预应力锚索桩板墙计算研究_龙丽芳

文章编号 1004-6410(2009)01-0035-04

预应力锚索桩板墙计算研究

龙丽芳1,2,黄柳云3,李海民4,李丽芬4,黄世斌3

(11广西大学土木建筑工程学院,广西南宁 530004;21柳州市市政工程有限责任公司,广西柳州 545005;31广西工学院土木建筑工程系,广西柳州 545006;41柳州欧维姆工程有限责任公司,广西柳州 545005)

摘 要:预应力锚索桩板墙是一种/桩-板-锚0共同作用的新型支挡结构。通过对预应力锚索桩板墙的侧向土压力、挡土桩板内力、桩嵌固深度、预应力锚索的设计锚固力、锚索长度、倾角等的计算理论和计算公式进行了系统介绍,为今后公路建设中的预应力锚索桩板墙设计提供了参考和借鉴。关 键 词:预应力; 锚索; 桩板墙; 设计中图分类号:T U 457 文献标识码:A

收稿日期:2008-12-13作者简介:龙丽芳(1976-),女,湖南邵阳人,柳州市政工程有限责任公司工程师,广西大学在读研究生。

0 前言

预应力锚索桩板墙是近二十年来应用于陡坡高路堤的一种轻型支挡结构,其作用原理为路基的侧向土压力作用于挡土板和桩,挡土板的作用力传递给桩,再由桩将部分作用力传递给预应力锚索,由预应力锚索

和桩与岩土体之间的锚固力形成平衡状态,达到路基的稳定和安全[1]。这种桩-锚-板式路堤挡土结构受力明确,结构合理,技术经济效益十分显著。相比较于一般的重力式挡土墙和锚索抗滑桩,预应力锚索桩板墙是一种新型支挡结构,到目前为止,尚无成熟的计算理论,特别是对于多层预应力锚索的桩板墙结构,可供查阅资料很少,对于工程计算,虽然有相关论文介绍,但基本上着重于施工方面,关于设计计算的内容虽有所介绍,但不够系统,本文将从工程角度出发,对预应力锚索桩板墙的侧向土压力、挡土桩板内力、桩嵌固深度、预应力锚索的设计锚固力、锚索长度、倾角等的简化计算进行系统介绍,为今后公路建设中的预应力锚索桩板墙计算提供一些参考。

1 预应力锚索桩板墙设计与计算的内容

111 侧向土压力计算

墙背土压力按库伦土压力计算。预应力锚索桩板墙支挡结构由于锚索的作用,限制了桩、板及填土的位移,使作用于桩、板上的土压力即不是库伦主动土压力又不是静止土压力,而是介于两者之间的某一数值,故需对主动土压力进行一定的修正,桩体承受的侧向土压力应按主动土压力的112~114倍计算[2]。因挡土板后岩土存在/拱效应0,故挡土板承受的侧向土压力不考虑放大系数。

112 桩(肋柱)内力计算

桩底支承应结合地层情况和嵌入深度选用固结或铰支或自由的锚固方式。锚固点以上的挡墙结构将滑坡推力和土压力的最不利者作为计算荷载。作用于桩的荷载宽度按其左右相邻桩之间距离的一半计算。桩可看作一端固结或铰支,另一端自由,锚索为铰支座的超静定连续梁。内力有两种算法,一种是按静力学方法进行计算,一种是考虑变形协调的弹性计算方法。按静力学计算方法相对简单,考虑变形协调的弹性计算相对复杂许多,在工程计算上可采用静力学方法计算在一定程度上的安全储备。锚固点以下的桩内力,应根据锚固点处的弯矩、剪力和地基的弹性抗力采用M 法或K 法[3]进行计算。

第20卷 第1期 广西工学院学报 Vol 120 No 11

2009年3月 JOU RN AL O F GU AN GXI U NI VERSIT Y O F T ECHNO LOG Y M ar 12009

113 挡土板内力计算[4,5

]

图1 视挡土板为简支梁内力计算图式

挡土板可按以桩为支点的简支板计算,如图1,其计算跨度为净跨加板的两端搭接长度。计算荷载取沿板的宽度采用与其相应土压力图示中的最大值,按均布荷载计算,确定内力,进行配筋。挡土板的搭接长度不宜小于100mm ,现浇挡土板的厚度一般不宜小于200m m.114 桩嵌固深度计算

在路堑工程中,由于是逆作法施工开挖,嵌固深度通常可根据工序用静力平衡法或等值梁法来计算。而对于路堤填方工程,上述两种方法显然不甚适合,则可参考抗滑桩的计算,先假定桩的嵌固深度,根据

M 法或K 法计算桩身的变位和内力,检查地面处桩的水平位移(不宜

大于10mm)和桩底的侧壁横向压应力,若横向压应力大于地层的横向容许承载力,应增加桩的埋深和桩的截面积,直至满足地层的横向容许承载力和地面处桩的水平位移容许值为止[2,3]。115 预应力锚索的计算

11511 设计锚固力P t

P t =N ak =

H tk cos A

式中:N ak -锚索轴向拉力标准值(kN);H tk -锚索所受水平拉力标准值(kN);A -锚索倾角(b ).

由于桩和挡土板承担了部分荷载,故预应力锚索桩板墙的锚索设计锚固力取值与单纯的预应力锚索的设计锚固力取值不同,可不考虑乘荷载分项系数(一般取113).表1 锚固钢材容许荷载

项目

永久性锚固

临时性锚固

设计荷载作用时P a [016P u 或0175P y P a [0165P u 或018P y 张拉预应力时P a [017P u 或0185P y P a [017P u 或0185P y 预应力锁定中

P a [018P u 或019P y

P a [018P u 或019P y

注:P u 为极限张拉荷载(kN),P y 为屈服荷载(kN)

设计锚固力P t 应小于容许锚固力P a ,容许荷载应满足表11

11512 锚固段设计 预应力锚固体系按其锚固段的受力状态来分类:有拉力型、压力型和荷载分散型三类,荷载分散型又分为拉力分散型、压力分散型和拉压分散型。传统加固边坡所采用的预应力锚固体系

多为拉力型锚索体系,虽然这种预应力锚固体系工艺相对简单,但因其锚固段应力分布不均匀,故此受力特性决定了它无法提供大吨位锚固力以及不适应复杂地层的局限性。而压力分散型预应力锚固体系是指锚索的拉力通过无粘结钢绞线分别传递到按一定间距设置的数个承载体上,以承压方式作用于锚固体,并与各承载段锚固体表面的粘结摩阻力相平衡的锚索形式。与拉力型锚索相比,它的锚固效果更好、经济效益更佳,且受力机理合理,应用范围更广,也代表了锚索加固体系的一个新发展方向。在采用预应力锚索对边坡处治的方案优化过程中,压力分散型锚固方法是可供选择的一个重要方案。

图2 压力分散型锚索结构及水泥砂浆与孔壁间剪应力分布示意图

(1)锚固段长度L 通常根据工程类比法或现场基本试验确定,其理论计算按下列公式计算:根据锚固体与孔壁的抗剪强度确定的锚固段长度:

L =

K 1#P t K 2#P #d h #S

式中:K 1-锚固段安全系数,按表2取值;d h -锚固体(钻孔)直径(m);S -锚孔壁与注浆体之间的粘结强

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广西工学院学报 第20卷