混凝土框格式生态护坡在库区边坡上应用及计算方法武如锐

混凝土框格式生态护坡在库区边坡上应用及计算方法武如锐

武如锐1杨妮2

安康市水利水电勘测设计院陕西省安康市725000

摘要：混凝土框格生态护坡是一种将混凝土的防护功能和生态美化功能相结合起来的一种技术。具有兼顾防洪保安、水土保持、美化环境、增加景观等优点。可解决护砌工程劣化生态环境的问题，并且具有恢复和保护自然水环境的功能。本文将结合某堤防工程实例，简要分析框格生态护坡在库区边坡防治上的适用性和计算方法。

关键词：库区；生态护坡；锚杆；混凝土框格；计算方法

1前言

上个世纪人们对水利防治主要以安全可靠为主导原则，对环保等理念认识不足，并且科学技术发展的滞后，因此国内河道多采用硬性材料的挡墙型式和护岸型式进行边坡防护（如浆砌石挡墙、混凝土挡墙、浆砌石护岸等），这种型式在河道狭窄，流速较大的河道具有较好的防冲刷性，并且浆砌石的取材具有便宜性等因素，造成人们的惯性思维，对于河道和库区均采用这种硬性材料进行防护。实际上浆砌石等硬性材料挡墙和护岸对两岸的自然生态具有破坏性和隔离性。

随着社会的发展和进步，人与自然和谐等理念逐渐深入人心，各类水利防护、河道库区整治逐渐由以功能性为主，变为既能保证功能又能兼顾人与自然和谐相处的多功能模式。库区因为面积广、容量大、流速较小，水流对两岸冲刷不大，其主要的危害在于水位频繁变化，容易造成两岸坡面的崩塌、滑坡等危害。因此库区两岸的防治完全可以采用柔性护岸进行防护。以下由工程实例来分析混凝土框格生态护坡在工程中的应用及计算。

2工程概况

紫阳县和平安置点位于安康电站库区汉江上游左岸，其高程位于设计洪水位以上，不存在洪水淹没问题。但受安康水库水位消落、浸泡影响，在汉江及支流洪水的双重夹击下，存在库岸局部出现滑塌、掉块等安全隐患，且库岸环境较差，影响城镇环境。

根据地质提供的资料，本工程区工程地质主要为：水库冲积淤泥质粉砂、粉土层，坡洪积含砾碎石土，含碳泥质板岩。安置点天然库岸坡比1:1～1:2.2之间变化，陡峭处为基岩，缓坡处为坡洪积含砾碎石土。按照“原坡修整、顺坡防护、防止塌岸、改善环境”的防护原则进行设计。混凝土框格式生态护坡是以混凝土框格为骨架，以框格内填充植草砖为主体的生态护坡。护坡具有很强的抗压性，植草砖之间互相咬合具有很好的稳定性，同时植草的根部生长在砖下，不会被损坏，植草砖样式和颜色多变，具有较高的美化度。因此本工程采用混凝土框格式生态护坡进行防护，对于破碎基岩坡面处，框格梁采用锚杆锚固型式防护，锚固点布置在骨架梁交叉处。

3计算方法

混凝土框格式生态护坡护坡计算主要为⑴框格式骨架的抗滑稳定计算。⑵对于岩坡采用锚杆锚固的框格的锚杆计算。⑶斜坡式护岸整体抗滑稳定计算。⑷框格式混凝土梁结构及配筋计算。

⑴混凝土框格式骨架的稳定计算

式中：L—锚固段长度(m)；fmg—锚固段注浆体与地层间极限粘结强度标准值（MPa）；fms—锚固段注浆体与筋体间极限粘结强度标准值（MPa）；D,d—锚杆锚固段钻孔直径（mm）,钢筋直径（mm）；K—锚杆段注浆与底层间的粘结抗拔安全系数；ε—采用2根或2根以上钢筋时，界面粘结强度降低系数，取0.7～0.85；ψ—锚固段长度对极限粘结强度的影响系数；n—钢筋或钢绞线根数。

⑶斜坡式护岸整体抗滑稳定计算

对于斜坡式护岸的整体抗滑稳定计算，可以采用瑞典圆弧法，简化毕肖普法等进行计算。具体公式可根据《堤防工程设计规范》（GB50286-2013）和《水利水电工程边坡设计规范》（SL386-2007）。以上公式采用手算编辑时还是比较麻烦，推荐采用加拿大RocScience公司的Slide边坡稳定分析软件进行计算。软件功能全面，操作简单，支持CAD底图建模，用户可直观进行分析计算。计算时由CAD建模的图导入Slide软件，然后定义各种地质及施工材料的参数，可设置加筋体（如材料的容重、粘聚力、内摩擦角等），软件中可以加入渗流分析，把库区的设计洪水流量和洪水过程线加载入软件进行护岸的整体稳定分析计算。

⑷框格式混凝土梁结构及配筋计算

锚杆混凝土框格梁，相关规范并未有详细的计算方法，目前市面上计算方法多种。有的计算模型和实际不符；有的按《建筑边坡工程技术规范》中锚杆（索）挡墙形式进行计算，但计算工程中将斜坡等同于同高度的直立坡考虑，忽略坡体对土体水平力分布的影响，显得过于保守；有的按建筑结构中的井字梁形式进行设计，这种计算的假定条件是荷载的最大差值不宜超过10%，在边坡工程中很难达到。比较接进实际的为倒置梁法和winkler理论弹性地基梁法，这两种方法各有优劣：倒置梁法，模型简单，算法简单，模型建立在绝对刚性梁这种情况，因此计算结果比较保守；winkler理论假设沉降只发生在基地范围，没有考虑地基土体连续性，忽略土体中的剪应力作用，对于底部为坚硬岩石地基，表层覆盖一薄软土层，计算结果比较接近实际情况，对于密实土层地基或整体岩石地基，将会引起较大误差。

对于规模较小工程可采用模型简单、算法简单的倒置梁法进行框格梁的弯矩和剪力计算。在计算简图上可以进一步简化为连续梁。假设每一个框架交叉处为支座，支座的处的锚固力可等同于集中拉力F,梁上的自重和土重可以等同于均布荷载q,然后按弯矩分配法或查表计算出框架梁的内力，最后根据内力结果进行框格梁的配筋计算。

4结语

本文对混凝土框格生态护坡在库区的适用性进行了探讨，并着重对锚杆式混凝土框格梁的的锚杆、混凝土框格梁以及整体稳定的计算方法分别进行了描述。框格梁的计算方法采用模型相对简单的倒置梁法，实际本方法假设梁绝对刚性，实际工程框格梁绝非刚性梁，并且它忽略了框架梁在巨大锚固力作用下产生的变形，和随之引起的底部反力的不均匀分布，而使设计相对保守。对于规模较小的工程可直接采用计算，对于规模较大的工程初步设计可采用，后期应采用考虑水平作用的Winkler法进行优化设计。

参考文献：

[1]《岩土锚杆与喷射混凝土支护工程技术规范》GB50086-2015.

[2]《水利水电工程边坡设计规范》SL386-2007.

[3]《堤防工程设计规范》GB50286-2013.

[4]刘岩锚杆挡墙边坡支护设计中格构梁的计算方法探讨《建筑科学》2012.

[5]张霞预应力锚杆格构梁的改进计算方法研究及优化设计研究《青岛理工大学》2011.

[6]陈群彭钦帮李建刚框格梁锚杆边坡防护计算方法的探讨《公路交通科技(应用技术版)》2009.