i層土的膨脹率;
φ——膨脹土的內(nèi)摩擦角;
ρ——EPS板的密度;
γ——膨脹土的容重;
γG——混凝土格構(gòu)梁的容重;
——灌漿錨固體與膨脹土之間界面的平均抗剪強(qiáng)度;
t——玻璃鋼材料的拉伸強(qiáng)度;
ψe——膨脹土膨脹變形經(jīng)驗(yàn)系數(shù)。
2.2.3幾何參數(shù)
Ab——單根螺旋錨桿分擔(dān)的格構(gòu)梁計(jì)算單元的面積;
Ac——單根螺旋錨桿桿體的總橫截面積;
As——單根螺旋錨桿所分擔(dān)的混凝土襯砌板的面積;
b——螺旋錨錨片的半徑;
B——螺旋錨錨片的直徑;
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D——錨桿灌漿錨固體的半徑;
H——錨桿入土深度;
h——產(chǎn)生膨脹變形的土層厚度;
hG——格構(gòu)梁橫截面的高度;
hi——水下膨脹土邊坡第i層土的計(jì)算厚度;
n——浸水影響深度范圍內(nèi)膨脹土坡的土層數(shù);
L——錨桿拉拔破壞時(shí),錨固土體倒錐形破壞面的長(zhǎng)度;
Lb——錨桿錨固段長(zhǎng)度;
r——錨桿拉拔破壞時(shí),倒錐形破壞在地表的影響區(qū)半徑;
s——錨桿的拔出位移;
t——混凝土襯砌板的厚度;
α——螺旋錨桿軸線與水平線的夾角;
Δ——EPS板的厚度;
δ——錨桿拉拔破壞時(shí),破壞面上被動(dòng)土壓力與破壞面法線
的夾角;
θ——邊坡傾角。
2.2.4計(jì)算系數(shù)
Fs——玻璃鋼螺旋錨抗拔力安全系數(shù);
RF——玻璃鋼材料強(qiáng)度綜合折減系數(shù);
RF0——玻璃鋼材料極限強(qiáng)度折減系數(shù);
RF1——玻璃鋼材料制造工藝折減系數(shù);
RF2——玻璃鋼材料固化過程折減系數(shù);
RF3——玻璃鋼材料溫度影響折減系數(shù);
RF4——玻璃鋼材料交變荷載折減系數(shù)。
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3玻璃鋼螺旋錨材料與結(jié)構(gòu)
3.1材料
3.1.1用于螺旋錨錨頭的玻璃鋼材料的力學(xué)指標(biāo)應(yīng)符合表3.1.1-1
的規(guī)定,用于螺旋錨桿體的玻璃鋼材料的力學(xué)指標(biāo)應(yīng)符合表3.1.1-2
的規(guī)定。
表3.1.1-1錨頭玻璃鋼材料的力學(xué)性能要求
項(xiàng)目技術(shù)參數(shù)
拉伸強(qiáng)度(MPa)≥80
拉伸模量(GPa)≥10
彎曲強(qiáng)度(MPa)≥170
彎曲模量(GPa)≥10
剪切強(qiáng)度(MPa)≥70
壓縮強(qiáng)度(MPa)≥160
表3.1.1-2錨桿玻璃鋼材料的力學(xué)性能要求
項(xiàng)目技術(shù)參數(shù)
拉伸強(qiáng)度(MPa)≥500
拉伸模量(GPa)≥25
壓縮強(qiáng)度(MPa)≥400
注:拉伸強(qiáng)度和拉伸模量應(yīng)按照《纖維增強(qiáng)塑料拉伸性能試驗(yàn)方法》(GB/T
1447)測(cè)試;壓縮強(qiáng)度應(yīng)按照《纖維增強(qiáng)塑料壓縮性能試驗(yàn)方法》(GB/T1448)
測(cè)試;彎曲強(qiáng)度和彎曲模量應(yīng)按照《纖維增強(qiáng)塑料彎曲性能試驗(yàn)方法》(GB/T
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1449)測(cè)試;剪切強(qiáng)度應(yīng)按照《纖維增強(qiáng)塑料縱橫剪切試驗(yàn)方法》(GB/T3355)
測(cè)試。
3.1.2應(yīng)根據(jù)玻璃鋼螺旋錨應(yīng)用的具體情況和環(huán)境條件,對(duì)玻璃鋼
材料進(jìn)行耐久性能的相關(guān)測(cè)試,其性能應(yīng)符合表3.1.2-1的規(guī)定。
表3.1.2-1錨頭玻璃鋼材料的耐久性能要求
項(xiàng)目基本要求材料強(qiáng)度最小保留率
經(jīng)規(guī)定時(shí)間耐大氣暴露試驗(yàn)
耐大氣暴露性能后,試驗(yàn)無(wú)變色、龜裂、老化≥60%
等明顯老化現(xiàn)象
經(jīng)規(guī)定時(shí)間耐濕熱性能試驗(yàn)
耐濕熱性能后,試樣不應(yīng)有變色或被侵蝕≥80%
的痕跡
經(jīng)規(guī)定時(shí)間耐水性能試驗(yàn)后,
試樣表面不應(yīng)出現(xiàn)軟化、皺
耐水性能≥85%
紋、起泡、開裂、被溶解、溶
劑侵入等痕跡
經(jīng)規(guī)定時(shí)間耐水性能試驗(yàn)后,汽油≥90%
試樣表面不應(yīng)出現(xiàn)軟化、皺
耐化學(xué)介質(zhì)性能酸≥80%
紋、起泡、開裂、被溶解、溶
劑侵入等痕跡堿≥80%
注:耐大氣暴露性能、耐濕熱性能和耐水性能應(yīng)按照《玻璃纖維增強(qiáng)塑料老
化性能試驗(yàn)方法》(GB/T2573)測(cè)試;耐化學(xué)介質(zhì)性能應(yīng)按照《玻璃纖維增
強(qiáng)熱固性塑料耐化學(xué)介質(zhì)性能試驗(yàn)方法》(GB/T3857)測(cè)試。
3.1.3應(yīng)考慮制造工藝、應(yīng)用環(huán)境條件以及外部荷載等因素對(duì)
玻璃鋼材料強(qiáng)度的影響,對(duì)其拉伸強(qiáng)度進(jìn)行折減。其綜合折減系數(shù)
RF應(yīng)按式(3.1.3-1)確定。環(huán)境條件差、對(duì)工程影響大時(shí)取高值,
反之取低值。綜合折減系數(shù)RF不應(yīng)小于4.0。
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RFRFRFRFRFRF=01234(3.1.3-1)
式中:RF0——極限強(qiáng)度折減系數(shù),一般取2.0;
RF1——制造工藝折減系數(shù),機(jī)械操作取1.4,手糊取1.6,
噴射取3.0;
RF2——固化過程折減系數(shù),取值1.1~1.5;
RF3——溫度影響折減系數(shù),取決于樹脂的熱變形溫度和
工作溫度,取值1.0~1.25;
RF4——交變荷載折減系數(shù),取值1.0~2.0。
【條文說明】:
玻璃鋼材料強(qiáng)度的折減系數(shù)參考了英國(guó)BS標(biāo)準(zhǔn)。英國(guó)BS標(biāo)
準(zhǔn)規(guī)定一般總安全系數(shù)不得小于6.0,但是國(guó)外玻璃鋼材料極限強(qiáng)
度普遍比國(guó)內(nèi)要高,如果國(guó)內(nèi)材料取較大的安全系數(shù),所得材料強(qiáng)
度設(shè)計(jì)值較小,實(shí)用價(jià)值不大??紤]到螺旋錨一般使用場(chǎng)合的工程
重要性不高,同時(shí)考慮到實(shí)際測(cè)得玻璃鋼錨桿的蠕變應(yīng)變極小,因
此也在折減系數(shù)中不考慮玻璃鋼長(zhǎng)期特性的影響。
3.2結(jié)構(gòu)
3.2.1玻璃鋼螺旋錨應(yīng)由錨頭、桿體和錨尾三個(gè)部分通過錨鎖系統(tǒng)
連接,使之在土體中形成一個(gè)能承受拉拔力的整體桿件,如圖
3.2.1-1。
3.2.2玻璃鋼螺旋錨的錨頭應(yīng)為套筒結(jié)構(gòu),如圖3.2.2-1所示,并
應(yīng)符合以下規(guī)定:
1套筒的端部應(yīng)為錐頭;
2螺旋型錨片環(huán)繞于套筒筒身;
3套筒的根部應(yīng)帶有嚙合口。
10
圖3.2.1-1玻璃鋼螺旋錨結(jié)構(gòu)示意圖
圖3.2.2-1錨頭結(jié)構(gòu)示意圖
【條文說明】:
(1)與常規(guī)的鋼質(zhì)螺旋錨不同,玻璃鋼螺旋錨錨頭的套筒與
螺旋型錨片是整體成型的,而常規(guī)的鋼質(zhì)螺旋錨的螺旋型錨片是設(shè)
置在錨桿的桿體上的;
(2)為了在下錨過程中易于排開土中的砂礫和減小對(duì)土層的
擾動(dòng),螺旋型錨片為漸開線型;為了使下錨鋼管的轉(zhuǎn)動(dòng)扭矩傳到套
筒上,在下錨鋼管底端設(shè)嚙合口與套筒根部的嚙合口(見圖3.2.2-1)
嚙合連接;
11
3.2.3螺旋錨片的直徑應(yīng)由錨桿的設(shè)計(jì)抗拔力確定。
【條文說明】:
(1)可將螺旋形錨片視為剛性圓形平板,要求處于所錨固土
體中該圓形平板面積的承載力特征值,不小于玻璃鋼材料的允許抗
拔力。
(2)隨著錨片直徑的增大,螺旋錨的極限抗拔承載力增大,
但下錨所需的扭矩也越大,即錨桿被旋入土層的難度就越大。因此,
在滿足設(shè)計(jì)要求的前提下,錨板直徑不宜過大。當(dāng)土質(zhì)較硬,螺旋
錨難以進(jìn)入土層時(shí),應(yīng)考慮適當(dāng)減小錨板直徑;
3.2.4螺旋型錨片的厚度應(yīng)按均布荷載下的抗彎和抗剪要求計(jì)算,
并綜合考慮土層的地質(zhì)條件確定。應(yīng)適當(dāng)減小錨片邊緣的厚度,并
對(duì)錨片邊緣進(jìn)行加強(qiáng)處理。
【條文說明】:
根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn),錨片太厚,下錨困難;錨片太薄,在下錨過程
中錨片邊緣容易磨損。為此錨片從緊連套筒的內(nèi)緣到錨片的外緣,
厚度是逐漸減小的,目的使錨片邊緣形成刀口,利于錨片旋入土層。
但錨片邊緣變薄后,在下錨過程中容易磨損,嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致錨片受
力面積變小,難以達(dá)到工程所要求的抗拔要求。因此可沿錨片外邊
緣包一層薄鐵片對(duì)外邊緣加以保護(hù)。
3.2.5螺旋型錨片的螺距應(yīng)考慮土層條件選定,應(yīng)利于錨片排開土
中的小石或硬土結(jié)核,使螺旋錨順利鉆進(jìn)。
【條文說明】:
12
在均勻土層中,螺距越大,螺旋錨所需要的下錨扭矩越大。但
在實(shí)際工程中,土層內(nèi)可能含有小石或硬土結(jié)核。如果螺距太小,
錨板無(wú)法排開小石或硬核,嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致螺旋錨無(wú)法鉆進(jìn)。因此
在含姜石的膨脹土或含石量較大的土層中,應(yīng)適當(dāng)增大螺距。
3.2.6玻璃鋼螺旋錨桿的桿體應(yīng)由多根等弧瓣?duì)罱孛娴腻^筋所組
成,桿體的截面為空心圓環(huán),如圖3.2.6-1所示。桿體的總截面尺
寸由設(shè)計(jì)抗拔力確定。
圖3.2.6-1錨桿桿體的截面示意圖
3.2.7玻璃鋼螺旋錨桿應(yīng)采用楔縫式的錨鎖系統(tǒng)連接錨桿的各個(gè)
部分,可采用玻璃鋼銷釘將桿體與錨頭和錨尾鎖緊,桿體與錨頭的
鎖固如圖3.2.2-1所示,桿體與錨頭的鎖固如圖3.2.7-1所示,
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圖3.2.7-1錨尾結(jié)構(gòu)示意圖
【條文說明】:
(1)錨頭的套筒內(nèi)徑是漸變的,套筒與錨頭端部(見圖3.2.2-1)
的錐尖相連的開口端較寬,往里內(nèi)徑逐漸減小,形成3°錐角;組
成錨桿桿體的錨筋,其一端圍繞著銷釘圓周均勻布置,另一端穿過
套筒。銷釘使錨筋與套筒內(nèi)壁之間鎖緊,使錨筋和錨頭成為一個(gè)整
體(參見圖3.2.2-1);
(2)錨尾采用中空螺桿和銷釘進(jìn)行鎖固。螺桿外表面帶螺紋、
內(nèi)表面帶3°錐角。將錨筋尾端插入螺桿,用玻璃鋼銷釘使錨筋和
螺桿內(nèi)表面鎖緊,再借助于螺桿的外螺紋,用墊片和螺母在坡面上
的預(yù)制或現(xiàn)澆鋼筋混凝土構(gòu)件(如格構(gòu)梁)上將錨尾鎖固(參見圖
3.2.7-1)。
表3.2.7-1給出了常用玻璃鋼螺旋錨各組成部分(或部件)的
參考尺寸。圖3.2.7-2為某工程加固膨脹土邊坡采用的玻璃鋼螺旋
錨桿的結(jié)構(gòu)與尺寸。
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表3.2.7-1玻璃鋼螺旋錨各組成部分(或部件)參考尺寸
錨頭桿體
套筒錨片嚙合銷釘
口
內(nèi)外外緣外緣厚口細(xì)端長(zhǎng)錐內(nèi)外
徑徑直徑螺距度*高直徑度度徑徑
(mm)(mm)(mm)(mm)(mm)(mm)(mm)(mm)(o)(mm)(mm)
表3.2.7-1玻璃鋼螺旋錨各組成部分(或部件)參考尺寸(續(xù))
錨尾
中空螺桿墊片螺母銷釘
細(xì)端外長(zhǎng)錐口內(nèi)細(xì)端直徑長(zhǎng)錐度
內(nèi)徑徑度度高徑(mm)度(o)
(mm)(mm)(mm)(o)(mm)(mm)(mm)
81265330128703
注:錨片的厚度從其緊連套筒的內(nèi)緣向其外緣是逐漸減薄的(見圖3.2.2-1
和圖3.2.2-2)。
1-桿體;2-套筒;3-銷釘;4-連接環(huán);5-錐尖;6-墊塊
圖3.2.2-2某工程采用的玻璃鋼螺旋錨桿的結(jié)構(gòu)與尺寸
15
4設(shè)計(jì)
4.1一般規(guī)定
4.1.1玻璃鋼螺旋錨錨固技術(shù)適用于填、挖方膨脹土邊坡加固工
程,也適用于非膨脹性的土質(zhì)邊坡加固工程。
4.1.2在玻璃鋼螺旋錨加固膨脹土邊坡的設(shè)計(jì)、施工以前,應(yīng)具備
以下資料:
1巖土工程勘察資料;
2邊坡環(huán)境條件資料;
3施工場(chǎng)地和施工條件資料。
【條文說明】:
巖土工程勘察資料應(yīng)提供邊坡加固設(shè)計(jì)所需要的膨脹土層的
基本物理、力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)和脹縮特性指標(biāo)。對(duì)于膨脹土的脹縮特性
指標(biāo),應(yīng)按照《膨脹土地區(qū)建筑技術(shù)規(guī)范》GB50112的相關(guān)規(guī)定,
取原狀膨脹土土樣進(jìn)行膨脹力和不同壓力下的膨脹率等試驗(yàn)。
4.1.3玻璃鋼螺旋錨應(yīng)進(jìn)行錨桿的基本試驗(yàn),并應(yīng)符合《建筑邊坡
工程技術(shù)規(guī)范》GB50330的相關(guān)規(guī)定。
4.1.4玻璃鋼螺旋錨加固膨脹土邊坡的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足承載力、穩(wěn)定
性、變形和耐久性要求,并應(yīng)符合《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》
GB50330的相關(guān)規(guī)定。
4.2設(shè)計(jì)計(jì)算
4.2.1玻璃鋼螺旋錨的設(shè)計(jì)抗拔力Td應(yīng)按下述方法確定:
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1玻璃鋼螺旋錨材料的允許抗拔力應(yīng)由式(4.2.1-1)計(jì)算:
A
T=tc(4.2.1-1)
amRF
式中:
Tam——玻璃鋼螺旋錨材料的允許抗拔力(kN);
t——玻璃鋼材料的拉伸強(qiáng)度(kPa);
2
Ac——玻璃鋼螺旋錨桿體的總橫截面積(m);
RF——玻璃鋼材料強(qiáng)度的綜合折減系數(shù),由式(3.1.3-1))
確定。
2玻璃鋼螺旋錨現(xiàn)場(chǎng)拉拔試驗(yàn)的允許抗拔力應(yīng)由式(5.2.1-2)
計(jì)算:
Tup
Tap=(5.2.1-2)
Fs
式中:
Tap——拉拔試驗(yàn)的允許抗拔力(kN);
Tup——拉拔試驗(yàn)的極限抗拔力(kN);
Fs——抗拔力安全系數(shù)。玻璃鋼螺旋錨用于膨脹土邊坡的淺
層加固時(shí),取2.0。
3取Tam和Tap中的較小值,作為玻璃鋼螺旋錨的設(shè)計(jì)抗拔力
Td。
4.2.2在初步設(shè)計(jì)階段,當(dāng)無(wú)玻璃鋼螺旋錨桿的現(xiàn)場(chǎng)拉拔試驗(yàn)結(jié)果
時(shí),可用式(4.2.2-1)估算灌漿和非灌漿錨桿的允許抗拔力Tap。
Q
T=
apF
s(4.2.2-1)
式中:Q——錨桿的極限拉拔力;
Fs——錨桿抗拔力安全系數(shù)。錨桿用于膨脹土坡的淺層加
17
固時(shí),取2.0;
1對(duì)于非灌漿錨,錨桿的極限拉拔力Q由式(4.2.2-2)確定:
QWP=+p
22
=+++Hbrbr()(4.2.2-2)
3
2
0.5HKBHP()(+?tantantan)
式中(參見圖4.2.2-1):
Q——非灌漿錨桿的極限拉拔力;
圖4.2.2-1無(wú)灌漿螺旋錨淺層破壞極限抗拔力計(jì)算模型
eP——被動(dòng)土壓力強(qiáng)度;
Pp′——倒錐形破壞面單位周長(zhǎng)上被動(dòng)土壓力在垂直于破
壞面上的分量;
W——破壞面內(nèi)土體的自重;
18
b——螺旋錨錨片的半徑;
B——螺旋錨錨片的直徑;
r——地表受影響區(qū)半徑;
H——錨桿入土深度;
L——倒錐形破壞面的長(zhǎng)度;
γ——土的容重;
φ——土的內(nèi)摩擦角;
θ——破壞面傾角,一般可?。?/4~1/2)φ,砂土可取(2/3)
φ;
δ——假想破壞平面上被動(dòng)土壓力與破壞面法線的夾角;
KP′——被動(dòng)土壓力系數(shù),可由式(4.2.2-3)計(jì)算。
1sin+
Kp=(4.2.2-3)
1sin?
2對(duì)于灌漿錨,錨桿的極限拉拔力Q由式(4.2.2-4)確定::
Q=DLb(4.2.2-4)
式中(參見圖4.2.2-2):
Q——灌漿錨桿的極限抗拔力;
D——灌漿錨固體的半徑;
Lb——錨固段長(zhǎng)度;
——灌漿錨固體與土之間界面的平均抗剪強(qiáng)度,初步設(shè)計(jì)
時(shí)可取注漿體抗壓強(qiáng)度的1/3。
19
圖4.2.2-2灌漿錨淺層破壞極限抗拔力計(jì)算模型
【條文說明】:
(1)這里考慮了采用玻璃鋼螺旋錨用于加固膨脹土淺層滑坡
時(shí),錨桿入土深度較淺,故分別用(4.2.2-2)和(4.2.2-4)估算非
灌漿錨桿和灌漿錨桿的極限抗拔力;
(2)破壞面傾θ的經(jīng)驗(yàn)取值參考了文獻(xiàn)中的研究成果。如:
[1]MeyerhofG.G.,AdamsJ.I.TheUltimateupliftcapacityof
foundations.CanadianGeotechnicalJournal,1968,5(4):225-244.
[2]Clemence,S.P.,andVeesaert,C.J.Dynamicpulloutresistanceof
anchorinsand.Proc,Int.Symp.onSoil-StructureInteraction.
Roorkee,India,1977,389-397.
4.2.3公路膨脹土邊坡的穩(wěn)定性分析應(yīng)符合《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》
JTGD30和《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》GB50330的相關(guān)規(guī)定。
4.2.4計(jì)算公路膨脹土邊坡的穩(wěn)定性時(shí),對(duì)基本烈度為7度及7度
以上地區(qū)的永久性邊坡,應(yīng)按照《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》GB50330
等的相關(guān)規(guī)定,進(jìn)行地震工況下邊坡穩(wěn)定性校核。
4.2.5公路膨脹土邊坡的穩(wěn)定安全系數(shù)應(yīng)符合《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》
JTGD30的相關(guān)規(guī)定。
4.3結(jié)構(gòu)與構(gòu)造設(shè)計(jì)
20
4.3.1對(duì)于非涉水的膨脹土邊坡,當(dāng)根據(jù)《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》
JTGD30和《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》(GB50330),驗(yàn)算邊坡淺
層滑動(dòng)不滿足穩(wěn)定性要求時(shí),可以采用玻璃鋼螺旋錨桿聯(lián)合鋼筋混
凝土格構(gòu)梁進(jìn)行加固。
【條文說明】:
(1)采用玻璃鋼螺旋錨桿聯(lián)合鋼筋混凝土格構(gòu)梁加固膨脹土邊
坡時(shí),宜沿坡面縱、橫方向等間距打設(shè)玻璃鋼螺旋錨桿,之后布置
格構(gòu)梁,并使格構(gòu)梁之間相交的節(jié)點(diǎn)位于錨桿點(diǎn)位,最后將錨尾在
節(jié)點(diǎn)處的鎖固,如圖4.3.1-1所示。圖4.3.1-2為某工程實(shí)物照片。
圖4.3.1-1玻璃鋼螺旋錨聯(lián)合格構(gòu)梁的布置及其計(jì)算單元的劃分
(2)為了加快施工進(jìn)度,格構(gòu)梁和節(jié)點(diǎn)均可采用預(yù)制構(gòu)件,施
工安裝時(shí),節(jié)點(diǎn)的四肢缺口在下,分別與縱、橫四個(gè)格構(gòu)梁的缺口
搭接并固定,使格構(gòu)梁和節(jié)點(diǎn)連接成一個(gè)整體。圖4.3.1-2為某工
程預(yù)制格構(gòu)梁和節(jié)點(diǎn)的平面圖、尺寸和實(shí)物照片。
21
(a)玻璃鋼螺旋錨+格構(gòu)梁加固(b)錨尾的鎖固
圖4.3.1-2某工程實(shí)物照片
600
1001002001001001580
90140090
100
100
φ
600
200
35200
100
100
φ35
100
100
100
100
90140090
100100200100100
6001580
(a)格構(gòu)梁和節(jié)點(diǎn)尺寸
22
(b)格構(gòu)梁與節(jié)點(diǎn)之間的搭接
圖4.3.1-2某工程膨脹土邊坡采用的格構(gòu)梁和節(jié)點(diǎn)照片
(3)格構(gòu)梁的橫截面可為(20cm~25cm)的方形,其混凝土
標(biāo)號(hào)不低于C20。格構(gòu)梁和節(jié)點(diǎn)內(nèi)應(yīng)布置構(gòu)造鋼筋。構(gòu)造鋼筋的布
置應(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50010的相關(guān)
規(guī)定。其中主筋不小于φ10,箍筋不小于φ6。圖4.3.1-3為某工
程格構(gòu)梁和節(jié)點(diǎn)構(gòu)造鋼筋的布置情況。
23
(a)格構(gòu)梁的構(gòu)造鋼筋
φ6
2φ10
ⅣⅣ
2φ10
(b)節(jié)點(diǎn)構(gòu)造鋼筋
圖4.3.1-3某工程格構(gòu)梁和節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造鋼筋布置
24
4.3.2應(yīng)根據(jù)邊坡膨脹土的性質(zhì)、滑坡推力大小、滑動(dòng)面坡度、滑
體厚度等因素,擬定玻璃鋼螺旋錨桿的間距、錨固長(zhǎng)度、入土傾角
等參數(shù),直至邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)滿足《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》JTGD30
和《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》(GB50330)的要求。初選時(shí)玻璃鋼
螺旋錨的間距可按2.0m選取。
4.3.3玻璃鋼螺旋錨聯(lián)合格構(gòu)梁加固非涉水膨脹土邊坡時(shí),螺旋錨
的設(shè)計(jì)抗拔力Td還應(yīng)滿足式(4.3.3-1)(見圖4.3.3-1):
Tdbsin()cos++GAps(4.3.3-1)
式中:
Td——根據(jù)4.2節(jié)所述方法確定的或在初步設(shè)計(jì)時(shí)估算的螺
旋錨的設(shè)計(jì)抗拔力;
Ab——單根螺旋錨桿分擔(dān)的格構(gòu)梁計(jì)算單元的面積(見圖
4.3.1-1);
G——單根螺旋錨桿分擔(dān)的格構(gòu)梁計(jì)算單元的重量,且G=
γGAbhG,其中γG為格構(gòu)梁的容重,hG為格構(gòu)梁的厚度;
ps——膨脹土的常體積膨脹力,由試驗(yàn)測(cè)定;
θ——邊坡傾角;
α——螺旋錨桿的桿軸線與水平線之間的夾角(見圖
4.3.3-1)。
25
圖4.3.3-1玻璃鋼螺旋錨聯(lián)合格構(gòu)梁加固非涉水膨脹土邊坡受力簡(jiǎn)圖
4.3.5對(duì)于運(yùn)營(yíng)中淹沒于水下的膨脹土邊坡,當(dāng)根據(jù)《公路路基設(shè)
計(jì)規(guī)范》JTGD30、《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》(GB50330)驗(yàn)算
不滿足穩(wěn)定性要求時(shí),可以采用玻璃鋼螺旋錨桿聯(lián)合混凝土襯砌板
和土工泡沫(EPS)板進(jìn)行加固。
【條文說明】:
(1)采用玻璃鋼螺旋錨桿聯(lián)合混凝土襯砌板和土工泡沫
(EPS)板進(jìn)行加固膨脹土邊坡時(shí),應(yīng)首先沿坡面縱、橫方向等間
距打設(shè)玻璃鋼螺旋錨桿,然后沿坡面鋪設(shè)EPS板,再沿坡面滿澆
強(qiáng)度標(biāo)號(hào)不低于C15的混凝土襯砌板,襯砌板厚度宜為
80mm~120mm,最后將錨尾在露出混凝土襯砌板處進(jìn)行鎖固。
(2)在坡面混凝土襯砌板中應(yīng)布置構(gòu)造鋼筋網(wǎng),鋼筋不小于
φ10;在鋼筋網(wǎng)之間的間隙中,應(yīng)滿鋪設(shè)厚度不小于50mm、密度
不小于12kg/m3的土工泡沫,以吸收膨脹土產(chǎn)生的部分膨脹力。在
鋪設(shè)的土工泡沫塊之間,應(yīng)粘貼土工膜防滲,土工膜與土工泡沫的
粘貼寬度不小于100mm。圖4.3.5-1和圖4.3.5-2分別為某工程混凝
土襯砌板的構(gòu)造鋼筋及EPS的布置情況。
26
圖4.3.5-1某工程膨脹土水下坡混凝土襯砌板構(gòu)造鋼筋布置(單位:mm)
圖4.3.5-2某工程膨脹土水下坡混凝土襯砌板下布置的EPS
4.3.6應(yīng)根據(jù)邊坡膨脹土的性質(zhì)、滑坡推力大小、滑動(dòng)面坡度、滑
體厚度等因素,擬定玻璃鋼螺旋錨桿的間距、錨固長(zhǎng)度、入土傾角
等參數(shù),直至邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)穩(wěn)定性滿足《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》
JTGD30和《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》(GB50330)要求。初選時(shí),
玻璃鋼螺旋錨桿的間距可按2.0m選取。
4.3.7土工泡沫板密度的選定應(yīng)符合下述規(guī)定:
27
1土工泡沫板的密度應(yīng)符合式(4.3.7-1)的要求(參見圖
4.3.7-1)。
圖4.3.7-1水下膨脹土邊坡玻璃鋼螺旋錨的受力分析
Tdsin()cos++==?GpAEhsepsEPSep()/(4.3.7-1)
式中:
Td——根據(jù)4.2所述方法確定的或在初步設(shè)計(jì)時(shí)估算的螺旋
錨的設(shè)計(jì)抗拔力;
θ——邊坡的坡角;
α——錨桿桿軸線與水平線的夾角;
As——單根錨桿分擔(dān)的邊坡面積,取坡面上錨桿與錨桿之間
的中線到中線所圍成的面積;
G——單根錨桿分擔(dān)的混凝土襯砌板的重量,G=γGAst,其
中γG為混凝土襯砌板的容重,t為混凝土襯砌板的厚度;
EEPS——土工泡沫板的初始切線壓縮模量;
s——錨桿的拔出位移;
pep——襯砌板承受的壓力,等于鋪設(shè)土工泡沫后膨脹土的膨
脹力;
δep——與pep對(duì)應(yīng)的膨脹率,由膨脹土的膨脹率~膨脹壓力關(guān)
系曲線確定;
28
h——產(chǎn)生膨脹變形的土層厚度(即含水量增加的膨脹土層
厚度);
s——玻璃鋼螺旋錨桿的拔出位移;
Δ——土工泡沫板的厚度。
2初步設(shè)計(jì)時(shí),可取土工泡沫的應(yīng)變(δeph-s)/Δ=1%,根據(jù)
(4.3.7-1)計(jì)算得到EPS的切線模量EEPS。
3土工泡沫板的密度可根據(jù)式(4.3.7-2)進(jìn)行估算:
EEPS=?0.4792.875(4.3.7-2)
式中:
ρ——土工泡沫板的密度,單位kg/m3;
其余符號(hào)的含義同前。
【條文說明】:
(1)膨脹土水下邊坡的混凝土襯砌板采用EPS減載時(shí),根據(jù)
美國(guó)EPSIndustryAlliance關(guān)于EPS應(yīng)用技術(shù)指南,一般要求EPS
的名義密度不小于12kg/m3(實(shí)際密度不小于11kg/m3),而其壓
縮強(qiáng)度取應(yīng)變1%時(shí)的壓力。其原因在于應(yīng)變不超過1%時(shí),EPS
處于完全的彈性變形階段,相應(yīng)地EPS在1%應(yīng)變時(shí)的壓縮強(qiáng)度作
用下的蠕變很小。
(2)式(4.3.7-2)來自王釗編著的研究生教材《土工合成材
料》(機(jī)械工業(yè)出版社,2005年)
4.3.8土工泡沫板厚度的選定應(yīng)符合下述規(guī)定:
1應(yīng)按照式(4.3.8-1)計(jì)算水下邊坡膨脹土的膨脹變形量Se。
n
she=eepii(4.3.8-1)
i=1
29
式中:
ψe——經(jīng)驗(yàn)系數(shù),根據(jù)當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)確定,無(wú)經(jīng)驗(yàn)可取0.6;
δepi——涉水邊坡第i層土的膨脹率,由室內(nèi)試驗(yàn)測(cè)定;
hi——涉水邊坡第i層土的計(jì)算厚度;
n——浸水影響深度范圍內(nèi)膨脹土坡的土層數(shù)。
2土工泡沫板的最小厚度應(yīng)按式(4.3.8-2)計(jì)算選定:
se/1%(4.3.8-2)
【條文說明】:
根據(jù)《膨脹土地區(qū)建筑技術(shù)規(guī)范》GB50112,水下邊坡膨脹土
因浸水產(chǎn)生的的膨脹變形量Se,應(yīng)采用(4.3.8-1)計(jì)算。
4.3.9玻璃鋼螺旋錨的錨桿長(zhǎng)度應(yīng)符合下列規(guī)定:
1對(duì)于灌漿錨桿,錨桿自由段長(zhǎng)度應(yīng)為錨尾到邊坡潛在滑裂面
的長(zhǎng)度。自由段長(zhǎng)度應(yīng)不小于1.5m,并應(yīng)超過潛在滑裂面;
2灌漿錨桿的錨固段長(zhǎng)度應(yīng)滿足公式(4.3.3-1)、(4.3.7-1),
且不小于3.0m;
3錨桿長(zhǎng)度應(yīng)不大于10.0m。
【條文說明】:
根據(jù)《膨脹土地基建筑技術(shù)規(guī)范》GB50112,大氣影響深度一
般不超過5.0m,大氣影響急劇層深度一般不超過2~3m。因此,錨
桿長(zhǎng)度至少應(yīng)該達(dá)到3m,才能得到較好的錨固效果,最好能達(dá)到
5.0m,且應(yīng)穿過潛在淺層滑裂面。但也不應(yīng)超過10m,超過這個(gè)
深度,邊坡一般不再是淺層滑坡,且玻璃鋼錨桿可能發(fā)生剪斷破壞。
30
4.3.10錨桿傾角宜采用10°~35°,并應(yīng)避免對(duì)構(gòu)筑物產(chǎn)生不利影
響。
【條文說明】:
根據(jù)《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》GB50330的規(guī)定,當(dāng)傾角小
于10°時(shí),錨桿外端灌漿飽滿度難以保證;當(dāng)傾角過大時(shí),錨桿有
效水平拉力下降過多,且對(duì)豎向穩(wěn)定性不利。因此,錨桿傾角宜為
10°~35°。
4.3.11采用玻璃鋼螺旋錨加固膨脹土邊坡時(shí),應(yīng)系統(tǒng)地做好坡頂、
坡面和坡腳的防、排水設(shè)計(jì)。
【條文說明】:
玻璃鋼螺旋錨主要用于防治膨脹土邊坡的淺層滑坡,錨桿的入
土深度較淺,一般在3.0m~5.0m左右。因此,應(yīng)做好坡頂?shù)姆?、?/p>
水以及坡面和坡腳的排水,防止坡頂產(chǎn)生裂縫引發(fā)深層滑坡及坡面
和坡腳產(chǎn)生沖蝕破壞等等。
31
5施工與質(zhì)量控制
5.1施工
5.1.1施工前應(yīng)做好的準(zhǔn)備工作,應(yīng)符合《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》
GB50330-2013的相關(guān)規(guī)定;
5.1.2應(yīng)根據(jù)工程安全等級(jí)、工程地質(zhì)和水文地質(zhì)、邊坡環(huán)境等條
件,編制符合錨桿設(shè)計(jì)要求的施工組織設(shè)計(jì)。
5.1.3膨脹土邊坡的下錨施工受降雨的影響較大,應(yīng)盡量避免在雨
季施工。
5.1.4應(yīng)清除坡面影響施工的植被、表土,平整施工場(chǎng)地,確保施
工工作面滿足下錨機(jī)具的工作要求。
5.1.5下錨機(jī)械和設(shè)備的技術(shù)性能,應(yīng)與邊坡地質(zhì)條件、玻璃鋼螺
旋錨的設(shè)計(jì)參數(shù)相匹配。
5.1.6下錨機(jī)移至錨孔設(shè)計(jì)位置后,應(yīng)采用鋼釬穿過下錨機(jī)底座上
的圓孔,使下錨機(jī)與坡面固定,并用兩根纜繩拉緊支撐下錨機(jī)鋼套
管滑動(dòng)的軌道(參見圖5.1.5-1)。
1-下錨鋼套管;2-滑道;3-底座
圖5.1.5-1某工程下錨機(jī)實(shí)物圖
32
5.1.7應(yīng)使組成錨桿桿體的錨筋的一端,圍繞著錨頭銷釘?shù)膱A周均
勻布置,使錨筋的另一端穿過錨頭的套筒,再通過錨頭銷釘使錨筋
與套筒內(nèi)壁之間鎖緊(參見圖3.2.2-1)。圖(5.1.7-1)為某工程安
裝完成的玻璃鋼螺旋錨桿。
圖5.1.7-1某工程制安完成的玻璃鋼螺旋錨桿
5.1.8將與錨頭緊固的錨筋從下錨機(jī)上的鋼套管的底端穿入、頂端
穿出后,使下錨鋼套管底端的嚙合口與錨頭根部的嚙合口(見圖
3.2.2-1)相互嚙合,再按照設(shè)計(jì)要求的下錨角度,將錨頭對(duì)準(zhǔn)孔位。
圖5.1.8-1為某工程已安裝就緒的下錨機(jī)。
33
1-下錨鋼套管;4-電極;5-螺旋錨錨頭
圖5.1.8-1某工程已安裝就緒的下錨機(jī)
5.1.9在下錨過程中,應(yīng)根據(jù)錨桿轉(zhuǎn)進(jìn)土層的難易情況,通過調(diào)速
器調(diào)整轉(zhuǎn)進(jìn)速度。
【條文說明】:
當(dāng)土層較密實(shí),或者錨片遇到土層中的硬質(zhì)結(jié)核(如膨脹土中
的姜石)、礫石等時(shí),應(yīng)降低鉆進(jìn)速度,同時(shí)增大鉆進(jìn)壓力。
5.1.10錨桿鉆入到預(yù)定土層深度后,應(yīng)設(shè)定空壓機(jī)的壓力,及時(shí)
對(duì)灌漿錨桿進(jìn)行灌漿。
5.1.11格構(gòu)梁采用現(xiàn)澆而非預(yù)制時(shí),在錨桿灌漿完畢后,應(yīng)按照
格構(gòu)梁的設(shè)計(jì)位置,架立模板進(jìn)行混凝土澆筑。對(duì)模板高度范圍的
玻璃鋼錨尾,應(yīng)外套PVC管,并應(yīng)及時(shí)對(duì)現(xiàn)澆格構(gòu)梁進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。
圖5.1.11-1為某工程架立的格構(gòu)梁節(jié)點(diǎn)模板、布置的構(gòu)造鋼筋和錨
尾外套PVC的照片。
34
圖5.1.11-1某工程混凝土格構(gòu)梁節(jié)點(diǎn)
5.1.12現(xiàn)澆混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)齡期要求后,應(yīng)將玻璃鋼錨筋的尾端
插入帶外螺紋的中空螺桿,并用銷釘使錨筋和中空螺桿的內(nèi)壁鎖
緊,再用墊片和螺母在坡面上的預(yù)制或現(xiàn)澆混凝土格構(gòu)梁上,將錨
尾鎖固。圖5.1.12-1為某工程錨尾鎖固照片。
圖5.1.12-1某工程錨尾鎖固照片
5.1.13錨桿施工完成后,應(yīng)及時(shí)對(duì)坡面進(jìn)行清理、平整,并完成
坡頂、坡面和坡腳防、排水設(shè)施的施工。
35
5.2質(zhì)量控制
5.
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