預應力錨索框格梁系統(tǒng)加固邊坡加固效應及設計建議

巖土工程 2013-05-2111:10:5416.98%（鄭筱彥16.98%）預應力錨索框格梁體系加固邊坡加固效應及設計建議技術(shù)部鄭筱彥摘要：以某高速公路采用預應力框格梁加固高邊坡為研究對象，對其開挖穩(wěn)定性進行了計算分析，對設計的壓力分散型錨索加固體系進行了加固后穩(wěn)定性評價。采用FLAC3D計算軟件建立了三維數(shù)值計算模型，分別對開挖不支護情況和邊開挖邊支護情況進行了計算，將計算結(jié)果與極限平衡法計算結(jié)果進行對比，對預應力框格梁體系的加固效應進行了分析，定量的評價了框格梁體系整體加固效應的穩(wěn)定性安全系數(shù)提高值。同時，對各級錨桿、預應力錨桿及壓力分散型錨索框格梁體系縱梁彎矩進行了分析，提出了設計建議。關(guān)鍵詞：框格梁；高邊坡；加固效應；數(shù)值計算；FLAC3D1前言預應力錨索主動加固巖土工程，具有技術(shù)先進、經(jīng)濟合理、安全可靠等諸多優(yōu)點，已在國內(nèi)外各類工程高邊坡治理中廣泛使用[1~3]。與被動支擋措施不同，預應力錨索框格梁體系加固作為一種主動加固方式，能夠提高巖體的整體性和內(nèi)在抗力，形成三維應力平衡，既能主動改善巖土的應力狀態(tài)，提高巖體力學性能，間接提高巖土抗剪強度，也能有效控制巖體有害變形，保持巖體穩(wěn)定[4,5]。目前對于預應力框格梁體系研究多集中于對框格梁受力的研究，采用數(shù)值模擬分析整體加固效果的較少，更缺乏對其影響的定量評價。且對于預應力框格梁體系的研究多以單跨或連續(xù)地基梁理論進行分析，該方法不能綜合框格梁縱橫梁相互影響以及地基土摩擦力的影響[6,7]。本文以某高速公路右側(cè)高邊坡為例，建立了預應力框格梁加固邊坡的計算模型，采用FLAC3D軟件對其整體加固效應進行了三維數(shù)值模擬，對預應力錨索框格梁受力的分析。2邊坡穩(wěn)定性分析與設計方案2.1工程概況場區(qū)位于山坡鞍部，山坡較為陡峻，地形起伏較大，山上植被發(fā)育，山下為魚塘及果樹種植地，地形稍為平坦。地貌上屬于剝蝕丘陵單元。揭露地層分為4類：（1）亞粘土：黃褐色，稍濕，硬塑；（2）亞粘土：淺灰、褐黃色，濕，硬塑；（3）基巖；泥盆紀老虎頭組石英砂巖，根據(jù)鉆探資料揭露有全風化、強風化和弱風化巖帶；（4）燕山期花崗巖。按巖石的風化程度，根據(jù)鉆孔資料揭示，揭露有強風化和弱風化巖帶。該邊坡坡頂有高壓線塔，限制了放坡高度，該邊坡設置為7級邊坡，坡率根據(jù)地質(zhì)條件和邊坡高度而定，平臺寬度均為2m。2.2邊坡極限平衡法穩(wěn)定性分析根據(jù)極限平衡條分法計算相似試驗邊坡的安全系數(shù)，得到該邊坡在不設置加固措施的條件下，采用安全系數(shù)為1.056。該安全系數(shù)小于規(guī)范規(guī)定的1.2的安全系數(shù)要求。因此，必須對該邊坡進行加固處理。圖1加固前邊坡條分法安全系數(shù)計算簡圖2.3邊坡加固方式設計與加固后穩(wěn)定性校核根據(jù)“強腰固腳”的設計原則，在滿足邊坡整體安全系數(shù)達到設計要求的前提下，控制上部殘坡積層及全風化層與強風化巖層界面不出現(xiàn)局部滑動。由于邊坡巖體石英砂巖巖體結(jié)構(gòu)破碎，因此采用了壓力分散型錨索，同時采用框格梁體系連接壓力分散型錨索錨頭，形成整體以取得更好的加固效果。設置加固方式見下圖2。具體設計參數(shù)如下：一級坡高10m，采用8.0m全長粘結(jié)錨桿加固，Ⅱ級鋼筋，直徑φ25；二級坡高10m采用預應力錨桿格子梁加固，錨桿長16.0m，桿體材料為φ32精軋螺紋鋼，施加預應力250kN；三、四級坡高10m，采用壓力分散型預應力錨索框格梁加固，地梁間距3.5m，4φj15.24鋼絞線，施加預應力500kN。三級錨索長25m，錨固段10m。四級錨索長28m，錨固段10m；五級坡高10m，采用全長粘結(jié)型錨桿加固，桿長8.0m，間距2.5m，φ25Ⅱ級鋼筋；六級坡高10m，TBS植草防護；七級坡高5.6m，采用三維網(wǎng)植草防護。框格梁體系示意圖與照片見圖4。姑圖拖3個第坑6社標械段未K2駕4+澤68迷0蟲右側(cè)耐高邊呆坡防牙護牌設計監(jiān)剖面僚圖陳圖塊4姥框格調(diào)梁邀體系犁示意挪圖與承照片駝采用國極限友平衡寨法界（屯Bi卸sh范o鵲p永法）野對按級照件圖奇3脖加固逐方式爪施工體的邊沒坡穩(wěn)委定性們進行俯分析群，得懷到其咱安全溪系數(shù)仆為能1.芬38瞞1孟，見丟圖雀5刑。臂可見丙，按宋照設甘計進淋行加佛固，約能夠湊滿足起規(guī)范忌規(guī)定御的安賽全系附數(shù)要源求。底圖洪5柳加固炎后邊勤坡的頌極限壤條分眠法安助全系禽數(shù)計丸算簡其圖拳3奇預應票力藝框格炭梁加鏡固體渴系的涼數(shù)值蕉建模季為了硬真實及的蘋模擬蔑預應翻力錨憶索與浮框格菌梁體纏系的鏟作用名、錨淘索框敢格梁鈔體系冬與邊柴坡土拾體的己相互耐作用典以及騎錨索江縱橫既梁之伸間的宮相互屆作用勺。建池立了韻原型印邊坡責的揮三維順模型墨。穗按照申實際塊的巖堤土情裁況、戚預應完力錨殿索參沸數(shù)及虜入射忽角以仇及錨章索縱和橫梁蜻參數(shù)妹建立疤模型哥進行賊計算離。金巖體建本構(gòu)貍模型鑰采販用紗Mo賣hr宋-C費ol痰um靜b煤彈塑規(guī)性模拉型立?？蚓d格梁全采用脂樁單堪元勞(p枝il差e客)交進行稀模擬嚇，礙其好慎處在闊于采期用該疾單元涌可以竿考慮寨框格失梁底代部摩謠擦力忽對變凈形和恒應力貌的影航響。艱對于題原型澆邊坡買采用池的壓哨力分刪散型慘預應歡力錨優(yōu)索、圍錨桿市均采荷用錨點索單狡元進昨行模置擬，綢不同隔的加龜固體榜在參糖數(shù)設嫂置和撓邊界市條件待上有鼻所不僑同餃。驕3津.1聲漸模型情建立慮與息網(wǎng)格維劃分管根據(jù)擠地形巡以及伴工程直地質(zhì)掩情況褲，由美于該湖邊坡鐵頂部教已接必近山骨體頂旅部，頓數(shù)值騾模擬始取值歉山坡吧坡頂匹，由鉆于開境挖量奧較大菜，開副挖卸勺荷造且成底貿(mào)部回探彈影庫響較串大，旦模型斬試驗有取至梯坡腳扒以下城30海m枝處，綠模型莖總高棚度播10坡2禿m要，長歌度還19曬0銹m億，占根據(jù)伏對稱觸性取絮一徒根縱饒梁，料按間榜距誰3.指5m冰，綱取橫朝梁旗1/察2栽建立爐模型錦。模那型節(jié)慘點數(shù)型量亡36瀉79蜻0藥，單渾元數(shù)直量述28透77繡2養(yǎng)，著網(wǎng)格嚼劃分孔如圖米6王。該榜邊坡濃第一恭級為低錨桿農(nóng)框格白梁、斬第二旨級為禿預應堅力錨哪桿框家格梁較體系軋、預斃應力綿錨索沒框格鑄梁體扔系傭結(jié)構(gòu)交單元智節(jié)點貧圖如歡圖欺6慨。本川模型衛(wèi)實體倒單元終的約晝束情皂況為斃左右洋兩側(cè)旅施加三側(cè)羞向約哈束，賀模型劍前后迎兩側(cè)栗施加館前后富方向蓋向約議束，慶下側(cè)息施加梢上下尖方向老約束說，拘頂部朝自由盈。疊3延.2叨預應扛力錨獵索框痛格梁且體系冠的模犁擬陳（慶1日）錨膽索（艷桿）維模擬倉錨桿匠和錨且索采撥用錨桿索單維元宜（蹤Ca悶bl湯e教）來陳模擬去，該盟結(jié)構(gòu)蹄單元累不考氣慮彎辣矩作企用，恢不能轟反映跌錨索包的巖寺栓作態(tài)用，耽單元哪節(jié)點胖自由脾度只爽有必3雜個。罰錨索解單元霜為一例維理賤想彈經(jīng)塑性預模型劑，采談用節(jié)仰點與掙實體唐之間京的彈連簧粉+六滑動是單元倆，見聲圖盲7貿(mào)。吃全長本粘結(jié)莊型錨奸桿采折用一熟般的授錨索跪結(jié)構(gòu)色單元岡并設覽置一勾定的裹參數(shù)杯進行氣模擬羽；壓滿力分還散型憲預應輪力錨呆索雖勉然設螞計指然定了刷錨固披段長豈度，田但實轟際上秋錨索悲與巖蓬體產(chǎn)寬生作刊用是號靠錨苗固端樂頂部聯(lián)的鋼感質(zhì)承準載板過，鋼齒絞線絞為無風粘結(jié)周鋼絞匠線，暗與砂服漿之蓋間粘丙結(jié)可亦忽略洞。因辛而，柏將錨貞墩與勞承載單板之刪間的默錨索田體均哨采用篩自由蒼段的率處理叼方法幕，將池其與鎖實體盒單元葡之間卵作用北的砂搜漿粘臘聚力鋤參數(shù)肺、砂蓋漿剛錦度參鳥數(shù)和放砂漿泥摩擦宿角參塑數(shù)設逝為村0路即可偶。承隔載板輸一端鋤采用尼將其和節(jié)點填與實脊體單樹元固歉接，商限制忌其豪6鉤個自派由度汪進行師模擬準，計益算精泥度可瀉以滿干足研妙究的丸需要水；預怨應力旁錨桿闊分為您錨固書段和懼自由膝段，化錨固女段與轉(zhuǎn)一般偏全長他粘結(jié)礙型錨學索的弊模擬鐘方式充相同魯，而遼自由廢段的聯(lián)模擬夜是將清砂漿蒼粘聚協(xié)力參箏數(shù)、兼砂漿舉剛度卵參數(shù)新和砂扒漿摩栽擦角篇參數(shù)弱設叛為完0畫進行傍模擬灶。漲圖盒6授數(shù)值粒模擬建網(wǎng)格景劃分帥圖令圖葵7讓錨索六單元趕與實耕體單崇元作誤用示勵意圖厭（淡2窮）框痰格梁遣的模爹擬肌框格萄梁采說用樁蜻單元收（慘Pi碎l碰e悟）進要行模煤擬，陵與錨善索單細元不陳同的翼是，填樁單撞元可爪以考鞏慮彎扭矩，絮單元饒節(jié)點付包鳴含墳6稼個自貍由度敗。樁濱單元親節(jié)點紐與實重體單雪元的盡連接牢不但咬包含希錨索滲單元燭的摩撇擦作定用，案還能權(quán)承受餐地基蘇反力賽荷載蘿，因傷而樁暮單元鐘可以幫用來方模擬體巖栓釘。而制且，繳與梁屯單元字相比撒，樁鬧單元葬可以間考慮者基底翅摩擦鑒力，慎使得揭計算執(zhí)結(jié)果耐更為辟準確臥。實貪際建冊模過斧程中界，采址用先修建立吉框格費梁體后系，巖再建注錨索烘（桿塊）加尼固體米，最凈后將豎兩者拔節(jié)點屠相連昏的方鐵法。豬3炸.晝3桃施工暮開挖粘過程綠模擬院方法臉原型鮮邊坡伏開挖辮與支津護是認交互重進行古的，需原則拿上開嘩挖一蠶級支爆護一均級。瓦實際懇開挖聾與支偽護情猛況如兼下。虎第一遣次開買挖案5搶、唇6者、勺7活級，睛之后難開始塘鉆孔追施作左第藥5目級錨蘆桿，滴再施效作地蠟梁；蠅第二酷次開轟挖怎第大4帖級，胸施作屬第酒4肉級壓堂力分烏散型剝錨索佳，再沸施作闖地梁勺，最肥后等僚地梁莊達到凝強度襯要求繁后施谷加預母應力賤；第膊三次艙開挖示第掏3禽級，卷與第抄二次券施工刃步驟綿相同允；第批四次烏開挖曲第趨2局級，姑施作施錨桿劃及框掌格梁賣，施駛加預救應力瘋，第替五次文開挖臥第攜1抱級，譜施作掩錨桿泊和框睜格梁訂。每胞次開郊挖完曲成至旦錨索陪（桿遍）框?qū)俑窳洪T體系帽發(fā)揮議作用雀前，揉邊坡城均發(fā)妥生了互一段陳時間咐的變誼形，難通舒過室FL型AC天-3運D斑的運順算步呆進行以簡單寶的模舒擬，睛即每綢次開穗挖后適，運憐算一蛛定的峰步數(shù)廚后再諷施加箏錨索筆（桿稠）框雹格梁您。倚3尊.4憑篩模型雷參數(shù)述選取律模型蘆參數(shù)文選取佛包括彎巖砍土體槽力學欠參數(shù)僑、錨精索北（桿兩）兇參數(shù)柔和框殲格梁畏參數(shù)論的選飲取蠶。臨見泛表事1當、升表閣2站。雁表榜1敬巖體門參數(shù)回選取刪值量地層壇巖性早容重蓋/k灰N缺/m科3慚粘聚降力秧c丑/P靈a急內(nèi)摩鄉(xiāng)擦角謠/°弱泊松宮比涂彈性雖模量昌/P叛a添全蠻-飄強風撓化午石英咽雜砂庸巖兔22酒.0業(yè)4.棉0e腰4旱28斷0.貫35凱4.吸5e氏8足弱風搶化蛾石英刻雜砂蛾巖式24嶼.痰5讀5.在0e花4溝32追0.尊2克8裙6.喜0e游8鄭強風礙化花祥崗巖禮23體.5銜4.祥0e益4站30哭0.屑3香1.煮0e桃9蝦弱風傷化花養(yǎng)崗巖絕25沾.傭0殊1.遮0e除5債40塞0.釘2寬1.半6e瞧9草表枕2至數(shù)值隸計算踏中錨梅桿、忽錨索方相關(guān)雷參數(shù)瞞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