预应力锚索框架梁在整治高陡边坡病害中应用.docVIP

预应力锚索框架梁在整治高陡边坡病害中的应用 　　[摘要] 根据高陡边坡病害的特点，提出了预应力锚索框架梁的加固方法，并结合工程实例，介绍了预应力锚索框架梁的设计流程，重点阐述了锚索以及利用Winkler地基模型进行框架梁的内力计算，供今后类似工程参考。 　　[关键词] 预应力锚索 框架梁 高陡边坡 病害整治 　　 　　预应力锚索框架梁是预应力锚索的锁定头设置在钢筋混凝土框架梁上与锚索结合加固边坡的一种结构形式。该结构是采用高强低松驰钢绞线对坡体主动施加大吨位的预应力以平衡坡体的破坏力，通过框架的分散传递作用使临空坡面的表层岩土受到预压应力，改善坡体岩土的应力状态，增强坡体的自稳能力。 　　预应力锚索框架梁被广泛应用于软岩、破碎岩或土质病害的预防与加固工程，它因具有工期短、机械化程度较高、施工条件好、效果显著、外形美观等优点，另外框架梁在合理加???坡体的同时，还可在框架内进行植被，达到绿化防护的目的。现以鹰厦线K157病害整治实例，阐述预应力锚索框架梁在高陡边坡病害整治中的应用情况。 　　 　　1 工程概况 　　 　　鹰厦铁路K157+260～+310位于福建北段王塘-晒口区间，富屯溪岸边，属低山丘陵区，线路以半堑半堤通过，左侧路堑坡高约70米，坡度约1:1，未做防护，2005年6月受台风“海棠”影响，左堑高约70米处发生溜坍，坍体总量约1000m3，夹有大量杂草、倒树，坍体覆盖线路，经抢修后恢复通车。 　　 　　该路堑边坡体的岩层从上至下依次为： 　　第四系坡残积层（Q4el+dl） 　　①含碎块石粉质粘土：棕红、土黄色，可塑。厚度约4～6m，含碎块石约20%。 　　三叠系焦坑组（T3j） 　　②强风化砂岩（W3）：灰、灰黄色，岩体呈散体～碎石状结构。 　　③弱风化砂岩（W2）：青灰、灰黄色，岩体较完整，岩体呈层状～碎石状结构。 　　2 病害原因分析及加固方案比选 　　该边坡病害诱发原因系原路堑边坡岩土体亲水矿物含量极高，既有堑坡坡度较陡，加上本次雨季持续降水（月累计降雨量约603.5mm，最大持续降雨量约510.4mm，最大日降雨量约155.8mm）使岩土体饱和，抗剪强度降低，导致路堑边坡上部土体沿岩土交界面向下溜坍。如果不处理，因下部边坡的溜坍造成上部边坡坡脚失去支撑而失稳，边坡破坏会逐渐向后发展，造成更大规模的边坡破坏，破坏岩体将由山坡滑下，掩埋铁路，危及列车行车安全。 　　由于该段路堑边坡高达70m，坡度约1:1，且山顶建有移动通信基站和晒口水厂，若采用挡墙或土钉墙结构来加固边坡，则加固的边坡高度有限，通常最高也仅为15m，须采用多级支挡结构，还必须将支挡结构上方边坡按稳定边坡坡率刷方，并且不可能一坡刷到底的，必须刷成多级边坡，每级边坡之间设一平台，这样一方面刷方量巨大，工程造价高昂，且挖方及弃方条件都较困难。另一方面刷方将会影响晒口水厂和移动通信基站的安全。鉴于上述这些条件的限制，结合本工点的工程地质条件，充分考虑到预应力锚索框架梁结构的特点，在不改变既有边坡坡率的前提下，从经济、施工便利的角度出发，经过计算决定采用间距为5m的预应力锚索框架梁来作为高陡边坡加固的结构物。边坡加固的代表断面见图1，框架梁结构见图2。 　　3 预应力锚索框架梁的设计 　　预应力锚索框架梁的设计流程见图3所示。 　　3.1 预应力锚索的设计 　　3.1.1计算滑体下滑力 　　选定滑坡的代表断面，按下式计算滑坡的下滑力F： 　　 　　式中:K为安全系数，取1.2；W为滑体重量；L为滑动面长度；按岩体容重γ＝20KN/m3,c=20KPa,φ=10°,计算出边坡下滑力为604.1KN。 　　 　　图1 代表断面加固示意图 　　 　　图2 框架梁结构图 　　3.1.2计算锚索的下倾角 　　在施工工艺可行的前提下，单位长度锚索提供最大的抗滑增量时，锚索下倾角β的计算式为： 　　 　　式中：A－锚索的锚固段长度与自由段长度之比； 　　－设锚索段滑动面的内摩擦角和滑动面倾角。 　　根据一般经验，β角取10°～30°，本例β角取20°。 　　3.1.3计算锚固力和预应力张拉值 　　按下式计算一米宽滑坡所需锚固力Pt： 　　 　　 　　＝785.1 KN/m 　　 　　 　　图3 预应力锚索框架梁设计流程图 　　式中：F―滑坡下滑力；Pt―设计锚固力（KN）； ―滑动面内摩擦角（°）； ―锚索与滑动面相交处滑动面倾角（°）； ―锚索下倾角；λ―折减系数，与边坡岩性及加固厚度有关，在0~1之间选取。 　　根据合理间距范围，选择纵横向间距均为5m，即在边坡上沿坡面74m长的范围内布置锚索10根，则单根锚索的设计锚固力Nt＝Pt×5/10=392.6KN，实际设计锚