6.8.1 在岩石边坡整体稳定的条件下,岩石边坡的开挖坡度允许值,应根据当地经验按工程类比的原则,参照本地区已有稳定边坡的坡度值加以确定。
6.8.2 当整体稳定的软质岩边坡高度小于12m,硬质岩边坡高度小于15m时,边坡开挖时可进行构造处理(图6.8.2-1、图6.8. 2-2)。
图6.8.2-1 边坡顶部支护
1—崩塌体;2—岩石边坡顶部裂隙;3—锚杆;4—破裂面
图6.8.2-2 整体稳定边坡支护
1—土层;2—横向连系梁;3—支护锚杆;4—面板;5—防护锚杆;6—岩石
6.8.3 对单结构面外倾边坡作用在支挡结构上的推力,可根据楔体平衡法进行计算,并应考虑结构面填充物的性质及其浸水后的变化。具有两组或多组结构面的交线倾向于临空面的边坡,可采用棱形体分割法计算棱体的下滑力。
6.8.4 岩石锚杆挡土结构设计,应符合下列规定(图6.8.4):
图6.8.4 锚杆体系支挡结构
1—压顶梁;2—土层;3—立柱及面板;4—岩石;5—岩石锚杆;
6—立柱嵌入岩体;7—顶撑锚杆;8—护面;9—面板;10—立柱(竖柱);
11—土体;12—土坡顶部;13—土坡坡脚;14—剖面图;15—平面图
1. 岩石锚杆挡土结构的荷载,宜采用主动土压力乘以1.1~1.2的增大系数;
2. 挡板计算时,其荷载的取值可考虑支承挡板的两立柱间土体的卸荷拱作用;
3. 立柱端部应嵌入稳定岩层内,并应根据端部的实际情况假定为固定支承或铰支承,当立柱插入岩层中的深度大于3倍立柱长边时,可按固定支承计算;
4. 岩石锚杆应与立柱牢固连接,并应验算连接处立柱的抗剪切强度。
6.8.5 岩石锚杆的构造应符合下列规定:
1. 岩石锚杆由锚固段和非锚固段组成。锚固段应嵌入稳定的基岩中,嵌入基岩深度应大于40倍锚杆筋体直径,且不得小于3倍锚杆的孔径。非锚固段的主筋必须进行防护处理。
2. 作支护用的岩石锚杆,锚杆孔径不宜小于100mm;作防护用的锚杆,其孔径可小于100mm,但不应小于60mm。
3. 岩石锚杆的间距,不应小于锚杆孔径的6倍。
4. 岩石锚杆与水平面的夹角宜为15°~25°。
5. 锚杆筋体宜采用热轧带肋钢筋,水泥砂浆强度不宜低于25MPa,细石混凝土强度不宜低于C25。
6.8.6 岩石锚杆锚固段的抗拔承载力,应按照本规范附录M的试验方法经现场原位试验确定。对于永久性锚杆的初步设计或对于临时性锚杆的施工阶段设计,可按下式计算:
Rt=ξƒurhr(6.8.6)
式中:Rt——锚杆抗拔承载力特征值(kN);
ξ——经验系数,对于永久性锚杆取0.8,对于临时性锚杆取1.0;
ƒ——砂浆与岩石间的粘结强度特征值(kPa),由试验确定,当缺乏试验资料时,可按表6.8.6取用;
ur——锚杆的周长(m);
hr——锚杆锚固段嵌入岩层中的长度(m),当长度超过13倍锚杆直径时,按13倍直径计算。
表6.8.6 砂浆与岩石间的粘结强度特征值(MPa)
注:水泥砂浆强度为30MPa或细石混凝土强度等级为C30。
条文说明
6.8 岩石边坡与岩石锚杆挡墙
6.8.2 整体稳定边坡,原始地应力释放后回弹较快,在现场很难测量到横向推力。但在高切削的岩石边坡上,很容易发现边坡顶部的拉伸裂隙,其深度约为边坡高度的0.2倍~0.3倍,离开边坡顶部边缘一定距离后便很快消失,说明边坡顶部确实有拉应力存在。这一点从二维光弹试验中也得到了证明。从光弹试验中也证明了边坡的坡脚,存在着压应力与剪切应力,对岩石边坡来说,岩石本身具有较高的抗压与抗剪切强度,所以岩石边坡的破坏,都是从顶部垮塌开始的。因此对于整体结构边坡的支护,应注意加强顶部的支护结构。
图25 整体稳定边坡顶部裂隙
1—压顶梁:2—连系梁及牛腿;3—构造锚杆;4—坡顶裂隙分布
边坡的顶部裂隙比较发育,必须采用强有力的锚杆进行支护,在顶部0.2h~0.3h高度处,至少布置一排结构锚杆,锚杆的横向间距不应大于3m,长度不应小于6m。结构锚杆直径不宜小于130mm,钢筋不宜小于3 22。其余部分为防止风化剥落,可采用锚杆进行构造防护。防护锚杆的孔径宜采用50mm~100mm,锚杆长度宜采用2m~4m,锚杆的间距宜采用1.5m~2.0m。
6.8.3 单结构面外倾边坡的横推力较大,主要原因是结构面的抗剪强度一般较低。在工程实践中,单结构面外倾边坡的横推力,通常采用楔形体平面课题进行计算。
对于具有两组或多组结构面形成的下滑棱柱体,其下滑力通常采用棱形体分割法进行计算。现举例如下:
1. 已知:新开挖的岩石边坡的坡角为80°。边坡上存在着两组结构面(如图26所示):结构面1走向AC,与边坡顶部边缘线CD的夹角为75°,其倾角β1=70°;其结构面2走向AD,与边坡顶部边缘线DC的夹角为40°,其倾角β2=43°。即两结构面走向线的夹角α为65°。AE点的距离为3m。经试验两个结构面上的内摩擦角均为φ=15.6°,其黏聚力近于0。岩石的重度为24kN/m3。
(a)棱形体透视图 (b)棱形体示意图
图26 具有两组结构面的下滑棱柱体示意
1—裂隙走向;2—棱线
2. 棱线AV与两结构面走向线间的平面夹角α1及α2。可采用下列计算式进行计算:
cotα1=tanβ1/(sinαtanβ2)+cotα
cotα2=tanβ2/(sinαtanβ1)+cotα
从而通过计算得出α1=15°,α2=50°。
3. 进而计算出棱线AV的倾角,即沿着棱线方向上结构面的视倾角β′
tanβ′=tanβ1sinα1
计算得:β′=35.5°
4. 用AVE平面将下滑棱柱体分割成两个块体。计算获得两个滑块的重力为:ω1=31kN,ω2=139kN;
棱柱体总重为ω=ω1+ω2=170kN。
5. 对两个块体的重力分解成垂直与平行于结构面的分力:
N1=ω1cosβ1=10.6kN
T1=ω1sinβ1=29.1kN
N2=ω2cosβ2=101.7kN
T2=ω2sinβ2=94.8kN
6. 再将平行于结构面的下滑力分解成垂直与平行于棱线的分力:
tanθ1=tan(90°-α1)cosβ1=1.28 θ1=52°
tanθ2=tan(90-α2)cosβ2=0.61 θ2=32°
Ts1=T1cosθ1=18kN
Ts2=T2cosθ2=80kN
7 棱柱体总的下滑力:Ts=Ts1+Ts2=98kN
两结构面上的摩阻力:
Ft=(N1+N2)tanφ=(10.6+101.7)tan15.6°=31kN
作用在支挡结构上推力:T=Ts-Ft=67kN。
6.8.4 岩石锚杆挡土结构,是一种新型挡土结构体系,对支挡高大土质边坡很有成效。岩石锚杆挡土结构的位移很小,支挡的土体不可能达到极限状态,当按主动土压力理论计算土压力时,必须乘以一个增大系数。
岩石锚杆挡土结构是通过立柱或竖桩将土压力传递给锚杆,再由锚杆将土压力传递给稳定的岩体,达到支挡的目的。立柱间的挡板是一种维护结构,其作用是挡住两立柱间的土体,使其不掉下来。因存在着卸荷拱作用,两立柱间的土体作用在挡土板的土压力是不大的,有些支挡结构没有设置挡板也能安全支挡边坡。
岩石锚杆挡土结构的立柱必须嵌入稳定的岩体中,一般的嵌入深度为立柱断面尺寸的3倍。当所支挡的主体位于高度较大的陡崖边坡的顶部时,可有两种处理办法:
1. 将立柱延伸到坡脚,为了增强立柱的稳定性,可在陡崖的适当部位增设一定数量的锚杆。
2. 将立柱在具有一定承载能力的陡崖顶部截断,在立柱底部增设锚杆,以承受立柱底部的横推力及部分竖向力。
6.8.5 本条为锚杆的构造要求,现说明如下:
1. 锚杆宜优先采用热轧带肋的钢筋作主筋,是因为在建筑工程中所用的锚杆大多不使用机械锚头,在很多情况下主筋也不允许设置弯钩,为增加主筋与混凝土的握裹力作出的规定。
2. 大量的试验研究表明,岩石锚杆在15倍~20倍锚杆直径以深的部位已没有锚固力分布,只有锚杆顶部周围的岩体出现破坏后,锚固力才会向深部延伸。当岩石锚杆的嵌岩深度小于3倍锚杆的孔径时,其抗拔力较低,不能采用本规范式(6.8.6)进行抗拔承载力计算。
3. 锚杆的施工质量对锚杆抗拔力的影响很大,在施工中必须将钻孔清洗干净,孔壁不允许有泥膜存在。锚杆的施工还应满足有关施工验收规范的规定。