CN116815819B - 顺层路堑边坡抗剪锚杆支护与挡墙加固设计方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种顺层路堑边坡抗剪锚杆支护与挡墙加固设计方法及装置，通过在挡土墙墙背路堑顺层边坡滑坡的滑面上植入排状分布的抗剪锚杆，使抗剪锚杆的抗剪能力有效转化为抵抗滑坡推力的抗滑力；通过对挡土墙墙趾回填土进行钢花管注浆加固措施，提高该部分回填土体的地层抗力；再通过对挡土墙抗滑移和抗倾覆验算，完成整个支护加固结构体系安全性及稳定性验算，最终形成科学、合理的整套顺层岩质路堑边坡抗剪锚杆与挡土墙注浆加固设计过程。其方法简单、成本低、施工便捷、响应速度快，具有良好的安全性、可靠性和耐用性，特别是在抢险加固过程中更具有突出的现实意义。
Description
技术领域
本发明属于岩土工程设计领域，具体涉及一种顺层路堑边坡抗剪锚杆支护与挡墙加固的综合设计方法及装置。
背景技术
为满足社会发展需要，我国各地正在大力开展基础设施工程建设。其中，西南喀斯特地区，地质条件复杂，滑坡灾害频发。对于岩质挖方路段，合理设置挡土墙可有效减小路堑边坡的放坡范围，大大减少土石方工程数量，相应降低用地红线征拆范围。但结构单一的挡土墙工程，随着使用年限的增长以及周边环境或使用条件的变化，如顺层岩质边坡结构面遇水软化、周边环境发生特殊地质灾害等，会导致挡土墙墙体出现变形并超过允许范围，或出现挡土墙墙身开裂、鼓肚，墙体倾斜、滑移，墙体基础下沉等病害，使挡土墙处于不稳定，甚至处于失稳损坏状态。
于是，在现有挡土墙结构基础上，对顺层路堑边坡加固过程进行综合结构改进和科学设计，以提高其使用和防护效果，就成为本发明想要解决的主要问题。
发明内容
鉴于上述情况，本发明旨在提供一种成本低、施工便捷、结构稳定可靠的顺层路堑边坡抗剪锚杆支护与挡墙加固设计方法及装置，以方便顺层路堑边坡的加固过程，提高顺层路堑边坡防护效果，满足长期使用，特别是特殊地质灾害条件下快速加固使用的需要。
本发明的设计思路包括：首先，采用钢筋束与水泥砂浆浇筑而成的抗剪锚杆对挡土墙墙背路堑顺层边坡滑坡进行支护加固，通过钻孔注浆将抗剪锚杆植入滑坡面内，将抗剪锚杆的抗剪能力有效转化为抵抗滑坡推力的抗滑力；然后，对挡土墙墙趾处回填土采用钢花管注浆加固措施，以提高该部分回填土体的地层抗力；最后，通过对挡土墙进行抗滑移及抗倾覆验算，完成支护加固结构体系安全性及稳定性验算，进而形成整套顺层岩质路堑边坡抗剪锚杆与挡土墙注浆加固设计过程。
本发明是通过以下技术方案来实现的：
顺层路堑边坡抗剪锚杆支护与挡墙加固设计方法，具体步骤包括：
步骤1、在路堑顺层边坡的坡面下方设置挡土墙，挡土墙墙背进行非粘性回填土回填。
步骤2、将钢筋束与水泥砂浆浇筑形成的抗剪锚杆以排列方式通过钻孔注浆植入到挡土墙墙背路堑顺层边坡滑坡的滑面上。
步骤3、对挡土墙墙趾回填土进行钢花管注浆加固。
步骤4、挡土墙重量为G，墙高为h，墙后填土重度为γ1、墙后填土内摩擦角为；墙背回填土后部滑体的滑面长度为L，倾角为θ ，滑体粘聚力Cs，滑体内摩擦角为/>，滑体重量为W；
挡土墙墙背回填土的主动土压力合力为E a ，合力作用点高度为h/3，E a 按下式计算：
(1)
式中，K a 为主动土压力系数，，代入式（1）得：
（2）
步骤5、墙背回填土后部滑体的剩余下滑推力为P，下滑推力作用点高度为h/2，P按下式计算：
（3）
式中，T为下滑力，；R为抗滑力，/>；F st为边坡稳定安全系数，代入式（3）整理得：
（4）
步骤6、抗剪锚杆在单位宽度内产生的抗滑力为R′；
（5）
式中，fy为钢筋抗拉强度设计值，可查表确定；m为抗剪锚杆的排数；s为抗剪锚杆的桩间距；A为单根抗剪锚杆配筋的横截面积。
抗剪锚杆支护后墙背回填土后部滑体剩余下滑推力P′为：
（6）
步骤7、挡土墙墙趾高度为hj；加固后墙趾处填土重度为γ2、墙趾处填土内摩擦角为、墙趾处填土粘聚力为C 2，被动土压力合力为E p ，合力作用点高度为hj/3，E p 按下式计算：
（7）
式中，K p 为被动土压力系数，，代入式（7）得：
（8）
步骤8、对挡土墙进行抗滑移验算，根据《建筑边坡工程技术规范GB 50330-2013》，挡土墙抗滑移稳定系数F 1应满足下列关系：
（9）
其中，F y压为墙底竖直方向压力，F y压=G；
Fx推为墙背水平方向推力，
；
Fx抗为墙趾处填土被动土压力，
；
μ为查表确定的墙底摩擦系数。
将上述参数代入式（9），整理得：
（10）
步骤9、对挡土墙进行抗倾覆验算，根据《建筑边坡工程技术规范GB 50330-2013》，挡土墙抗倾覆稳定系数F2应满足下列关系：
（11）
其中，MO顺为对O点取弯矩为顺时针的合力矩；
MO逆为对O点取弯矩为逆时针的合力矩；
对式（11）整理得：
（12）式中b为挡土墙重力G的力臂。
步骤10、对式（10）和式（12）取最大值，作为抗剪锚杆的排数m，设计验算完成。
一种数据处理装置，在路堑顺层边坡的坡面下方设置挡土墙，挡土墙墙背进行非粘性回填土回填，将钢筋束与水泥砂浆浇筑形成的抗剪锚杆以排列方式通过钻孔注浆植入到挡土墙墙背路堑顺层边坡滑坡的滑面上，对挡土墙墙趾回填土进行钢花管注浆加固，装置具体包括：
第一单元，对挡土墙墙背回填土的主动土压力合力E a 进行计算。具体包括：
合力作用点高度为h/3，E a 按下式计算：
其中，h为挡土墙墙高，γ1为墙后填土重度，K a 为主动土压力系数，，代入上式得：
其中，为墙后填土内摩擦角；
第二单元，完成抗剪锚杆支护后墙背回填土后部滑体剩余下滑推力计算。具体包括：
墙背回填土后部滑体的剩余下滑推力为P，下滑推力作用点高度为h/2，P按下式计算：
式中，T为下滑力，;
R为抗滑力，；
F st为边坡稳定安全系数；
其中，W为滑体重量；L为墙背回填土后部滑体的滑面长度；θ为倾角；C s为滑体粘聚力；为滑体内摩擦角；将上式整理得：
抗剪锚杆在单位宽度内产生的抗滑力为R′；
式中，fy为钢筋抗拉强度设计值，可查表确定；m为抗剪锚杆的排数；s为抗剪锚杆的桩间距；A为单根抗剪锚杆配筋的横截面积；
抗剪锚杆支护后墙背回填土后部滑体剩余下滑推力为P′为：
第三单元，对挡土墙墙趾回填土的被动土压力合力E p 进行计算。具体包括:
合力作用点高度为hj/3，E p 按下式计算：
式中，γ2为加固后墙趾处填土重度；hj挡土墙墙趾高度；C 2为墙趾处填土粘聚力；K p 为被动土压力系数，，/>为墙趾处填土内摩擦角；
将上式整理得：
代入式（7）得：
第四单元，对挡土墙进行抗滑移和抗倾覆验算，完成顺层路堑边坡抗剪锚杆支护与挡土墙注浆加固设计过程。具体包括：
根据《建筑边坡工程技术规范GB 50330-2013》，对挡土墙进行抗滑移验算，挡土墙抗滑移稳定系数F 1应满足下列关系：
其中，F y压为墙底竖直方向压力，F y压=G；G为挡土墙重量；
F x推为墙背水平方向推力，
；
F x抗为墙趾处填土被动土压力，
；
μ为查表确定的墙底摩擦系数；
将上式整理得：
根据《建筑边坡工程技术规范GB 50330-2013》，对挡土墙进行抗倾覆验算，挡土墙抗倾覆稳定系数F 2应满足下列关系：
其中，MO顺为对O点取弯矩为顺时针的合力矩；
MO逆为对O点取弯矩为逆时针的合力矩；
对上式整理得：
式中b为挡土墙的重力力臂；
对上述抗滑移和抗倾覆验算中计算得出的m，取最大值作为抗剪锚杆的排数，设计验算完成。
一种用于数据处理的装置，包括有存储器和一个以上程序，一个以上程序存储于存储器中，且经配置由一个以上处理器执行所述一个以上程序。一个以上程序包含用于执行所述顺层路堑边坡抗剪锚杆支护与挡墙加固设计方法中步骤1至步骤10的步骤。
一种可读存储介质，其上存储有指令，当所述指令由装置的一个或多个处理器执行时，使得装置执行所述顺层路堑边坡抗剪锚杆支护与挡墙加固设计方法中步骤1至步骤10的步骤。
本发明所述顺层路堑边坡抗剪锚杆支护与挡墙加固设计方法及装置，通过在挡土墙墙背路堑顺层边坡滑坡的滑面上植入排状分布的抗剪锚杆，使抗剪锚杆的抗剪能力有效转化为抵抗滑坡推力的抗滑力，再通过钢花管注浆措施在挡土墙墙趾处进行回填土加固，以提高该部分回填土体的地层抗力，并通过对挡土墙抗滑移和抗倾覆验算，完成整个支护加固结构体系安全性及稳定性验算，最终形成科学、合理的整套顺层岩质路堑边坡抗剪锚杆与挡土墙注浆加固设计过程。其方法简单、成本低、施工便捷、响应速度快，具有良好的安全性、可靠性和耐用性，特别是在抢险加固过程中更具有突出的现实意义。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
图1为本发明所述顺层路堑边坡抗剪锚杆支护与挡墙加固设计方法的结构示意图；
图2为本发明所述顺层路堑边坡抗剪锚杆支护与挡墙加固设计方法的相关几何尺寸及受力分析图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行进一步介绍。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征也可以相互组合。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
下面结合附图1、图2对本发明做进一步的详细描述：
本发明所述的顺层路堑边坡抗剪锚杆支护与挡墙加固设计方法，具体步骤包括：
步骤1、在路堑顺层边坡的坡面下方设置挡土墙，并在挡土墙墙背进行非粘性回填土回填。
步骤2、将钢筋束与水泥砂浆浇筑形成抗剪锚杆，将抗剪锚杆以排列方式通过钻孔注浆植入到挡土墙墙背路堑顺层边坡滑坡的滑面上。
步骤3、对挡土墙墙趾回填土进行钢花管注浆加固。
上述步骤中，以排列方式植入的抗剪锚杆可以将支护结构体系的抗剪能力有效转化为抵抗滑坡推力的抗滑力，进而增加滑体的稳定性。挡土墙墙趾回填土采用钢花管注浆加固措施，可以提高该部分回填土体的地层抗力，增加挡土墙墙趾处被动土压力的合力。最后，通过对挡土墙受力分析，挡土墙受墙趾处填土被动土压力、墙背填土主动土压力和墙背填土后部滑体剩余下滑推力的共同作用，对其进行安全性和稳定性验算，即可完成整个加固设计过程。
步骤4、设定挡土墙重量为G，墙高为h，墙后填土重度为γ1、墙后填土内摩擦角为；墙背回填土后部滑体的滑面长度为L，倾角为θ，滑体粘聚力Cs，滑体内摩擦角为/>，滑体重量为W。挡土墙墙背回填土的主动土压力合力为E a ，呈三角形均匀分布，则合力作用点高度为h/3，E a 按下式计算：
（1）
式中，K a 为主动土压力系数，，代入式（1）得：
（2）
步骤5、墙背回填土后部滑体的剩余下滑推力为P，呈矩形均匀分布，则下滑推力作用点高度为h/2，P按下式计算：
（3）
式中，T为下滑力，；R为抗滑力，/>；Fst为边坡稳定安全系数，可根据边坡安全等级查表确定。将其代入式（3）整理得：
（4）
步骤6、抗剪锚杆在单位宽度内产生的抗滑力为R′；
（5）
式中，f y 为钢筋抗拉强度设计值，可查表确定；m为抗剪锚杆的排数；s为抗剪锚杆的桩间距；A为单根抗剪锚杆配筋的横截面积。
抗剪锚杆支护后墙背回填土后部滑体剩余下滑推力P′改变为：
（6）
步骤7、挡土墙墙趾高度为hj；加固后墙趾处填土重度为γ2、墙趾处填土内摩擦角为、墙趾处填土粘聚力为C 2，被动土压力合力为E p ，呈三角形均匀分布，则合力作用点高度为hj/3，E p 按下式计算：
（7）
式中，K p 为被动土压力系数，，代入式（7）得：
（8）
步骤8、对挡土墙进行抗滑移验算，根据《建筑边坡工程技术规范GB 50330-2013》，挡土墙抗滑移稳定系数F 1应满足下列关系：
（9）
其中，Fy压为墙底竖直方向压力，F y压=G；
Fx推为墙背水平方向推力，
；
Fx抗为墙趾处填土被动土压力，
；
μ为查表确定的墙底摩擦系数。
将上述参数代入式（9），整理得：
（10）
步骤9、对挡土墙进行抗倾覆验算，根据《建筑边坡工程技术规范GB 50330-2013》，挡土墙抗倾覆稳定系数F 2应满足下列关系：
（11）
其中，Mo顺为对O点取弯矩为顺时针的合力矩，由挡土墙重力G在距离为b的力臂产生的弯矩和墙趾处填土被动土压力Ep在距离为hj/3的力臂上产生的弯矩组成。
Mo逆为对O点取弯矩为逆时针的合力矩，由墙背填土主动土压力E a 在距离为h/3的力臂产生的弯矩和抗剪锚杆支护后滑体剩余下滑力P′在距离为h/2的力臂产生的弯矩组成。
对式（11）整理得：
（12）
步骤10、对式（10）和式（12）取最大值，即可作为抗剪锚杆的排数m，设计验算完成。
本发明所述的一种数据处理装置，在路堑顺层边坡的坡面下方设置挡土墙，挡土墙墙背进行非粘性回填土回填，将钢筋束与水泥砂浆浇筑形成的抗剪锚杆以排列方式通过钻孔注浆植入到挡土墙墙背路堑顺层边坡滑坡的滑面上，对挡土墙墙趾回填土进行钢花管注浆加固，装置具体包括：
第一单元，对挡土墙墙背回填土的主动土压力合力E a 进行计算。
第二单元，完成抗剪锚杆支护后墙背回填土后部滑体剩余下滑推力计算。
第三单元，对挡土墙墙趾回填土的被动土压力合力Ep进行计算。
第四单元，对挡土墙进行抗滑移和抗倾覆验算，完成顺层路堑边坡抗剪锚杆支护与挡土墙注浆加固设计过程。
关于上述数据处理装置，其中各个单元执行操作的具体方法已经在有关该方法的具体实施方式中进行了详细描述，此处将不做详细阐述说明。
本发明所述的一种用于数据处理的装置，包括存储器和一个以上程序，一个以上程序存储于存储器中，且经配置由一个以上处理器执行所述一个以上程序。一个以上程序包含用于执行上述顺层路堑边坡抗剪锚杆支护与挡墙加固设计方法步骤1至步骤10的步骤。
本发明所述的一种可读存储介质，其上存储有指令，当所述指令由装置的一个或多个处理器执行时，使得装置执行上述顺层路堑边坡抗剪锚杆支护与挡墙加固设计方法中步骤1至步骤10的步骤。当然，可读存储介质可以是ROM、随机存取存储器（RAM）、CD-ROM、磁带、软盘和光数据存储设备等。
以上描述仅为本发明的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明，并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的优选实施例。本领域技术人员应当理解，本发明中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
Claims (4)
1.顺层路堑边坡抗剪锚杆支护与挡墙加固设计方法，其特征在于，具体步骤包括：
步骤1、在路堑顺层边坡的坡面下方设置挡土墙，挡土墙墙背进行非粘性回填土回填；
步骤2、将钢筋束与水泥砂浆浇筑形成的抗剪锚杆以排列方式通过钻孔注浆植入到挡土墙墙背路堑顺层边坡滑坡的滑面上；
步骤3、对挡土墙墙趾回填土进行钢花管注浆加固；
步骤4、挡土墙重量为G，墙高为h，墙后填土重度为γ1、墙后填土内摩擦角为；墙背回填土后部滑体的滑面长度为L，倾角为θ，滑体粘聚力C s，滑体内摩擦角为/>，滑体重量为W；
挡土墙墙背回填土的主动土压力合力为E a ，合力作用点高度为h/3，E a 按下式计算：
，
式中，K a 为主动土压力系数，，代入上式得：
；
步骤5、墙背回填土后部滑体的剩余下滑推力为P，下滑推力作用点高度为h/2，P按下式计算：
，
式中，T为下滑力，；R为抗滑力，/>；F st为边坡稳定安全系数，代入上式整理得：
；
步骤6、抗剪锚杆在单位宽度内产生的抗滑力为R′ ，
，
式中，fy为钢筋抗拉强度设计值，可查表确定；m为抗剪锚杆的排数；s为抗剪锚杆的桩间距；A为单根抗剪锚杆配筋的横截面积；
抗剪锚杆支护后墙背回填土后部滑体剩余下滑推力为P′：
；
步骤7、挡土墙墙趾高度为hj；加固后墙趾处填土重度为γ2、墙趾处填土内摩擦角为、墙趾处填土粘聚力为C 2，被动土压力合力为E p ，合力作用点高度为hj/3，E p 按下式计算：
，
式中，K p 为被动土压力系数，，代入上式得：
；
步骤8、对挡土墙进行抗滑移验算，根据《建筑边坡工程技术规范GB 50330-2013》，挡土墙抗滑移稳定系数F 1应满足下列关系：
，
其中，F y压为墙底竖直方向压力，F y压=G；
F x推为墙背水平方向推力，
；
F x抗为墙趾处填土被动土压力，
；
μ为查表确定的墙底摩擦系数；
将上式整理得：
；
步骤9、对挡土墙进行抗倾覆验算，根据《建筑边坡工程技术规范GB 50330-2013》，挡土墙抗倾覆稳定系数F 2应满足下列关系：
，
其中，MO顺为对O点取弯矩为顺时针的合力矩；
MO逆为对O点取弯矩为逆时针的合力矩；
对上式整理得：
,
式中b为挡土墙重力G的力臂；
步骤10、对上述步骤8和步骤9中计算得出的m取最大值，作为抗剪锚杆的排数m，设计验算完成。
2.一种数据处理装置，其特征在于，在路堑顺层边坡的坡面下方设置挡土墙，挡土墙墙背进行非粘性回填土回填，将钢筋束与水泥砂浆浇筑形成的抗剪锚杆以排列方式通过钻孔注浆植入到挡土墙墙背路堑顺层边坡滑坡的滑面上，对挡土墙墙趾回填土进行钢花管注浆加固，装置具体包括：
第一单元，对挡土墙墙背回填土的主动土压力合力E a 进行计算；
包括：
合力作用点高度为h/3，E a 按下式计算：
,
其中，h为挡土墙墙高，γ1为墙后填土重度，K a 为主动土压力系数，，代入上式得：
,
其中，为墙后填土内摩擦角；
第二单元，完成抗剪锚杆支护后墙背回填土后部滑体剩余下滑推力计算；
包括：
墙背回填土后部滑体的剩余下滑推力为P，下滑推力作用点高度为h/2，P按下式计算：
,
式中，T为下滑力，;
R为抗滑力，；
F st为边坡稳定安全系数；
其中，W为滑体重量；L为墙背回填土后部滑体的滑面长度；θ为倾角；C s为滑体粘聚力；为滑体内摩擦角；将上式整理得：
,
抗剪锚杆在单位宽度内产生的抗滑力为R′；
,
式中，fy为钢筋抗拉强度设计值，可查表确定；m为抗剪锚杆的排数；s为抗剪锚杆的桩间距；A为单根抗剪锚杆配筋的横截面积；
抗剪锚杆支护后墙背回填土后部滑体剩余下滑推力为P′为：
,
第三单元，对挡土墙墙趾回填土的被动土压力合力E p 进行计算；
包括:
合力作用点高度为hj/3，E p 按下式计算：
,
式中，γ2为加固后墙趾处填土重度；hj挡土墙墙趾高度；C 2为墙趾处填土粘聚力；K p 为被动土压力系数，，为墙趾处填土内摩擦角；
将上式整理得：
,
第四单元，对挡土墙进行抗滑移和抗倾覆验算，完成顺层路堑边坡抗剪锚杆支护与挡土墙注浆加固设计过程；
包括：
根据《建筑边坡工程技术规范GB 50330-2013》，对挡土墙进行抗滑移验算，挡土墙抗滑移稳定系数F 1应满足下列关系：
,
其中，F y压为墙底竖直方向压力，F y压=G；G为挡土墙重量；
F x推为墙背水平方向推力，
；
F x抗为墙趾处填土被动土压力，
；
μ为查表确定的墙底摩擦系数；
将上式整理得：
,
根据《建筑边坡工程技术规范GB 50330-2013》，对挡土墙进行抗倾覆验算，挡土墙抗倾覆稳定系数F 2应满足下列关系：
,
其中，MO顺为对O点取弯矩为顺时针的合力矩；
MO逆为对O点取弯矩为逆时针的合力矩；
对上式整理得：
,
式中b为挡土墙的重力力臂；
对上述抗滑移和抗倾覆验算中计算得出的m，取最大值作为抗剪锚杆的排数，设计验算完成。
3.一种用于数据处理的装置，其特征在于，包括有存储器和一个以上程序，所述一个以上程序存储于存储器中，且经配置由一个以上处理器执行所述一个以上程序；所述一个以上程序包含用于进行如权利要求1所述的顺层路堑边坡抗剪锚杆支护与挡墙加固设计方法的指令。
4.一种可读存储介质，其特征在于，其上存储有指令，当所述指令由装置的一个或多个处理器执行时，使得装置执行如权利要求1所述的顺层路堑边坡抗剪锚杆支护与挡墙加固设计方法。
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