預(yù)應(yīng)力錨索加固邊坡的設(shè)計(jì)方法探討

奉策紅（國(guó)網(wǎng)湖南省電力公司長(zhǎng)沙供電分公司，湖南　長(zhǎng)沙　410000）

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預(yù)應(yīng)力錨索加固邊坡的設(shè)計(jì)方法探討

奉策紅（國(guó)網(wǎng)湖南省電力公司長(zhǎng)沙供電分公司，湖南長(zhǎng)沙410000）

近年來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，預(yù)應(yīng)力錨索工藝在建筑行業(yè)中獲得了較為廣泛的應(yīng)用，將預(yù)應(yīng)力錨索應(yīng)用于邊坡加固工程中，可獲得較為良好的效果，在此背景下，本文從單根錨索設(shè)計(jì)錨固荷載、錨索截面積確定等方面，對(duì)預(yù)應(yīng)力錨索加固邊坡設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了詳細(xì)的分析，以供參考。

預(yù)應(yīng)力錨索；邊坡；加固；設(shè)計(jì)方法

1　引言

近年來(lái)，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，國(guó)家加大了對(duì)交通建設(shè)的投資，以高速公路為代表的高等級(jí)公路正在大規(guī)模建設(shè)，但在修筑高速公路過(guò)程中，有關(guān)建設(shè)部門遇到了大量技術(shù)問(wèn)題，公路高邊坡加固為其中的一項(xiàng)主要技術(shù)問(wèn)題。通過(guò)多數(shù)工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)與結(jié)果可知，預(yù)應(yīng)力錨索是一種有效的邊坡加固技術(shù)，可有效解決邊坡加固過(guò)程中出現(xiàn)的技術(shù)問(wèn)題，這就要求對(duì)其進(jìn)行不斷深入的研究與探討，并采取適宜的措施解決其中存在的不足，以促進(jìn)我國(guó)交通與經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

2　單根錨索設(shè)計(jì)錨固荷載及錨索截面積的確定

2.1錨索設(shè)計(jì)錨固荷載

對(duì)于錨固力設(shè)計(jì)，可通過(guò)邊坡不穩(wěn)定力確定［1］，具體如式（1）所示：

式中：Pd-錨索設(shè)計(jì)錨固力；T-邊坡不穩(wěn)定力；φ-滑動(dòng)內(nèi)摩擦角；α-錨索與滑動(dòng)面相交處滑動(dòng)面的傾角；φ-錨固傾角。對(duì)于作用在錨索上的荷載，主要包括土壓力、地震荷載等，針對(duì)此，在進(jìn)行錨索加固設(shè)計(jì)時(shí)，通常只需要對(duì)主要荷載作用進(jìn)行考慮即可。

此外，由錨桿噴射混凝土支護(hù)技術(shù)相關(guān)規(guī)范要求可知，相比于拉力設(shè)計(jì)荷載值，預(yù)應(yīng)力錨索的鎖定值要稍大些，在公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范中的規(guī)定也是相同的。一般情況下，在邊坡抗滑錨索錨固過(guò)程中，通常將拉力設(shè)計(jì)荷載作為鎖定荷載使用。

2.2錨索截面積的確定

通常情況下，預(yù)應(yīng)力鋼絞線截面積可通過(guò)式（2）計(jì)算獲得：

式中：A-錨索體的截面積；k-安全系數(shù)；Fpok-錨索體（鋼絞線）材料破斷標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度（kPa）。此外，在進(jìn)行錨索操作時(shí)，若需要用到超張拉，工作荷載就有可能超過(guò)設(shè)計(jì)荷載值，此情況下，將式中的Pd（設(shè)計(jì)錨固力）用錨索工作錨固力Pω替代即可。

3　錨索錨固段長(zhǎng)度

3.1錨固段長(zhǎng)度主要影響因素分析

對(duì)于錨索系統(tǒng)的承載力，通常由錨索強(qiáng)度、錨索與水泥注漿體粘結(jié)強(qiáng)度、水泥注漿體與錨孔壁巖土體粘結(jié)強(qiáng)度對(duì)其進(jìn)行一定的控制，然后將其最小值作為承載力設(shè)計(jì)值進(jìn)行相關(guān)操作，上述各方面因素均與錨固段長(zhǎng)度存在直接的關(guān)聯(lián)。在確定錨固段長(zhǎng)度時(shí)，可用鋼絞線與注漿體間的握裹力將拉力傳至水泥漿體上，以合理調(diào)動(dòng)水泥漿體與周圍土體之間的摩阻力，從而提供錨固力思路方式。

對(duì)于當(dāng)前錨索破壞形式，主要包括以下幾種［2］：①錨索內(nèi)鋼絞線被拉斷。②錨索與水泥漿體同時(shí)沿著地層孔壁接觸面劃出，從而被破壞。③錨索從水泥注漿體中被拔出。④錨索與巖體同時(shí)成倒錐形被拔出破壞。⑤外錨固系統(tǒng)破壞。

在實(shí)際工程中，后兩種形式破壞情況較為少見(jiàn)，所以錨索系統(tǒng)破壞形式除了鋼絞線拉斷之外，主要出現(xiàn)形式為水泥注漿體與地層孔壁接觸面滑移、錨索從水泥注漿體中拉出兩種。針對(duì)此，在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，需依據(jù)這兩種破壞形式確定合理的錨固段長(zhǎng)度。

3.2錨固段長(zhǎng)度的確定

（1）通常情況下，預(yù)應(yīng)力錨索均采用粘結(jié)性錨固體，所以，對(duì)于地層與注漿體之間的粘結(jié)長(zhǎng)度，可按照式（3）進(jìn)行計(jì)算：

式中：Lr-地層與注漿體間的錨固粘結(jié)長(zhǎng)度（m）；k-安全系數(shù)；Pd-錨固設(shè)計(jì)錨固力（kN）；d-錨固段鉆孔直徑（m）；frb-地層與注漿體間的粘結(jié)強(qiáng)度（kPa）。對(duì)于巖（土）地層粘結(jié)強(qiáng)度，通常需要以試驗(yàn)方式確定。如果沒(méi)有試驗(yàn)資料，可依據(jù)一些經(jīng)驗(yàn)值進(jìn)行確定。

（2）通常情況下，對(duì)于水泥注漿體與錨索體間的粘結(jié)長(zhǎng)度，可通過(guò)公式（4）進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算，具體如下：

式中：Lg-注漿體與錨索體間的錨固粘結(jié)長(zhǎng)度（m）；k-安全系數(shù)；Pd-錨索設(shè)計(jì)錨固力（kN）；dg-鋼紋線或鋼筋的直徑（m）；fb-注漿體與錨索體問(wèn)的粘結(jié)強(qiáng)度（kPa）：n-鋼絞線或鋼筋的根數(shù)。相同的，對(duì)于注漿體與錨索體之間粘結(jié)強(qiáng)度，也需要依據(jù)試驗(yàn)進(jìn)行確定，如果沒(méi)有試驗(yàn)資料，可依據(jù)公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范推薦值進(jìn)行確定。

4　錨索加固的整體設(shè)計(jì)

從實(shí)際情況來(lái)看，預(yù)應(yīng)力錨索體系加固邊坡即為綜合加固方案設(shè)計(jì)，除了之前已經(jīng)設(shè)計(jì)的錨索設(shè)計(jì)錨固力、鋼絞線面積與錨固段長(zhǎng)度，還要明確邊坡斷面結(jié)構(gòu)形式、錨索體系等方面內(nèi)容［3］。

4.1邊坡斷面形式的確定

對(duì)于邊坡斷面形式的確定，其是邊坡加固設(shè)計(jì)中最為基礎(chǔ)的一項(xiàng)環(huán)節(jié)。當(dāng)土質(zhì)路塹邊坡不低于20m時(shí)，地質(zhì)情況通常較為復(fù)雜，如果采用一般的邊坡防護(hù)設(shè)計(jì)，幾乎無(wú)法確保邊坡穩(wěn)定性。同時(shí)，依據(jù)項(xiàng)目相關(guān)規(guī)范要求，如果土質(zhì)路塹邊坡高度不低于20m，應(yīng)先對(duì)邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行一定的計(jì)算分析，之后再確定其坡面形勢(shì)。當(dāng)用地?zé)o限制，并且山丘高度無(wú)法確定時(shí)，可采取放緩邊坡、增加平臺(tái)寬度等卸載方式，以增加邊坡穩(wěn)定性。

4.2錨索體系的布置

在確定錨索間距時(shí)，需要對(duì)地層情況與錨索錨固力大小進(jìn)行詳細(xì)的分析與合理的比較。如果錨索過(guò)于密集，可能會(huì)產(chǎn)生群錨效應(yīng)，進(jìn)而降低錨固力；如果錨索過(guò)于稀疏，則無(wú)法確保邊坡局部或是淺層的穩(wěn)定性。此外，還應(yīng)采用鋼筋混凝土連接每列錨索外錨頭，通過(guò)應(yīng)用此種錨索布置體系，可在整體坡面上形成均勻的受壓面，從而促進(jìn)錨索體系加固作用的充分發(fā)揮。

4.3錨索長(zhǎng)度

錨索總長(zhǎng)度組成因素一般包括錨固段長(zhǎng)度、自由段長(zhǎng)度與張拉段長(zhǎng)度。其中，對(duì)于錨固段長(zhǎng)度的確定，通常按照上述方式進(jìn)行；對(duì)于自由段長(zhǎng)度，需要通過(guò)穩(wěn)定地層截面進(jìn)行相應(yīng)的控制，同時(shí)，自由段需深入滑動(dòng)面以下不超過(guò)1m處，總長(zhǎng)度必須超過(guò)5m；對(duì)于張拉段長(zhǎng)度的確定，需依據(jù)施工所采用的張拉機(jī)具進(jìn)行，通常選取1.5m左右。

4.4錨索的傾角

對(duì)于錨索傾角，應(yīng)當(dāng)以受力最優(yōu)，施工容易且滿足工程造價(jià)需求的方式確定，一般可按照式（5）進(jìn)行計(jì)算確定：

式中：β-最佳錨固傾角（°）；θ-滑動(dòng)面的傾角（°）；φ-滑動(dòng)面內(nèi)摩擦角（°）。

在計(jì)算出最佳錨固角β之后，還需在結(jié)合施工實(shí)際條件與技術(shù)經(jīng)濟(jì)對(duì)比結(jié)果的情況下，對(duì)其進(jìn)行合理的調(diào)整，主要原因在于傾角過(guò)小不利于錨索注漿施工，而傾角過(guò)大則會(huì)導(dǎo)致錨桿提供的錨固力沿滑動(dòng)面方向分力較小，從而導(dǎo)致抵抗滑體滑動(dòng)能力較弱。針對(duì)此，通常需確保其實(shí)際值處于15～35°范圍內(nèi)，該工程中錨索設(shè)計(jì)傾角選取15°。

4.5錨索的構(gòu)造要求與注漿材料

一般情況下，預(yù)應(yīng)力錨索涉及索體、張拉端、錨固端。同時(shí)，對(duì)于錨索內(nèi)錨固段鋼束組，應(yīng)將其組裝成波紋狀 （棗核狀），以充分發(fā)揮鋼絞線與水泥注漿體之間的摩擦力，進(jìn)而在保持設(shè)計(jì)長(zhǎng)度的基礎(chǔ)上，增加錨固力安全儲(chǔ)備。錨索系統(tǒng)中包含的擴(kuò)張環(huán)與箍環(huán)不僅能夠使得鋼絞線形成波紋狀，還可使得鋼絞線處于錨孔中間居中位置。就當(dāng)前情況來(lái)看，預(yù)應(yīng)力錨索大多采用膠結(jié)式內(nèi)錨頭，注漿大多采用孔底注漿法，但需保證注漿壓力大于1MPa，灌注的砂漿也必須要飽滿密實(shí)。此外，內(nèi)錨段體總要求為高強(qiáng)、早強(qiáng)、微膨脹、可灌性良好，并且不會(huì)對(duì)鋼絞線產(chǎn)生銹蝕作用。

5　結(jié)束語(yǔ)

總而言之，通過(guò)預(yù)應(yīng)力錨索對(duì)邊坡進(jìn)行加固，具備作業(yè)速度快、工程量小、安全可靠等方面特征，且其還能夠較好的適應(yīng)各種地形與地質(zhì)條件，在邊坡加固中具有顯著的優(yōu)勢(shì)，從而充分發(fā)揮其經(jīng)濟(jì)效益，促進(jìn)我國(guó)建筑行業(yè)的迅速發(fā)展。

［1］譚彬建，俞 敏，息 飏，等.桂柳高速公路邊坡預(yù)應(yīng)力錨索加固方案設(shè)計(jì)［J］.探礦工程：巖土鉆掘工程，2010（37）：73～77.

［2］杜西崗，馬志創(chuàng)，李明東.預(yù)應(yīng)力錨桿在邊坡加固工程中的應(yīng)用［J］.山西建筑，2010（36）：105～106.

［3］余 鋒，梁 浩.壓力分散型預(yù)應(yīng)力錨索加固邊坡的設(shè)計(jì)與施工［J］.中華建設(shè)，2012（08）：268～269.

奉策紅（1984-），男，國(guó)家一級(jí)注冊(cè)結(jié)構(gòu)工程師，全國(guó)注冊(cè)咨詢工程師（投資）。

U416.1+4

A

2095-2066（2016）14-0094-02

2016-5-1