樁錨結(jié)構(gòu)設(shè)計理論及安全性評價.pdf

1、樁錨結(jié)構(gòu)是邊坡治理工程措施之一，它是在抗滑樁和錨索應(yīng)用的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。其基本概念借助于錨索所提供的錨固力和抗滑樁所提供的阻滑力并由二者組成的樁一錨支擋體系共同阻擋邊坡的下滑，在當(dāng)前工程中使用日益廣泛，但其設(shè)計計算理論研究遠遠滯后于工程應(yīng)用，特別是在長期穩(wěn)定性和工程結(jié)構(gòu)安全性評價方面的研究工作做得很少。因此，加強設(shè)計理論研究，是一項十分緊迫的工作。 有鑒于此，本論文結(jié)合《京珠高速公路粵境北段路塹高邊坡病害預(yù)防及防治措施研究》，

2、《川藏公路前龍段滑坡機理與整治技術(shù)研究》等科研項目，在前人已有研究成果的基礎(chǔ)上，充分吸收相關(guān)行業(yè)的研究成果和成功經(jīng)驗，結(jié)合典型邊坡工程的實際情況，從研究坡體壓力出發(fā)，分析當(dāng)前樁錨結(jié)構(gòu)設(shè)計理論，對其設(shè)計方法進行改進，結(jié)合錨索錨固機理的研究，進行樁錨結(jié)構(gòu)長期穩(wěn)定性分析和工程結(jié)構(gòu)安全性評價，以期求得較為符合實際的計算分析理論，滿足工程實際的需要，更好的為工程建設(shè)服務(wù)。通過較詳細的分析和研究，主要取得了如下結(jié)論與成果： (1)坡體與樁錨

3、結(jié)構(gòu)物之間的相互作用機制，研究了抗滑樁土拱力學(xué)效應(yīng)，分析了樁土應(yīng)力分擔(dān)比，討論了坡體壓力、土體性質(zhì)以及樁土接觸面性質(zhì)等影響因素對土拱效應(yīng)性態(tài)的影響。據(jù)此，提出了一種考慮土拱效應(yīng)折減的樁土相互作用的位移模型，與現(xiàn)有計算模型相比，該模型能考慮滑坡推力隨樁體變形、樁周巖土體變形而不斷調(diào)整自身的分布，且將土拱效應(yīng)引入到力學(xué)計算模型中，得出了樁后滑體系統(tǒng)位移為平動時抗滑樁求解的微分方程式，較之將滑坡推力設(shè)定為一固定的分布形式的現(xiàn)有計算方法，更符合

4、工程實際。 (2)考慮到工程實際中錨固段的黏結(jié)應(yīng)力為非均勻分布，提出按照錨固段黏結(jié)剪應(yīng)力非均勻分布的理想彈塑性模型的錨索設(shè)計理論進行該問題的分析。給出了錨索與漿體之間，以及圍巖與漿體之間的黏結(jié)受力區(qū)長度解析公式，并進行了算例分析。 (3)總結(jié)了9種影響預(yù)應(yīng)力損失的主要因素，即錨索材料松弛、地層巖土蠕變、錨頭夾具回縮、張拉系統(tǒng)摩阻、混凝土收縮與蠕變、爆破與地震作用、張拉順序、設(shè)計荷載以及雨水入滲。針對不同影響因素的特性規(guī)律

5、，提出應(yīng)力補償措施。 (4)確定錨索預(yù)應(yīng)力時，先按照設(shè)計經(jīng)驗假定錨索拉力Ri之初值，代入公式(4-9)右邊，從而求出新的Ri值，再將所求出的Ri值重新代入(4-9)式右邊，又可求得Ri之第二次迭代值，重復(fù)以上步驟，直至前后兩次求出的Ri值滿足如I|TJn一Ri(．-0J|≤0．05R加相關(guān)精度要求即可停止迭代。最終求得的Rjn值即為考慮錨索與樁變形協(xié)調(diào)時，錨索中所產(chǎn)生的拉力值。 (5)預(yù)應(yīng)力錨索框架型地梁計算時宜拆成單片

6、梁的形式分別計算，根據(jù)巖石邊坡的力學(xué)特點，應(yīng)分錨索張拉階段和工作階段分別計算地梁內(nèi)力，并在此基礎(chǔ)上綜合比較分析，進行合理結(jié)構(gòu)設(shè)計。筆者認為對于張拉階段宜按Winkler地基模型計算縱梁內(nèi)力，按連續(xù)梁法計算橫梁內(nèi)力以使計算簡化：對于工作階段在有條件時宜按winkler地基模型計算縱梁內(nèi)力，否則按連續(xù)梁法計算縱梁內(nèi)力，最好能作二者的計算比較：對于橫梁則按連續(xù)梁法進行計算。 (6)考慮了坡體蠕變影響與錨固應(yīng)力松弛的相互作用，著重考慮了

7、坡體蠕變與樁錨結(jié)構(gòu)松弛之間的耦合關(guān)系，對此建立了理論模型，采用彈簧和柏格斯(Burgers)并聯(lián)模型進行耦合蠕變分析，進而推導(dǎo)求得錨索預(yù)應(yīng)力長期變化公式。通過與已有文獻中介紹的試驗結(jié)果和工程實例印證，驗證了其公式的合理性。 (7)從提高拉力型預(yù)應(yīng)力錨索錨固效應(yīng)的工程措施出發(fā)，討論了二次劈裂注漿的加固機理，從工程實用的角度給出其相應(yīng)的劈裂注漿錨固力計算式。探討了二次劈裂注漿錨索的設(shè)計參數(shù)。 (8)從安全系數(shù)出發(fā)，討論了支擋

8、邊坡的安全系數(shù)問題，結(jié)合工程實例證明：采用六種極限平衡方法計算出的安全系數(shù)有一定的差距，建議對錨固路塹邊坡，當(dāng)采用Janbu法、Fellenius法進行穩(wěn)定性計算時，安全系數(shù)可取小一些，采用L2，當(dāng)采用町shop法、Morgenstern-Price法、spencer法和GLE法進行穩(wěn)定性計算時，建議安全系數(shù)取大些，可采用L3。并且強調(diào)對邊坡局部穩(wěn)定問題的重視是安全性設(shè)計的基本要求。 (9)采用正交數(shù)值試驗法，基于極限平衡法進行

9、了不同因素組合條件的穩(wěn)定性研究。K98+560路塹邊坡穩(wěn)定計算參數(shù)的敏感性由大到小為：內(nèi)摩擦角、粘聚力、重度、錨索間排距、樁間排距、預(yù)應(yīng)力大小、錨固段長度依次遞減。巖土體的抗剪強度指標(biāo)是影響邊坡穩(wěn)定的最重要參數(shù)，其參數(shù)變化對邊坡的穩(wěn)定性影響最大。同時強調(diào)工程設(shè)計中應(yīng)充分重視支擋結(jié)構(gòu)參數(shù)的選取，但是依靠增加錨索錨固段長度來提高穩(wěn)定性意義不大。 (10)通過多因素可靠度邊坡風(fēng)險分析，考慮到各風(fēng)險之間的依賴性，提出在考慮多因素的基礎(chǔ)上

10、確定邊坡的可靠度計算公式，建立起綜合風(fēng)險評價指標(biāo)，使邊坡分析的動力學(xué)、靜力學(xué)與可靠度理論獲得有機結(jié)合。并結(jié)合工程實踐，進行了計算演算。最后指出，定量多因素風(fēng)險分析的結(jié)果可以作為決策工具或傳統(tǒng)設(shè)計的補充，在相當(dāng)程度上可給決策者提供更多輔助評價信息。 本論文的創(chuàng)新之處在于，探討當(dāng)前各學(xué)者提出的樁錨設(shè)計理論，將樁錨加固坡體從工程力學(xué)計算提高到風(fēng)險設(shè)計這一系統(tǒng)平臺，對于其長期穩(wěn)定性和風(fēng)險評價指標(biāo)的建立進行了提高，使計算結(jié)果提高了置信程度