路基高边坡预应力锚索加固技术

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文章编号:1009-6825(2013)06-0134-02

谈路基高边坡预应力锚索加固技术

收稿日期:2012-12-22作者简介:唐忠国(1981-),男,在读工程硕士,工程师;

严世涛(1986-),男,硕士

唐忠国

1,2

严世涛

2

(1.广西大学土木建筑工程学院,广西南宁530004;

2.广西交通投资集团崇左高速公路运营有限公司,广西崇左532200)

要:介绍了预应力锚索加固技术,与传统方法中的抗滑桩进行了对比,展现了预应力锚索加固技术的优越性,同时,以南方某

隧道工程实例验证了该技术处治高边坡的效果。关键词:预应力锚索,滑坡,加固中图分类号:U416.14

文献标识码:A

0引言

滑坡是高边坡最主要的病害之一,暴雨季节雨水侵入高边坡

土体或发生地震扰动时,土体会沿天然滑动面或破裂面突然滑下,威胁到人民群众的生命安全,造成严重经济损失。

治理滑坡最常见的方法是使用抗滑桩,抗滑桩适用于浅层和中厚层的滑坡,是一种抗滑处理的主要措施,在治理滑坡的实践中得到了广泛应用。它的优点在于施工工期较短,开挖及混凝土工程量均较小,且一般不会使得原有地质条件恶化。它的抗滑作用主要是利用稳定地层的锚固作用和被动抗力来平衡滑坡推力,其抗滑机理体现于桩、滑体、滑床三者间相互协调的工作中,简言之,就是利用抗滑桩插入滑动面以下的稳定地层对桩的抗力平衡滑动体的推力,增加其稳定性。当滑坡体下滑时受到抗滑桩的阻抗,使桩前滑体达到稳定状态。

由抗滑桩的工作机理可以知道,在支挡滑坡的过程中,抗滑桩主要承担的侧向力属于因坡体发生位移后而被动承受的荷载作用,只能消极、被动的阻止边坡继续滑动,因此,抗滑桩往往被

称为“被动桩”[1]

。同时,对于石质边坡施工时挖孔须爆破,对滑体扰动大,应受到一定限制。与被动桩机理不同,预应力锚索[2]

为岩体、断层等软弱带提供主动支护,在工程实践上应用广泛,常见以锚索支护为主,辅以

锚杆、锚索梁、锚索桩板墙、护面墙等措施的综合治理方案[3]

。其锚索的预应力荷载可达30t 1500t ,长度达5m 80m ,在受力特点上优于其他被动支护的锚固手段。

1路基高陡边坡锚固技术研究现状

预应力锚索通常由内外锚头及锚索体构成,内锚头嵌固于坚

实岩层中,外锚头与岩体表面锚固,由外锚头施加的预应力通过锚索体及内锚头传荷到坚实岩层中。锚索体中嵌入坚实岩层中的部分称为锚固段,穿过被加固岩体的部分被称为自由段。通过灌浆,锚固段与坚实岩层结成整体。按锚固段传递荷载的方式,灌浆型预应力锚索分为三类:摩擦型预应力锚索、支承型预应力锚索及复合型预应力锚索。

其荷载传递机理如图1所示。

预应力锚索支护的作用机制比较复杂,预锚参数的确定要综合考虑支护条件、侧土压力、基坑开挖条件及岩体变形等多方面因素的影响,通过现场加载及监控试验而发掘其规律显得比较困难。

李宁[4]

考虑了锚索模拟中刚度贡献问题,提出了能够对锚索张拉、锁定、回灌等工序进行全过程仿真的新型锚索单元及其数值模拟方法。

周永江等人[5]对预应力锚索的预应力损失机理进行了研究。

陈安敏等人[6]

通过模型试验,讨论了预应力锚索长度及预应

力值对加固效果的影响。

徐前卫

[7]

提出了一种能够模拟预应力的三维数值方法,研究

了在预应力的作用下锚索和岩体的受力变形特征及其影响因素

之间的关系,并对预应力锚索的锚固效果及其作用机理做了深入分析。

图1灌浆型锚索荷载传递方式

摩擦型锚杆支承型锚杆摩擦—支承型锚杆

拉力

拉力

拉力

尽管目前国内外学者对预应力锚索的作用机理及预锚参数的确定方法做了大量的研究工作,但依然未能提出一种高效实用的系统方法,因此,目前预应力锚索的设计参数的选择主要通过工程实践类比以及经验法。

2预应力锚索加固技术与传统抗滑桩的比较

预应力锚索加固滑坡及高边坡工程的效果,已经被许多工程

实践证实是有效的。与传统抗滑桩相比较,预应力锚索加固技术主要有以下优点:

1)预应力锚索力学性能好,应用范围广。

传统抗滑桩是通过锚固后稳定岩(土)体与桩体之间的桩周摩擦力以及抗拔力形成抗滑力,以抵抗滑坡的下滑推力,意味着只有在边坡发生下滑的时候,抗滑桩才进入受力状态,降低了支挡的可靠性;而预应力锚索不同于一般的抗滑桩的最大特点在于,它能主动提供预应力荷载,而不是当被加固岩体发生滑动时才发挥作用。通过注浆使锚索与被加固岩体形成整体,预先施加预应力,限制坡体的变形,受力较为可靠。由于预应力锚索最长可达到80m ,其对深层岩体的支护效果大大优于传统抗滑桩(一般最长为20m )。

2)预应力锚索可进行方便的动态设计。

由于边坡地质情况的勘探一般无法完全满足设计的要求,往往会带来设计依据不准确或者设计条件不足的问题。而预应力锚索及其组合结构通过增减锚索数量、

调整锚固深度、改变张拉力或制定组合方案等方式,使得动态设计变得简单易行。

·

431·第39卷第6期2013年2月

山西

建筑

SHANXI

ARCHITECTURE

Vol.39No.6Feb.2013

3)用预应力锚索锚固高边坡,对坡体施加了主动土压力,减少了山体过大变形,可以有效地减少紧靠坡体的建筑物所受的侧

向土压力。在施工过程中,预应力锚索工艺施工干扰较小,能最大限度的降低对岩体的扰动,避免二次病害的发生。综上所述,对于高边坡加固、滑坡处理等工程,采用预应力锚索替代传统抗滑桩,将被动受力支护转变为主动施加预应力荷载进行支护,具有受力可靠、节约投资、预防深层破坏的优势,并可设计成预应力锚索框架梁等形式多样的轻型支护结构,在施工上还兼有施工方便、安全可靠、效益高等优点。

3路基高边坡加固工程实例3.1

工程概况

南方某隧道地处低山丘陵地带,隧道工程为一明挖式隧道,线路以挖方为主,两侧边坡最大高度约为35m ;边坡在开挖过程中产生轻微滑动,后期设计采用预应力锚索桩板墙方式进行边坡治理。

3.2主要设计参数

本锚索采用压力分散型锚索,分A 型(35m )和B 型(25m )两

种锚索。锚固段锚入坚实岩层中,

由两个单元锚索组成,每个单元含2根无粘结钢绞线。钢绞线直径为15.24mm ,强度1860MPa 的

高强度低松弛无粘结钢绞线;锚索孔直径为130mm ,水平倾角为20ʎ;锚索垫板采用厚20mm ,长ˑ宽为250mm ˑ250mm 的Q235钢板。

3.3高边坡处理效果

为加强对高边坡滑坡的监测,故在隧道侧壁埋设土压力盒,

来实时监控滑坡动态。在墙身高0,

1/4H ,1/2H ,H 处布设土压力盒,并实时观测锚索应力变化;南方整个雨季监测土压力变化曲

线见图2。

图2隧道侧壁土压力变化曲线

土压力/M P a

0.200.18

0.16

0.140.120.100.080.060.040.020.00

8.24

8.319.79.149.219.28

10.5

10.1210.1910.26

11.211.911.1611.23

11.3012.7

日期/月.日

■■■■■

▲▲

▲▲▲▲■

■■■

■×

×

×

×××××××H =0处土压力

H =1/4处土压力

×

H =1/2处土压力H =1处土压力

南方整个雨季锚索应力变化曲线如图3所示。

由图2土压力变化曲线可以得出,在这个雨季过程中,土压力开始有所增加,后期趋于稳定,被动土压力在这个过程中增加较小,可见滑坡后期发育基本结束。由图3可以看出,预应力锚索应力开始时损失较大,到后期趋于稳定,说明锚索在前期的滑坡加固上发挥了作用。

图3锚索应力变化曲线

锚索应力/k N

350300250200150100500

8.24

8.319.79.149.21

9.2810.510.1210.1910.2611.211.911.1611.23

11.3012.7

日期/月.日

■■

■■■■■由监测数据分析可见,采用预应力锚索板墙加固边坡,对侧

向建筑物的被动土压力较小,采用预应力锚索锚固高边坡,对坡体施加的主动土压力,减少了山体过大变形,可以有效地减少紧靠坡体的建筑物所受的侧向土压力;同时可以发现,锚索发挥了巨大的锚固作用。整个雨季监测数据显示采用预应力锚索板墙治理的滑坡具有良好的效果。

4结语

1)本文通过预应力锚索加固技术与传统边坡加固技术的比

较,认为因地制宜地采用预应力锚索以及由其与桩、格构梁等结合的多种支挡结构,可以有效地节省投资、缩短工期,并达到安全可靠的目的。

2)预应力锚索作为高危边坡加固的一种有效措施,在各种边坡工程建设中得到了广泛的应用。但目前尚未形成系统的设计方法,迫切需要广大科研工作者对其真实的受力性能和工作机理,进行更深入的研究和探讨,以期在安全的基础上,提出一套完善的设计计算理论体系,以达到经济合理的目的。参考文献:

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531·第39卷第6期2013年2月

唐忠国等:谈路基高边坡预应力锚索加固技术

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