預(yù)應(yīng)力錨桿框格梁設(shè)計(jì)施工中的問題

(昆明理工大學(xué)建筑工程學(xué)院，云南 昆明 650500)

近幾年，隨著我國西南山區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，邊坡支護(hù)問題已成為國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)問題。針對該問題，國內(nèi)外新興了一種輕型支護(hù)結(jié)構(gòu)-預(yù)應(yīng)力錨桿框格梁，該結(jié)構(gòu)巧妙利用基層巖體自身強(qiáng)度來加固邊坡土體，克服了重力式擋墻支護(hù)高度受限、笨重、穩(wěn)定性差、造價(jià)高等缺點(diǎn)，在高邊坡支護(hù)工程中發(fā)揮了極大的作用[1]。但對于該類支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與施工正處于邊研究、邊應(yīng)用的階段，沒有統(tǒng)一完整的設(shè)計(jì)施工方法，在應(yīng)用過程中出現(xiàn)了不少問題，本文以預(yù)應(yīng)力錨桿框格梁的加固機(jī)理為基礎(chǔ)，分析預(yù)應(yīng)力錨桿框格梁在設(shè)計(jì)和施工中存在的問題。

1 預(yù)應(yīng)力錨桿框格梁加固機(jī)理

預(yù)應(yīng)力錨桿框格梁是由框格梁和預(yù)應(yīng)力錨桿復(fù)合構(gòu)成的輕型柔性支護(hù)結(jié)構(gòu)，框格梁錨固在邊坡穩(wěn)定巖土上，當(dāng)坡面沿著破裂面開始下滑時(shí)，錨桿將承受拉應(yīng)力，并將該力傳遞給框格梁，框格梁受力后，主動箍住邊坡表層巖體，減緩表層巖土的破壞和變形。相比單獨(dú)使用預(yù)應(yīng)力錨桿加固，框格梁起到錨墩的作用，分散錨桿的集中應(yīng)力，除此之外，框格內(nèi)還可以進(jìn)行綠化，通過植被防護(hù)減緩雨水對坡面的沖刷，起到減緩坡面巖體分化侵蝕的作用。

2 設(shè)計(jì)施工中關(guān)鍵問題分析

2.1 施工中的問題

1）安全系數(shù)的確定 邊坡設(shè)計(jì)人員往往將邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)誤認(rèn)為圓弧滑動面上的抗滑力與滑移力的比值，將安全系數(shù)片面的理解為邊坡穩(wěn)定的力學(xué)平衡條件。但是根據(jù)規(guī)范要求，如果要準(zhǔn)確分析邊坡整體穩(wěn)定性，則既要找出所有滿足力學(xué)平衡條件，又要合理的滿足規(guī)范規(guī)定的安全系數(shù)解集。邊坡穩(wěn)定性驗(yàn)算時(shí)，圓弧滑動面上抗滑力與滑移力的比值不應(yīng)小于規(guī)范所規(guī)定的安全系數(shù)，否則應(yīng)對邊坡支護(hù)方式重新設(shè)計(jì)[2]。

2）錨固力的確定 根據(jù)預(yù)應(yīng)力錨桿框格梁加固機(jī)理，設(shè)計(jì)的錨桿為拉力型錨桿，根據(jù)規(guī)范[3]錨固力一般用下面公式確定

式中：P1為錨固力；L1為錨固段長度；f為單位錨固段長度提供的摩擦力；k為安全系數(shù)。

式(1)可以理解為：設(shè)計(jì)人員在錨固力的計(jì)算過程中，一般認(rèn)為錨桿上的應(yīng)力是均勻分布的，與錨固段長度成正比。但實(shí)際上錨固段的應(yīng)力分布是非線性的，應(yīng)力主要集中在錨固段頂端，成拋物線沿端部遞減。因此，在計(jì)算錨固力時(shí)，若安全系數(shù)選取不當(dāng)，錨固段頂端可能會出現(xiàn)剪應(yīng)力大于極限錨固力，導(dǎo)致錨固段由頂端向尾端逐步破壞，最終造成錨桿失效。

3）錨桿長度的確定 在錨桿設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)員一般會在保持錨桿總長度不變的情況下，有意識的加長錨固段的長度，潛意識的認(rèn)為錨固段長度越長錨固力越大。因此在部分錨桿支護(hù)工程中常常會存在錨桿自由段設(shè)計(jì)過短的情況，導(dǎo)致部分錨固段處于滑裂面主動區(qū)內(nèi)，如圖1所示。當(dāng)邊坡開挖時(shí)，坡壁在主動土壓力作用下會產(chǎn)生變形，主動區(qū)內(nèi)的錨固段粘結(jié)力會逐漸減少甚至轉(zhuǎn)變?yōu)榉捶较虻呢?fù)粘結(jié)力，使得有效錨固長度減小，削弱了錨固效果。

圖1 錨固段偏長

從圖2中可看出，錨桿錨固段上的粘結(jié)應(yīng)力是非線性分布的，從錨固段頂端逐漸向尾端端減少。當(dāng)張拉荷載較小時(shí)，僅上部錨固段發(fā)揮作用，下部不發(fā)揮作用；隨著荷載的增加，粘結(jié)應(yīng)力峰值逐漸向下端轉(zhuǎn)移，由此可知，并不是錨固段的全長都得以調(diào)用，主要發(fā)生在錨固段前段，當(dāng)錨固段長超過某值(與土性有關(guān))后，長度的增加對錨桿承載力的提高就非常有限了[4]。

圖2 錨固段抗拔力分布示意圖

2.2 設(shè)計(jì)中的問題

1）邊坡修坡和錨桿定位問題 框格梁整體是否美觀、受力是否均勻與邊坡修坡和錨桿定位有著密切的關(guān)系。因?yàn)樾奁虏黄秸筒荒鼙ＷC梁柱在一個(gè)平面；錨桿定位不精確，就不能保證梁柱形成的交點(diǎn)恰好在錨桿的位置。在邊坡支護(hù)過程中，必須保證這兩步要同時(shí)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，否者將導(dǎo)致框格梁扭曲變形，部分錨桿將并非處于交點(diǎn)上，這樣將導(dǎo)致框格梁在各個(gè)節(jié)點(diǎn)上受力不均。

2）錨桿注漿 通常錨桿注漿方式通常有兩種：一次常壓注漿和二次高壓注漿。一次常壓注漿是指將注漿管連同桿體一起下入孔底，在常壓（一般0.5MPa左右）下，漿液由孔底注入，邊注漿邊拔出注漿管，待孔口溢出漿液后即停止灌漿。一般認(rèn)為一次灌漿時(shí)所施加的預(yù)應(yīng)力僅僅是錨固段提供的摩擦力P1,但實(shí)際情況中還存在自由段的粘結(jié)力P2和水泥漿體的支撐力σ?；瑒訋Щ顒訒r(shí),若設(shè)計(jì)者未考慮錨桿P2和σ的存在，表面上達(dá)到設(shè)計(jì)施工要求的錨索可能會存在安全隱患。一次灌漿法是將錨桿自由段和錨固段一次灌注連接起來形成連續(xù)的剛性水泥體，如圖3所示，錨桿上的預(yù)應(yīng)力是3個(gè)分力的總和P＝P1+P2+σ。

圖3 錨索抗拔力分布示意圖

二次高壓注漿是指在下錨的同時(shí)下兩條注漿管，一條預(yù)埋花管（預(yù)留小孔，并用膠帶封閉），另一條在錨固段灌注水泥沙漿（采取孔底灌漿）后拔出。待漿體達(dá)到絮凝狀態(tài)后，再通過預(yù)埋花管進(jìn)行高壓（＞2.5MPa）劈裂注水泥凈漿，使?jié){體擠入周圍土體，增加土體對錨固段的法向應(yīng)力。在進(jìn)行二次灌漿時(shí)，預(yù)埋花管的密封問題十分重要，若封閉不嚴(yán)，管外漿液可能會進(jìn)入花管，二次注漿就無法進(jìn)行；如果密封太牢固，漿液可能無法沖破膠帶。

3 結(jié) 論

框架預(yù)應(yīng)力錨桿支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工中存在的一些問題，主要結(jié)論如下。

1）錨桿的設(shè)計(jì)不但要滿足力學(xué)平衡條件，還要對邊坡整體穩(wěn)定進(jìn)行分析。

2）錨桿錨固段的粘結(jié)應(yīng)力分布是不均勻的，從錨固段頂端逐漸向底端減少。若按錨固段的粘結(jié)應(yīng)力是均勻分布來計(jì)算，頂端可能會出現(xiàn)剪應(yīng)力大于極限粘結(jié)力的情況。

3）預(yù)應(yīng)力錨桿的設(shè)計(jì)不能盲目的加長錨固段長度，因?yàn)檫吰禄瑒訁^(qū)內(nèi)的錨固段會產(chǎn)生負(fù)粘結(jié)力，從而影響錨固效果。

4）預(yù)應(yīng)力錨桿框格梁結(jié)構(gòu)的施工過程中，首先應(yīng)將坡面修平整，然后錨桿定位要準(zhǔn)確。

5）若錨桿注漿采用一次注漿法，則在預(yù)應(yīng)力施加時(shí)，張拉表上反映所施加的預(yù)應(yīng)力并非僅僅是錨固段所提供的抗拔力；若錨桿注漿采用二次注漿法，應(yīng)注意預(yù)埋花管的密封問題。

[參考文獻(xiàn)]

[1]牛希順，秦國剛.框架式錨桿擋墻施工工法(YJGF06-1998)[J].施工技術(shù)，2001，30(5)：37-39.

[2]中華人民共和國建設(shè)部.建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2002.

[3]冶金工業(yè)部.錨桿噴射混凝土支護(hù)技術(shù)規(guī)范[M].北京：國家計(jì)委基本建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)定額局，1985.

[4]譚文烜.深基坑支護(hù)中土層錨桿設(shè)計(jì)與施工的幾個(gè)問題探討[J].廣州建筑，2003，(4)：310-311.