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多支点预应力锚索桩试验测试研究 陈占 周宏元 李小和 (铁道第四勘察设计院) 摘要：根据悬臂梁挠曲变形理论、横向变形约束弹性地基梁理论及桩索变形协调原 理，提出考虑各锚索支点施工工况影响系数进行土质地层多支点预应力锚索桩设计， 结合工程实践，对桩后土压力、锚索拉力、桩身位移等进行现场测试和分析研究，验 证了设计理论。 关键词：多支点锚索桩工况影响系数土压力位移锚索拉力施工工序 1 前言 预应力锚索桩结构通过在桩身上部设置预应力锚索，能明显改善锚固桩的受力及变形 条件、有效减小桩截面和桩锚固段长度，节约工程投资，目前已广泛应用于建筑深基坑支 护及铁路、公路、水电等部门的高边坡支挡及滑坡整治工程中。锚索桩设计从深基坑支护 工程中的等值梁法、二分之一分担法、逐层开挖锚杆支承力不变法及弹性支点法u_4。，到 高边坡工程中的弹性地基分段计算法瞄1、桩索位移变形协调法∞．91等，其设计理论越来越 完善，但始终没有很好的解决设计理论值与实际值相差较大的问题，特别是对于土质地层 高边坡支护工程中的锚索桩，当前计算方法是否适用或应做哪些改进和完善，还是一个有 待研究探讨的问题。本文结合工程实践，根据悬臂梁挠曲变形理论、横向约束弹性地基梁 理论及桩索变形协调理论，考虑各锚索支点开挖工况、桩悬臂段锚索支点处水平位移对锚 索变形的工况影响系戮进行了土质深路堑多支点预应力锚索桩设计与现场试验测试研 究。 2试验工程地质条件及工程概况 区，植被较发育，自然坡度约为20。～30。，边坡自然坡高达50余米。表层为坡残积粘 土、砂粘土夹碎砾石，硬塑～半干硬，碎砾石含量约为10～20％，碎石含量较多处较为潮 湿，厚15～45米，下伏基岩为二叠系灰岩。气候温和，雨量充沛，降雨主要集中在3～8 月，其中6、7月份多暴雨，年降雨量1000～1500mm，地下水发育。既有路堑边坡曾发 作者简介：陈占(1972一)，男，工程师，工程硕士，主要从事道路工程及岩土工程设计与研究。 生严重溜坍，边坡坡率1：1．5、开挖高度 20，30米，采用支撑渗沟和植草防护；既有挡墙 高6～10米、厚2-4米，部分挡墙加高加厚； 既有线坡脚紧靠轨道，最小距离1．86米，挡墙 距既有电化接触网最小距离仅4米。 路堑边坡高15～30米，于线路右侧设多支 点预应力锚索桩支护(见图1)，采用库仑土压力 计算桩身受力，桩长12～28米，桩截面2×2．25～ 2．5×3米，桩间距5米，桩身设预应力锚索1～ 3排，每排1～2孔，每排锚索设计拉力470～ 810kN。 试验选择有代表性的6根锚索桩行测试，测 图l锚索桩试验工程代表性横断面 试主要内容：①锚索桩桩背水平土压力；②桩间 有板板后水平土压力；③锚索锚头拉力；④锚索桩水平位移。现场试验测试时间 2000．1-2002．1，历时两年整。 3设计基本原理 将桩、锚固段桩周岩土及锚索体系统作为一个 整体，并视为超静定结构。锚索支点处为弹性支点， 采用分段计算法和地基系数法，根据悬臂梁挠曲变 形原理和弹性地基梁理论n㈣¨，对各支点锚索先施 加一定的预应力初值，考虑工况检算和桩索协调变 形的特点，控制桩身变形，改善桩身内力分布，设 计引入桩身水平位移对各支点锚索变形的工况影 响系数n列(简称第i支点工况影响系数)kt。表达 式为： 岛：尘学 ①u 船。_万■一 式中：Xyi一桩身第i锚索支点处最终水 平位移； Ycyi一开挖至第i支点锚索施工平 图2多支点锚索桩受力及变形计算图 台时，在第1至第i-1支点锚索拉力及桩背土压力 作用下，桩身在第i支点处的水平位移。 在各锚索作用点，桩身水平位移与锚索弹性伸长量之间变形协调关系见图2，其表达 式为： ’ △Li=ki×Xyi×COS(di) @ 式中：蚴=硌一∑(Aj,+Bji)N．『，4厶=8．Ⅳ2i 闩 92 )I^i=X帕+巾，×(H—