錨桿的優(yōu)化設計

總第128期西部探礦工程series No.1282006年第12期WEST-CHINA EXPLORATION ENGINEERINGDec. 2006文章編號:1004--5716(2006)12- -0025- -02中圖分類(lèi)號:TD 854.7文獻標識碼:A錨桿的優(yōu)化設計王巍,張家生(中南大學(xué)土建院,湖南長(cháng)沙410075)摘要:根據錨桿在邊坡加固中的主動(dòng)加因機理,分別討論了考慮錨固段、自由段及同時(shí)考慮自由段和錨固段時(shí)錨桿的最優(yōu)方位角和最優(yōu)錨固長(cháng)度的確定方法。結合工程實(shí)例，介紹了它們的確定過(guò)程。從現場(chǎng)反饋回來(lái)的信息以及分析表明，該設計方法較為合理，可供設計單位參考。關(guān)鍵詞:錨桿;加囤;最優(yōu);方位角;錨固長(cháng)度! 概述錨固技術(shù)加固巖體從被動(dòng)地阻止巖體再變形再破壞轉向主動(dòng)地利用巖體本身去加固巖體，是- -種 主動(dòng)加固方法。錨桿加固巖體在工程中已被廣泛應用,尤其是在高陡邊坡加固中,錨桿以pP其使用靈活、加固深度大、能充分發(fā)揮巖土自身的強度、施工中不破壞原有邊坡的整體性、占用空間少、見(jiàn)效快和造價(jià)低等特點(diǎn)顯ka示了其極大的優(yōu)越性。由于巖土工程的施工.大量的自然邊坡和人工邊坡需要加固處理,因此為了獲得良好的加固效果,降低技圖1錨桿加固滑坡示意圖術(shù)成本.必須充分發(fā)揮錨桿的加固作用。而錨桿安設的方位角及錨固長(cháng)度對加固力的大小與經(jīng)濟效益有很大影響，所以在邊坡P=P.tanq+ P, =P[sin(a+β)anφ+cos(a+β)](1)加固設計與施工中受到了充分重視。本文介紹的優(yōu)化設計方法式中:P - -增加的抗滑阻力增量;對提高經(jīng)濟效益有著(zhù)重要的意義,采用本設計方法一般能減少P.--- 錨桿設計預應力值;總投資的8%~ 12%。P---P沿滑動(dòng)面的法向分力;2錨桿的加固機理.P,沿滑動(dòng)面的切向分力;錨桿加固邊坡就是將錨桿插人預先鉆好的孔內,-端固定滑動(dòng)面傾角;在滑動(dòng)面或潛在滑動(dòng)面以?xún)鹊姆€定巖體中,另-端固定在坡面錨桿與水平方向的夾角;上,然后通過(guò)預張拉對錨桿施加預應力。錨桿使巖體直接受到人φ一滑動(dòng)面的內摩擦角。為施加的外力作用,從而使不穩定滑體處于較高圍壓的雙向應由上式可知,錯桿-方面可直接在滑動(dòng)面上產(chǎn)生抗滑阻力;力狀態(tài),滑坡的整體性就得到了加強,變形受到約束,巖土體的力另 -方面通過(guò)增大滑動(dòng)面上的正應力來(lái)增大抗滑摩阻力?？傊?，學(xué)性質(zhì)也相應得到了改善,研究表明,軟弱面上的抗剪強度指標錨桿是從改善不穩定滑體的應力狀態(tài)、提高邊坡巖體的整體性(C、p)-般可提高16%和11%;再就是錨桿的加固力直接改變和增加滑動(dòng)面上的抗滑阻力來(lái)加固邊坡的。了滑動(dòng)面上的受力狀態(tài)(如圖1所示)。3最優(yōu)方位角和最優(yōu)錨固長(cháng)度的確定由于錨桿的加固所增加的抗滑阻力增量P為:眾所周知,錨固角主要影響錨桿長(cháng)度的確定,在確定錨固角錄入速度;制，比如圖框、里程等;(2)當層號相同，而巖.土名稱(chēng)不一至時(shí);在數檢時(shí)不應選擇(3)在項目建立過(guò)程中,如果已經(jīng)打開(kāi)其它項目,這時(shí)建立新“巖性是否統-”進(jìn)行數檢;否則會(huì )出現數檢不通過(guò);項目,則在數據輸人操作中會(huì )出現沒(méi)有此數據表的現象;(3)此軟件支持層號重疊和層號混排情況。但如果要進(jìn)行(4)在圖表中的鉆孔柱狀圖，如果分層較多時(shí),會(huì )造成特征描數據統計，則會(huì )在統計時(shí)出現錯誤:述丟失;(1)允許用戶(hù)自己建立圖例。但須對AutoCAD較熟。(5)在室內測試資料和標準貫入試驗資料中,如果出現巖、土5存在問(wèn)題樣或標準貫人試驗剛好在分層界線(xiàn)上時(shí),資料匯總會(huì )出現錯誤。(1)本軟件與-些打印機驅動(dòng)程序不兼容;比如在出圖時(shí)與6 結束語(yǔ)EPSON MJ]1500K的打印機驅動(dòng)程序不兼容,經(jīng)常會(huì )造成死機;行處理可以提高工作效(2)高版本的理正工程地質(zhì)勘察CAD在土層數據輸人過(guò)程率,保中國煤化工致，為資料的長(cháng)期保存中不能一行進(jìn)行復制;并且高版本中對一些實(shí)用功能進(jìn)行了限提供可:TYHCNMHG.Dec. 2006 .西部探礦工程26No, 12時(shí),應對不同錯固角所提供的最大抗滑力與最少投資-并考慮。為 -寬30m的鞍形地帶,以上橫坡變陡,坡角65°左右,地層總體錨桿方位角的確定主要依賴(lài)于滑動(dòng)面或可能滑動(dòng)的滑動(dòng)面產(chǎn)傾向西北,傾角20°~35°,極不穩定。路槽以上為強風(fēng)化泥質(zhì)粉狀、粗糙程度及其力學(xué)性質(zhì),所以設計和施工前應做必要的現場(chǎng)砂巖 ,巖體極破碎,幾乎呈棋盤(pán)狀。巖質(zhì)極軟, 90%的巖石手即可調查和理論分析,以便查明滑動(dòng)面的產(chǎn)狀及其相關(guān)性質(zhì)。掰斷。K38+953~K39 +023段巖體呈強-全風(fēng)化狀?？v橫裂3.1 僅考慮錨固段時(shí)隙發(fā)育,特別是發(fā)育了大量隱蔽節理。將巖體完全分割成10cm錨桿提供的抗滑力為(1)式，將(1)式對(a+R)求導,并令其左右小塊狀。 巖體本身鳳化特別嚴重，強度極低。為0,得到a+β= p,此時(shí)錨桿可獲得最大抗滑力T物mx為:4.2滑動(dòng)面基本參數工滑動(dòng)面的綜合指標取值為C= 18. 6MPa,q=15.7°,安全系Tho= cosp數取值為Fs= 1.15,每單位沿米下滑力為976. 183kN。即β= φ-a時(shí)錨桿可獲得最大的抗滑力。4.3治理措施3.2 僅考慮自由段時(shí)采用錨桿加固該邊坡。共采用錨桿180根錨桿?？紤]到坡由(1)式可知:要獲得最大抗滑力的最優(yōu)錨固角為:β=φ-a。面巖層破碎,采用井字形錨座。錨固長(cháng)度、鉆孔直徑.每根錨桿承但是.此時(shí)錨桿長(cháng)度最大。為獲得最經(jīng)濟鋪固角,聯(lián)合求解下式，受的荷載見(jiàn)表1.錨桿的平面布置如圖2所示。并令F(a+b)=p/L,取F(a+β)極大值即可。| max[ P(a+β) = P'sin(a+β)tanφ+P' cos(a+β)] .表1錨固長(cháng)度及最優(yōu)錨圊角表I min(L,)= L'/sin(a+β)坡段最優(yōu)角(°) 最優(yōu)長(cháng)度(m) 實(shí)取長(cháng)度(m)承載力(kN)由上式可解得最優(yōu)錨固角為:一、二級坡34.8.761200u≈其+罷-a(3)三、四級坡27.57. 821000五級坡256. 68003.3同時(shí)考慮錨固段和自 由段時(shí)由理論分析可知:15+2k+1-。(4)式中:k錨桿的錨固段長(cháng)度與 自由段長(cháng)度之比。(5)~(4)式即為同時(shí)考慮錨固段和自由段時(shí)的最優(yōu)錨固角。.般情況下,錨桿的錨固長(cháng)度在錨固力確定之后就不會(huì )改變多少,所以最終影響錨桿長(cháng)度的因素是自由段長(cháng)度,因此,最優(yōu)錨固角的確定應以考慮自由段時(shí)的最優(yōu)錨固角為標準，即:團2錨桿橫斷面布置圖=開(kāi)+界-a3.4內錨固段最優(yōu)長(cháng)度的確定經(jīng)過(guò)分析比較,采用優(yōu)化設計方法比采用常規的設計方法內錨固段長(cháng)度是錨桿設計的一個(gè)重要指標，直接影響工程的總投資減少了10. 3%,而且,此滑坡自從2001年9月治理之造價(jià)。研究表明:錨桿軸力、剪力的分布集中在內錨固段外端后 ,到目前為止，尚無(wú)任何要破壞的跡象。因此,介紹的優(yōu)化設計2. 0m范圍內。方法無(wú)論在技術(shù)上還是在經(jīng)濟效益上都切實(shí)可行。設剪力為:τ=f{(Lm,N)(5) 5 結論內粘結力為:T= xDL_C(6通過(guò)理論分析和比較，從錨桿提供給滑動(dòng)面的抗滑阻力的式中:τ剪力;大小和提高邊坡巖體整體性的效果等方面考慮.提出的錨桿設1內錨固段的直徑;計中最優(yōu)錨固長(cháng)度和最優(yōu)方位角的優(yōu)化設計方法。經(jīng)過(guò)現場(chǎng)反內錨固段長(cháng)度,m;饋的信息表明,無(wú)論在技術(shù)上還是在經(jīng)濟效益上都確實(shí)可行,可巖錨之間的粘結強度。供設計部門(mén)參考使用?？捎上率角蟮脙儒^固段長(cháng)度:"rDLm.Cdl參考文獻:(7) [1] 顧湘生. 錨桿在施治鐵路病害高邊坡中的應用路基1.程, 1992.」?！眆(Im.N)dl(6);9~ 13.式中:F。.安全系數(根據工程重要性所確定,其它符號同上)。[2] Jun Kanda, Haresh Shah. Engincering role in failure lost valuationfor building U]. Structural safy, 1997, 19(1):79~90. .4工程應用4.1邊坡工程地質(zhì)概況[3]封金財.錨桿在整治滑坡中的應用[J]有家止鐵道學(xué)院報，200(6):74~77.鵝山?jīng)_滑坡位于貴州省凱麻高速公路第五標段K38+ 860~[4]F1].路站1程,2002,(3).11K39+ 140段挖方路塹右側,有40多萬(wàn)立方米的塌方。該路段區中國煤化工橫坡40°~65*，主線(xiàn)從半山挖方通過(guò)，橫坡在高于路基125m處.YHCNMHG