預(yù)應(yīng)力錨索邊仰坡加固設(shè)計(jì)探討

房海勃

摘?要：預(yù)應(yīng)力錨索技術(shù)作為一種新型邊仰坡加固技術(shù)，具有技術(shù)先進(jìn)，經(jīng)濟(jì)合理、安全可靠等特點(diǎn)，因此，在我國高速公路建設(shè)中被廣泛應(yīng)用。在此情況下本文從預(yù)應(yīng)力錨索加固原理、錨索設(shè)計(jì)參數(shù)確定等方面，對(duì)預(yù)應(yīng)力錨索加固邊仰坡設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了詳細(xì)分析，以供參考。

關(guān)鍵詞：邊仰坡;預(yù)應(yīng)力錨索;加固設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：U416.14文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1 概述

隨著國家交通發(fā)展戰(zhàn)略不斷推進(jìn)，我國高速公路的建設(shè)也在不斷增加。隧道工程作為交通系統(tǒng)的重要組成部分，是確保高速公路安全運(yùn)行的重要因素。[1]但隧道進(jìn)出口段往往由于地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造等原因造成隧道洞口邊仰坡的穩(wěn)定性問題日益凸顯。為了確保公路隧道邊仰坡的穩(wěn)定性，隧道洞口邊仰坡采取有效的加固措施。

目前，研究隧道邊仰坡的加固問題主要采用錨桿或錨索加固邊仰坡時(shí)，解決邊仰坡穩(wěn)定性的問題及預(yù)應(yīng)力錨索用于加固邊坡的機(jī)理和方法。一般對(duì)隧道邊仰坡穩(wěn)定性進(jìn)行分析，存在問題較多;抗滑樁支護(hù)多用于隧道邊仰坡錨固，人工開挖時(shí)對(duì)巖體擾動(dòng)大，變形大，導(dǎo)致巖體加固效果不理想，最終會(huì)產(chǎn)生失穩(wěn)。[2]因此，隧道邊仰坡采用預(yù)應(yīng)力錨索加固越來越廣泛應(yīng)用。

2 預(yù)應(yīng)力錨索的加固分析

巖土體邊仰坡加固采用預(yù)應(yīng)力錨索有顯著的優(yōu)越性。預(yù)應(yīng)力錨索結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是最大限度地利用巖土介質(zhì)的內(nèi)在強(qiáng)度和潛力，加強(qiáng)自承和自穩(wěn)能力，主動(dòng)加載用以改善工程結(jié)構(gòu)的應(yīng)力狀態(tài)，提高受加固體的強(qiáng)度。[3]預(yù)應(yīng)力錨固不僅改變了邊坡的復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)，而且使邊坡巖土體的整體穩(wěn)定性和抗剪強(qiáng)度得到提高，因此起到了加固邊坡的效果?；瑒?dòng)面上的應(yīng)力分布以及穩(wěn)定狀態(tài)在錨固力作用下直接得到了改善，如圖1所示。

Pl 為預(yù)應(yīng)力錨索的錨固力增加的抗滑阻力增量，由計(jì)算得出[4]

Pl=Pwtanφ+Pm=Pd[sin（α+β）tanφ+cos（α+β）]（1）

τ=σ+σtgφ（2）

可以看出，通過滑動(dòng)面上產(chǎn)生抗滑阻力Pm，和滑動(dòng)面上的正應(yīng)力Pm來提高滑裂面間的抗滑摩擦阻力。從而使被加固邊仰坡的穩(wěn)定性得到改善，阻止巖土體層的剪切破壞，是預(yù)應(yīng)力錨索加固方法的主要力學(xué)作用。與其它支護(hù)措施相比有許多優(yōu)勢(shì)。增加了邊坡巖體的整體強(qiáng)度和滑動(dòng)面上的抗滑摩阻力，實(shí)現(xiàn)了邊仰坡加固的目的。

3 預(yù)應(yīng)力錨索加固邊仰坡設(shè)計(jì)

3.1 預(yù)應(yīng)力錨索加固設(shè)計(jì)流程

錨索的錨固材料，整體長(zhǎng)度、錨固長(zhǎng)度、最大錨固力大小等是錨索設(shè)計(jì)的關(guān)鍵因素。錨索的加固設(shè)計(jì)應(yīng)考慮：（1）結(jié)合滑坡破壞幾率采用隨機(jī)搜索的方法確定最危險(xiǎn)滑動(dòng)面;（2）按照規(guī)范和試驗(yàn)數(shù)據(jù)確定滑動(dòng)面巖體的抗剪強(qiáng)度;（3）利用最優(yōu)決策分析原理確定錨索優(yōu)化設(shè)計(jì)參數(shù)。其中包括錨索與水平面的傾角、錨索的極限抗拔力、錨固長(zhǎng)度和錨索間距。其設(shè)計(jì)流程如圖2所示。

3.2 錨索傾角

一般情況錨固效果比較好是將錨索布置與邊坡滑動(dòng)面垂直，在實(shí)際巖土體邊坡工程中，錨索支護(hù)會(huì)產(chǎn)生垂直分布力，這會(huì)大大減少錨索相應(yīng)的水平支撐力，所以設(shè)計(jì)的錨索傾角一般小于45°。

3.3 錨索錨固力

利用預(yù)應(yīng)力錨索加固邊坡時(shí)，錨索支護(hù)產(chǎn)生了許多復(fù)雜的應(yīng)力，其中最主要的有沿滑動(dòng)面產(chǎn)生了向上的抗滑阻力，及沿滑動(dòng)面方向產(chǎn)生的法向阻力。設(shè)計(jì)錨固力Pt：

Pt=Fλsin（α+β）tanφ+cos（α+β）（3）

錨索的間距是由錨固半徑、錨固段長(zhǎng)度及錨桿的極限抗拔力設(shè)計(jì)值等多種因素共同決定的。錨索要達(dá)到錨固力設(shè)計(jì)值所需的錨筋與錨固砂漿間的錨固長(zhǎng)度：

LgKNgπndgqg（4）

3.4 錨索長(zhǎng)度

根據(jù)預(yù)應(yīng)力錨索額結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及作用的不同，錨索的主體結(jié)構(gòu)可分為錨固段、自由段以及外錨固段三部分，所以預(yù)應(yīng)力錨索長(zhǎng)度為內(nèi)錨固段長(zhǎng)度、錨索自然段長(zhǎng)度、外錨固段長(zhǎng)度之和。

4 結(jié)論

通過對(duì)預(yù)應(yīng)力錨索對(duì)邊仰坡加固的分析，提出了在目前工程中最安全且最有效的一種加固仰坡方法—預(yù)應(yīng)力錨索加固，同時(shí)總結(jié)預(yù)應(yīng)力錨索傾角、錨固力、長(zhǎng)度主要參數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算理論。該方法能充分地發(fā)揮巖土體的自承能力，節(jié)省工程材料，減少支護(hù)結(jié)構(gòu)的重量;其次是利用錨索支護(hù)能形成較大的坡度，可以減少土方開挖，有利于環(huán)保節(jié)能;能夠大大降低造價(jià)。在邊坡加固中具有顯著的優(yōu)勢(shì)，對(duì)類似工程具有一定借鑒價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

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