（岩土工程专业论文）川藏公路前龙段滑坡整治技术研究.pdf

北京交通人学同等学力硕+ 学位论文 摘要 本论文以1 8 滑坡抗滑工程为依托，通过对比分析现场抗滑结构物实 测资料和原设计计算，对锚索抗滑桩及锚索框架与岩上体的相互作用和 设汁理论进行了较为深入的研究，希望通过本次研究，对此类新型抗滑 支挡结构物的没计理论提供新的依据，进而优化工程结构，确保工程的 稳定和安全。 论文详细论述了锚索抗滑桩和锚索框架的设计方法，指出了预应力 锚索桩、普通抗滑桩及锚索框架的优缺点和各自的适用条件。 详细分析了锚索拉力与桩后土体的相互作用，提出了桩后抗力对桩 身内力的影响，这种影响使得锚索桩身负弯矩比原设计方法所考虑的要 小很多，在设计中不能忽略这种相互作用的影响；首次引进锚索拉力系 数( m ) ，指出施加在桩上的锚索预应力须与滑坡推力相匹配，当o 1 5 m o 2 5 时，桩与锚索的受力比较协调。 通过现场试验与理论分析相结合的方法，对预应力锚索框架受力机 理分析进行了研究，提出了新的预应力锚索框架的内力计算模式。分析 了框架锚索张拉次序对锚索预应力的影响。 关键词：锚索抗滑桩框架桩后抗力锚索拉力系数 北京交通大学刮等学山颅士学位论文 a b s t r a c t t h ep a p e rb a s e do nt h ea n t i s l i d e e n g i n e e r i n go fl # l a n d s l i d ea n db y c o m p a r i n g a n d a n a l y z i n go r i g i n a ld e s i g n a n dc a l c u l a t i o n sa n df i e l d o b s e r v a t i o ni n f o r m a t i o no fa n t i s l i d es t r u c t u r e ，d e e p l yr e s e a r c h e si n t e r a c t i o n m e c h a n i s mb e t w e e na n c h o rw i r ea n t i s l i d ep i l ea n da n c h o rw i s ef r a m e w o r k a n dr o c ka sw e l la sd e s i g nt h e o r y i tt r i e st op r o v i d et h e o r yb a s ef o rs u c h n e w t y p e o fa n t i - s l i d e r e t a i n i n g s t r u c t u r e t h r o u g h t h er e s e a r c h t h e n o p t i m i z e sd e s i g no fe n g i n e e r i n gs t r u c t u r es ot h a ti tc 强e n s u r et h es t a b i l i t y a n ds a f e t yo ft h ee n g i n e e r i n g t h e p a p e rd i s c u s e si nd e t a i lt h ed e s i g nm e t h o do f a n c h o rw i r ea n t i s l i d e p i l ea n da n c h o r w i r ef r a m e w o r ka n dp o i n t so u tt h em e r i t sa n ds h o r t c o m i n g s o f p r e s t r e s sa n c h o rw i r ea n t i s l i d ep i l e ，c o m m o na n t i - s l i d ep i l ea n da n c h o r w i r ef r a m e w o r ka n dt h e i ra p p l i c a t i o nc o n d i t i o n t h ep a p e ra n a l y z e si n t e r a c t i o nb e t w e e na n c h o rw i r et e n s i o na n ds o i l b e h i n dt h ep i l ea n dp r o p o s e se f f e c to fr e s i s t a n tf o r c eb e h i n dp i l et ot h e i n t e r n a lf o r c ei np i l eb o d y t h ee f f e c tm a k e sn e g a t i v eb e n d i n gm o m e n to f a n c h o rw i r ep i l es m a l l e rt h a nt h a tc o n s i d e r e di no r i g i n a ld e s i g nm e t h o d t h e e f f e c to fi n t e r a c t i o nc o u l dn o tb ei g n o r e di nt h ed e s i g n b a s e do nm e t h o do fc o n n e c t i n gf i e l dw i t ht h e o r e t i c a la n a l y s i s ，t h e p a p e ra n a l y z e sm e c h a n i s m o ff o r c es u b j e c t e dt oa n c h o rw i r ef r a m e w o r k ，a n d p r o p o s e s ac a l c u l a t i o nm o d eo fi n t e r n a lf o r c eo fp r e s t f e s sa n c h o rw i r e f r a m e w o r k i na d d i t i o n s ，t h e r e p o r tp r e l i m i n a r i l ya n a l y z e s t h ee f f e c to f t e n s i o no r d e r p r e s t r e s so f a n c h o rw i r e ， k e yw o r d s ：a n c h o rw i r ea n t i s l i d ep i l e ，f r a m e w o r k ，r e s i s t a n tf o r c eb e h i n d p i l e ，t h ec o e f f i c i e n to f a n c h o rw i r eo ff o r c e i i 北京交通人学同等学历硕士学位论文 1 绪论 1 1 立题的意义和背景 i i 臧公路二郎山隧道附近因受龙门等多期构造影响，滑坡等i lj 体 病害成群分布。其中l ”滑坡位于四川省天全县两路乡二二郎山东坡龙胆溪 右岸，国道3 1 8 线k 2 7 2 9 + 9 2 0 k 2 7 3 0 + 4 2 5 处。其规模较大、发生发展 机理也非常复杂，在二郎山隧道附近滑坡群中具有代表性。该滑坡地形 陡峻，平均坡度约4 3 。，地貌分区属龙门山中、高山区。滑坡区前缘最 低海拔1 8 4 0 m ，后缘最高海拔2 1 3 5 m ，前后缘高差近2 0 0 m ，长度约2 5 0 m ， 沿线路宽度约5 0 0 m ，滑体厚度近4 0 m ，属于特大型破碎岩石牵引式滑 坡，就其变形特性可将滑体分为东、西两条。它是出老志留系钙质泥岩 与泥岩互层组成，具多级、多层特征。由于滑坡是在老错落体的基础上 发育的，多次错落和滑动使坡体岩层十分破碎，同时受多期构造作用在 岩体中形成一系列不同性质的构造面是产生滑坡的地质基础。1 9 9 7 年雨 季二郎山地区遭遇特大暴雨，龙胆溪泥石流暴发，强烈冲刷坡脚，造成 坡体松弛，大量雨水由地表渗入坡体，软化构造面是引起滑坡的直接原 因。 l “滑坡治理工程采用了综合防治工程措施，主体工程是普通抗滑桩、 预应力锚索抗滑桩及预应力锚索框架，其中锚索桩最大桩长6 7 2 米，最 长锚索7 3 米，其桩长和锚索长度在国内尚不多见，目前工程已实施完成。 通过对现场数据的分析，可以大致找出可能或潜在的滑动带，滑坡推力 和抗力的作用趋势，从而判断滑坡所处的稳定状态，抗滑桩的受力状况 等，对以后公路建设中治理滑坡具有借鉴和指导意义。另一方面，本工 程采用的预应力锚索抗滑桩，预应力锚索框架等结构物，其计算和设计 理论还有待进一步完善。通过对该滑坡支挡结构的设计理论进行验证和 深入研究，为以后优化工程结构，降低工程造价，同时为该类抗滑支挡 结构的设计提供新的依据和方法，对已有的相关理论进行充实和完善。 该滑坡整治工程采用的预应力锚索抗滑桩和预应力锚索框架均是比 较新型支挡结构，国内外在处理l “滑坡这样的大型复杂滑坡体上采用这 塑二翌堕笙 样的结构还不多见，而且本次采用的抗滑桩桩身长度、锚索长度均在同 类工程中名列前矛。根据现场施工实际开挖的地质条件、实际监测数据 和结构受力条件，对支挡结构的设计计算理论进行深入研究，可以优化 工程结构，降低工程造价，确保工程的稳定和安全，而且将为新型抗滑 支挡结构的设计理论提供新的依据。 1 2 滑坡整治工程概述 整治已发生的滑坡或防治潜在滑坡的发生，主要任务在于减小下滑 力，增大抗滑力，从而提高滑坡的稳定性。具体可以分为四类：改变边 坡几何形态、排水、支挡结构物及斜坡内部加固。改变边坡几何形态 可以通过减重反压方式实现滑坡防治；排水措施包括地表排水和降低地 下水位的地下排水。对于大多数体积不大的滑坡或没有足够空间而不能 用改变斜坡几何形态治理的滑坡，常采用支挡结构物以稳定滑坡，其形 式多种多样，有抗滑挡墙、抗淆桩、短桩( 锚、键) 、锚杆、锚索及锚索 抗滑桩。作为斜坡内部加固的措施，在岩体中多采用岩石锚固工程，土 体中多采用土锚钉加固。对于特定的滑坡而言，常对其特有形成条件、 产生原因、变形破坏机制、几何边界条件及滑坡起动一运动一停止过程 各方面获得难确认识的基础上选定有效的整治措施。 在常用的滑坡整治工程抗滑结构物中，主要有抗滑挡墙、支撑渗沟、 预应力锚索框架、普通抗滑桩和预应力锚索桩等。其中抗滑挡墙和支撑 渗沟主要依靠自身重量产生摩阻力来抵抗滑坡推力，这种方式工程量大， 施：亡丌挖量大，工期长，对自然生态环境破坏大。因此现在作为主体工 程已很少使用。 抗滑结构工程的一大发展是在6 0 年代出现和完善了的抗滑桩结构。 这种结构的工程效果明显好于抗滑挡墙。与抗滑挡墙相比，抗滑桩具有 圬工量小，施工安全可靠，布置灵活便利，适应性强等优点。同时抗渭 桩埋入深度大，可以抵抗较大的滑坡推力，因此在滑坡整治工程中得到 广泛的应用和发展。 现在抗滑桩已经发展成为一种成熟的滑坡治理工程，借助于桩的受 力段以及桩背土体与桩两侧的摩阻力形成的土拱效应咀稳定滑体，它的 作用机理是利用埋于滑床中的桩将滑体中未平衡的滑坡推力通过抗滑桩 北京交通大学同等学历硕上学位论文 传递给下部稳定的岩土体中，从而稳定和平衡坡体，达到治理滑坡的目 的。 但随着滑坡推力的增加，会使桩的断面增大，桩身埋置深度增长， 目前在我国已采用的最大抗滑桩断面达7 m 3 5 m ( 赵家塘滑坡) ，桩 身k 度4 6 7 m ，这就暴露出该结构受力的不合理性，出于桩侧岩体容许 应力的限制，不得不扩大截面增加桩长以满足强度设计要求。当滑体较 厚，滑坡推力较大时，抗滑桩需要较大的埋深，较多的钢材，从而对钢 筋的布置，混凝土的振捣带来困难，进而引起施工进度减慢，同时开挖 桩坑深度过大对人员和工程的安全遭到威胁的可能性增大。 表卜1常用几种抗滑结构物的对比 结构受力适用 类型 示意图力学图式优点缺点 特点条件 | | 、_ | 扪1 1 1 、m m 。 适合推 普通 i 耻、一二一 被动施工简单、桩头变力小， 抗滑 受力技术成熟。形大滑面浅 桩 的滑坡 悬臂梁 桩变形小，适合推 主动受力， 存在预 力大， 预应 i m 耵_ m 、f j 主动 限制变位； 应力损 锚索与桩 失，地 滑面深 受力f 水腐 的滑坡 共同作用，但不适 力锚 肛二，一 简支梁具动态调 蚀问 合大变 索抗 滑桩 题。 节功能。形处。 推力小 卜 存在预滑面浅 预应 ： i j l l 4 应力损冲刷小 力锚 j 主动 施工快，对 索框 ， | | 。、 ff1 f 受力 坡体扰动 失，地不适合 架 i _ 、 旷 少 下水腐岩土松 蚀问弛潮湿 简支梁 的地题。 第一蕈绪论 随着锚固技术的发展一卜- 世纪8 0 年代开始使用新型的支挡结构预 应力锚索框架和预应力锚索抗滑桩，对于锚索桩其受力状态是在抗滑桩 顶部加2 4 束锚索，以改变一般抗滑桩的悬臂受力条件，同时施加预应 力使桩由原来的被动受力状态改变为主动受力状态，从而大大地减小了 抗滑桩的截面和埋置深度，较普通抗滑桩节省了较大的投资，目前在滑 坡整治工程中得到了较为广泛的应用。预应力锚索抗滑桩和预应力锚索 框架是新型的支挡结构，它的一些理论问题和施工工艺、施工控制等问 题还需进一步研究和完善。 1 3 研究现状 锚固技术在世界范围内较大规模的应用开始于2 0 世纪6 0 年代，特 别是近二三十年来发展尤为迅速，在岩土锚固的设计理论、结构形式、 锚固材料、旖工设备机具、旌工工艺和应用领域等方面，都有了许多新 的进展和成就。 在边坡锚固技术上，以瑞典、法国、南非为代表，由于条件优越， 对具体工点可以进行专门细致的调查和综合测试工作，并且能在施工时 高精度地进行监测和各种控制性工程，同时广泛的适用计算机技术，加 上环保要求，所以其边坡设计广泛采用锚固技术，以减少丌挖工程量并 尽量不破坏环境。 国内的岩土锚固技术主要用于高层建筑的深基坑支护，但基坑属于 临时性支护，而边坡是永久性工程，其要求与设计理沦与基坑有很大不 同。近年来，水利、矿业、交通部门在边坡加固上采用锚固技术也取碍 了很大成就。 国内从6 0 年代后期首次在成昆铁路线。e 使用挖孔抗滑桩以来，该类 支挡工程得到了广泛地应用；1 9 8 7 年铁道部科学研究院西北分院成功地 研究出预应力锚索抗滑桩，首次应用在重庆金鸡岩滑坡治理中：8 0 年代 后期，预应力锚索框架和锚索抗滑桩技术在整治大、中型滑坡和高边坡 病害中应用日益广泛。 尽管不同结构的预锚支护作用相同，即控制土体变形和位移，改善 岩上体应力状态，提高岩土体强度，促进岩土体稳定性，但结构不同， 其作用机制也是不一样的。预应力锚索抗滑桩和预应力锚索框架是本文 4 北京交通大学同等学j 力硕十学位论文 研究的重点，主要用于滑坡治理，边坡加固。其外形美观，作用方式独 特，是较为新型的边坡支挡结构。 1 4 研究内容 本论文是依托川藏公路前龙段1 4 滑坡整治工程，在施工现场通过原 位测试和滑坡崎测等多种途径，对普通抗滑桩、预应力锚索抗滑桩、预 应力锚索框架等结构在设计理论、计算方法上通过实际对比验证，提出 了具体改进方法和优化意见，对1 4 滑坡的整治施工进行指导，保证了工 程顺利、安全实施，并对滑坡整治效果进行了综合分析和评价。得出了 一些有意义的结论。主要研究内容如下： a 采用动态设计，对l “滑坡的整治施工进行指导，保证了工程顺利、 安全实施。 b 根据现场测试和理论分析结果，探讨了预应力锚索框架与岩土相 互作用原理，推导锚索框架的内力计算模式。 c 针对锚索抗滑桩与岩土相互作用机理，分析了桩后抗力对锚索拉 力的影响，针对锚索拉力与桩的受力协调问题，提出了锚索拉力系数的 概念。 北京交通大学同等学力硕士论文 214 滑坡整治工程设计 2 1 概述 川藏公路是3 1 8 圜道的主要组成部分，是经四川进出西藏的 必经之路，在国家政治、经济和国防中具有不可替代的重要作用。 j 1 【藏公路大部分路段位于高山峡谷地区，地质条件复杂，气候寒 冷多雨，地质灾害丛生，其交通位置如图2 1 所示。 图2 1 前龙段滑坡区交通位置图 1 9 9 7 年7 、8 月份，二郎山地区连降暴雨，洪水泛滥、河水 猛涨、泥石流频繁发生。国道3 1 8 线k 2 7 2 9 k 2 7 3 2 段因之发生 多处严重坡体病害，导致公路路面悬空，路基下错，其中 k 2 7 2 9 + 9 2 0 k 2 7 3 0 + 4 2 5 段最为严重，其最大下沉量达1 6 m ，被 定为l “滑坡，平面图见图3 2 。该滑坡位于四i i 省天全县两路乡， 二郎山东坡龙胆溪南岸。滑坡前后缘高差近2 0 0 m ，南北长约 3 5 0 m ，沿公路东西宽约5 0 0 m ( 前缘溪边宽近7 0 0 m ) ，滑带最深 达4 0 m ，滑体逾4 0 0 万n 1 3 。 根据坡体上变形特征，以里程k 2 7 3 0 + 1 6 6 ( f l 断层处) 为界 划分1 “滑坡为东、西两条滑坡；东滑坡变形慢，西滑坡变形快。 从前后缘出口和地物变形迹象推断，滑坡向临空可分为前后三 级：前级滑坡出口在高程1 9 0 5 m 一线，后缘在公路路面附近； 第二章l 。滑坡整治t 程设计 7 匝旧申堪h楚础掣蜒。辞犍枢砖冬=文土田 ! ! 塞奎望查兰旦量兰尘婴主堡苎 中级滑坡出口在高程1 9 3 5 m 一线，后缘在公路以上两环陡坎处； 后级滑坡出i s l 在公路内侧挡墙部位，后缘在高程2 0 3 0 m 一线。 从钻探和深部位移监测资料来看，东西两条滑坡均有三层滑带。 1 ”滑坡是产生在老错落体上具有多条、多级和多层滑带的切层破 碎岩石滑坡。 2 214 滑坡体的地层岩性与分布特征 组成坡体的主要地层是志留系下统罗惹坪组钙质泥岩岩组， 其次是表层崩坡积物及龙胆溪沟床堆积的洪坡积物。 崩坡积层：它覆盖在坡体的地表，厚3 1 0 米，由棕色、土 黄色的块石、碎石及角砾土组成，含有腐殖质的粘性土。 志留系罗惹坪组钙质泥岩岩组：该组下伏于崩坡积层之下， 其岩性可为灰、深灰、灰黑色钙质泥岩( 现经复查部分为钙质板 岩) 与灰绿、灰黄色泥岩两类。钙质泥岩多为中厚层状，致密坚 硬、节理裂隙发育、岩层较破碎、风化程度中等。泥岩多为中薄 层构造，岩层十分破碎、风化程度严重、多呈块碎石夹泥或泥化 夹层状及糜棱化条带( 含泥量较高) ，以灰黄、灰绿或央狄颜色 为特征。 冲洪积层：分布在龙胆溪沟床，为漂石、块石、砾卵石组成 的杂乱堆积物。 河底及岸坡见到的志留系钙质泥岩多为硅质胶结，坚硬完 整。 2 314 滑坡的形成机理 14 滑坡的产生机理概括为：龙胆溪下切一导致山体产生错落 一在错落带内孕育了老滑坡的滑动带一老滑带贯通后产生老滑 坡一老滑坡滑动后趋于稳定一在暴雨及泥石流的影响下老滑坡 局部复活一产生1 4 滑坡。因此，错落在前，滑动在后，滑体依 附于错落体，滑动带依附于错落带。其演变过程见图3 2 所示。 魏：习爹 第一章l 4 滑坡整治工程设计 r 一：i 习 陵，j ，囊爹 r _ 图2 3 14 滑坡演变过程示意图 9 ；。聪瓣y；#川w i，镌艄吲； 一 * # j ，r r；。o钟州， “嚣r娶；、” 吩f： ， ，t j i j 、| 。：潮蛳彩螂o t 卜 ， 。 o，。影j 黪笋b” 簿胛雌 f*glw n*” p ， ； “i j i j 北京交通人学同等学力硕上论文 图2 4 14 滑坡发生发展机理示意图 2 4 设计思路和原则 14 滑坡是川藏公路前龙段滑坡群中规模最大，性质复杂，极 具代表性的特大型滑坡。其成功的工程设计经验，对今后的类似 工程设计将有一定的借鉴意义。在这里设计的原则和思路是至关 重要的。 2 4 1 设计思路 a 以多年来成功的滑坡整治工程设计经验为主线： 1 0 第一章1 4 滑坡整治工程设计 ，滑坡认 i 定立项 + 初 设 r 优化施t 图设计 一、j i 玄妻j 钻探物探监测 。 设计 ”“嘲”“删 设计经验 i 新理论 测 b 以成熟的滑坡设计理论为依据 除特殊的稳定性分析及滑坡推力计算方法外，主要包括坡脚 挡墙、锚索框架、锚索抗滑桩及普通抗滑桩的设计理论等。 c 以真实的地质条件为基础 利用多种方法、途径和手段，了解滑坡形成的背景，尽可能 准确地弄清滑坡的地质条件，这里包括综合勘察技术、地质力学 分析方法、监测和测试技术、室内和外业试验、施工编录及科学 研究等。 d 以滑坡的性质、诱因为焦点 根据滑坡的性质选择设计方案，根据滑坡的诱发因素有针对 性地选择工程的类型。所以，不同的滑坡性质将设计出不同的工 程形式，不同的诱发因素和主因将采取不同的工程措施。如牵引 式滑坡就以稳固前缘为主；对地下水发育的滑坡就以治水排导为 主；河岸冲刷为主因的就应加强河岸防护：多级多条滑坡就应采 取不同分级和不同分区的工程措施。 e 以正确的设计原则为方向 匦 基一 磊一 ! ! 要茎望奎兰型堇堂生堡主丝兰 设计原则隐含了工程实施的规模和力度、方式和时机，因此 是设计人员自始至终应把握的主导方向。 f 以结构的优化设计、整体工程的优化组合为目标 川减公路前龙段滑坡群，与国家重点建设项目一二郎山隧 道的东引道相连，是交通部和四川省交通厅倍加关注的重点工 程。滑坡整治工程设计的优化，就结构而言包括两方面的内容， 其一是单体独立结构的优化设计，其二是整体结构的优化组合。 事实上在岩土工程界就滑坡设计来说，真正全新工程结构设计， 新的设计理论在一个滑坡设计中创立，是不易达到的目标；而真 正的创新就在于对滑坡结构本身以及整体结构更巧妙的组合运 用上。 2 4 2 设计原则 a 先治稳、后治本、一次根治、不留后患的原则： b 安全、畅通、节约的原则； 根据先治稳的原则，先期实施河岸防冲挡墙、滑坡外环截水 工程及保路通车防止病害恶化的工程。 根据后治本的原则。在完成了首期工程并发挥作用后开始施 工主体工程和辅助工程。这些工程主要包括：锚索框架工程、普 通抗滑桩工程、预应力锚索抗滑桩工程、压浆锚杆、路肩挡墙、 挂网喷灰、锚墩等工程 2 4 3 锚索拉拔试验 川藏公路前龙段滑坡群整治主体工程是锚索抗滑桩和锚索 框架。对这些工程，现场锚索能否按设计顺利施工，能否达到设 计的要求特别是锚固段的摩阻力问题就显得尤为重要，为此应于 施工前进行锚索拉拔试验。 为了使试验更切合实际。除试验锚索的地质条件、根数、几 何尺寸、锚固方式及施工工艺等尽可能与实际施工相接近外，还 将试验工程地点选在l4 滑坡体公路路基外侧坡体处。在预应力 1 2 笙三兰! ：塑墼竺堕三堡堡盐 锚索框架工程位置做一组三根、每根长2 5 m 锚固段长1 0 米的试 验锚索；在预应力锚索抗滑桩工程位置做一组三根、每根长5 3 m 锚固段长1 4 米的试验锚索。两组共6 根，累计长度2 3 4 m 。各试 验锚索设计与施工参数见试验报告。 a 锚索破坏标准： 锚索破坏通常有下列三种情况，试验过程中无论哪一种情况 发生均视为破坏。 ( 1 ) 锚索位移长时阃不稳定，或者不收敛。 ( 2 ) 后一级荷载产生的锚头位移量是前一级荷载位移量的2 倍，即拉拔力位移曲线出现明显拐点。 ( 3 ) 中。15 钢绞线被拉断裂。 b 锚索试验结果： 试验锚索荷载见对照表。 表2 1 试验锚索荷载对照表 试验钢绞线理论破断荷 试验要求试验得到极 极限荷载限拉拔荷载备注 孔号根数载( k n ) ( k n )( k n ) a l91 9 7 51 7 5 0 1 9 2 6 2 7 框架 a 291 9 7 51 7 5 019 4 5 5 4 锚索 a 391 9 7 51 7 5 01 9 2 6 2 7 b l1 22 6 3 42 3 7 52 5 6 1 5 2 抗滑桩 b 21 22 6 3 42 3 7 52 5 3 2 8 4 锚索 b 31 22 6 3 42 3 7 52 4 7 5 5 0 c 试验资料分析： ( 1 ) 锚索的承载能力 通过对a 、b 两组锚索的拉拔试验，由试验锚索衙载对照表 j ! 堕垄望奎兰旦量堂坐堡主笙兰 可以看出：在锚固段长度相同的情况下，a 、b 两组由9 根和1 2 根钢绞线组成的锚索，试验所得的极限拉拔荷载大于试验要求的 极限拉拔荷载，接近钢绞线的理论破断荷载。由此说明，整治工 程设计中所选取的钢绞线材质完全符合设计要求。 ( 2 ) 锚索砂浆体与围岩之间的周边摩阻力 锚索砂浆体与围岩之间的周边摩阻力由下式计算： 1 = q ndll 2 - 1 、 其中： t 一锚索周边摩阻力d 一锚索直径 l 一锚固段长度q 一试验极限拉拔荷载 根据试验结果，得到6 根锚索周边摩阻力见锚索基本参数表。 表2 2 锚索基本参数表 孔 设计抗试验极限 孔径 锚固段周边摩阻平均 拔力抗拔力长度力t 值t 值备注 号 ( r a m ) ( k n )( k n )( m m )( m p a )r m p a ) a l7 8 4 5 31 9 2 6 2 71 4 61 0 0 0 00 4 2 0 框架 a 27 8 4 5 31 9 4 5 5 41 4 6l o o o o0 4 2 2o 4 2 0 锚索 a 37 8 4 5 31 9 2 6 2 71 4 61 0 0 0 00 4 2 0 b 11 1 7 6 82 5 6 1 5 2 1 4 61 4 0 0 00 3 9 9 抗滑 b 21 1 7 6 82 5 3 2 8 41 4 61 4 0 0 00 3 9 5o 3 9 5桩锚 索 b 31 1 7 6 82 4 7 5 5 01 4 61 4 0 0 00 3 8 6 两组试验得到的平均一值均大于设计值，说明设计参数的选 用是合理的，满足设计要求。 由q s 曲线及q s p 、q s e 曲线可以看出，锚索的变形随着 荷载的增加而增大，其变形曲线一般是等速增长。从变形增量看， a 、b 两组锚索分别达到1 6 7 9 k n ；2 2 3 9 k n 时，变形量增加较大， 锚索进入屈服阶段，直至m 15 ( 7 巾5 ) 钢绞线断裂。另外， 1 4 兰兰望! ! 塑垫鳖塑二望垄生 从锚索孔口位移监测资料的结果看，锚索位移是收敛的，荷载稳 定情况好，可知锚索锚固段未破坏，锚固力大于本次试验得到的 最大试验荷载。 ( 3 ) 试验结论 1 ) 现场试验得到的极限拉拔力大于设计锚固力和试验要求 极限拉拔力，且试验得到的锚固段周边摩阻力t 值也大于设计 值； 2 ) 从试验结果看，在川藏线前龙段滑坡群这种地层中，锚 索锚固力满足设计所需的锚固力。说明实施锚索工程是可行的； 3 ) 本次试验所采用的施工设备及工艺能满足设计要求； 2 5 滑坡设计参数的确定 2 5 1 基础条件 龙胆溪洪水按5 0 年一遇的洪水位设计。 滑体条件，按分析的各层各级滑面状态，确定滑体几何参数， 如各级滑面的倾角等等。其中滑坡变形的再认识、地勘资料成果、 地质力学完善配套分析、滑坡综合分析技术等都是重要的依据之 2 5 2 物理力学指标 鉴于该滑坡前后缘上、下各级所处的状态和条件不同，各段 滑带指标是不相同的，加上滑坡本身的复杂性，因此既要进行一 些物理力学试验，也需要根据滑坡固有的性质进行指标反算，还 需要参考多年来各滑坡专项技术的经验，并进行适当的修正。 主要断面滑带指标反算中的代表性参数： 后缘滑面：c = 0 ，中= 4 5 。5 0 。； 前缘滑面：c = 0 0 1 m p a ，中= 2 0 。左右； 主滑段：c = 0 0 1 m p a ，通过反算求取m 值。 北京交通大学同等学力硕上论文 1 6 匝睡塔事，事弹睡h碰议蒜蟹奄龌三 丑 第二章1 9 滑坡整治工程设计 2 5 3 滑坡活动状态、有关参数的确定 a 反算时稳定度的取值 稳定度随滑面深浅、滑体目前所处的状态、滑面的不同位置 以及该滑坡所处位置的重要性而变化。本滑坡中对变形迹象不太 明显的深层滑面，稳定度取1 0 1 0 4 ，而变形迹象较明显的浅 层滑面，稳定度取o 9 7 1 o ，其它则介于以上稳定度之间。 b 地震 根据地震烈度区划，本地地震烈度按8 度考虑。 c 地下水 根据勘察资料，滑坡体内外地下水作用暂不考虑( 后期发现 地下水酌情进行处理) 。 2 5 4 整治工程安全要求 安全系数取1 1 1 2 0 。 2 5 514 滑坡主断面设计主要数据 由于该滑坡主断面包含多级滑坡、多层滑面，所以对该滑坡 采用特殊技术手法，对各种情况分别进行计算，最终数据采用较 不利的组合结果束考虑。计算数据如下： a 指标反算： 浅层：中( i ) = 4 5 。，c ( 1 ) = 0 ，c ( 2 ) = 1 0 k n m 2 ，稳定度k 取0 9 7 。 反算结果：中= 1 7 5 1 。，取巾= 1 7 5 。 深层：( 1 ) = 5 0 。，c ( 1 ) ：0 ，c ( 2 ) = 1 0 k n m 2 ，稳定度k 取1 0 2 。 反算结果：m = 2 6 7 。，取中= 2 7 。 b 推力训。算： 抗滑桩承受滑坡推力e = 2 0 0 0 k n 。 c 内力计算： m m a x 一3 9 0 0 0 k n i t i m m a x + = 5 5 0 0 0 k n m d 桩型： 桩截面：2 1 m 3 2 m ，b p = 3 1 m ，e = 5 0 0 ，p o = 4 1 5 7 k n 。 2 6 整治工程立体设计 1 7 北京交通火学i 司等学力硕上论义 滑坡整治工程设计的核心技术除设计理论外就是整治工程 的立体设计，之所以称为立体设计，就在于它不仅包括结构实体 的设计，也包含时涮和空间的技术概念。因此优良的工程设计， 应浚是时空和物质三者之间的最佳协调的优质设计。 滑坡治理工程设计关键技术是要根据滑坡的性质，成因及活 动状态选择f 确的治理方案、以及合理的工程措施。 鉴于该滑坡的复杂性，其整治工程结构比较特殊，某些设计 达到了当前国内的领先水平。如最长的锚索抗滑桩的深度达6 7 3 米，锚索长度近7 3 米。这些工程从平面到立体、从时间到空间 多方面对滑坡的变形破坏起到遏制作用。工程实施后，能够保证 滑坡的稳定及该段公路的正常运营和安全。 滑坡所采用的工程措施。除一般的排水工程、抗滑工程及支 挡工程外，根据河岸冲刷的特点采用河岸防护工程，根据滑体厚 度分别采用了预应力锚索桩、锚索框架、锚墩等锚固工程，根据 坡面坍塌落石采用了护坡及挂网喷浆工程，根据坡面松散采用锚 杆及骨架护坡工程，根据路面破坏程度采用了框架挡墙组合工 程，根据滑坡深部含水丰富，采用深层斜孔排水工程，还有桩底 锚杆等共计1 5 类工程措旋2 4 种工程类型。它们一方面组成统一 的立体防护体系，另一方面又分别在不同的滑坡内、不同的滑体 中、不同的滑坡部位相互支持，相互协调发挥作用。 滑坡整治工程实施的时机是滑坡工程设计的又一关键技术， 对该滑坡群根据其病因及发展的趋势，优先施工龙胆溪河岸坡脚 挡墙，滑坡体外截水沟，接着是主体工程，然后是小规模坡体防 护，最后是恢复路面和深层排水工程。 至于工程结构组合，不仅是一个复杂的空间问题，更重要的 是对滑坡各层的相互移动、各级的相互依赖和各条块相对活动性 的认识及结构与滑体、结构与结构的深层次作用规律的理论技术 问题。如对叠瓦式结构的1 。滑坡，路内侧框架是针对上级浅层 滑体的治理工程；对滑坡重点区域，设计了锚索抗滑桩，它分别 是针对中、深层滑体的工程；而深部排水工程更多的则是考虑提 高深层滑面指标的工程。除此之外还有深入滑体工程的立体交织 l r 第_ 二章1 4 滑坡整治工程设计 以及柔性与刚性结构的巧妙结合等等。 2 7 动态设计与信息化施工 滑坡是一个活动的病害体，无时无刻不在受环境条件的影响 及进行着形变与能量的交换，加上地质条件的复杂，人们不可能 在有限的手段和条件下对滑坡有非常深入的认谚 ，因此随着时间 的推移和工作的深入，必须对原设计进行更合理的调整和完善。 这就是动态设计与信息化施工。 滑坡设计是一个对已知规律的利用和探求未知规律的过程。 作为设计人员，务必实事求是，敢于改变和完善自己的思维定式。 使设计更加真实合理。 首先在认识上，五年时间里经过滑坡的勘察、设计、施工及 科研工作，使我们在工作、实践和科研中拥有再认识的机会，对 滑坡的性质形成条件有了进一步的认识。主要表现在： ( 1 ) 滑坡是由错落体转化而成； ( 2 ) 龙胆溪的深层切割是滑坡形成的重要原因； ( 3 1 有更深层的滑面存在； f 4 1 岩石及滑体的蠕变特性将是未来长期影响滑坡及自身作 用和发展的一大特征； ( 5 ) 地下水比较发育，且局部相当丰富。工程范围内探明地下 水主要有两层分布，个别部位三层。 在抗滑桩旋工期间进行地质编录，是滑坡施工中加深地质工 作的非常重要的一环，也是滑坡整治工程设计进行完善的最好的 机会。事实上对l “滑坡在施工中揭示的地质条件、滑坡规模与 原设计地勘资料对滑坡的认识基本一致，主要是抗滑桩深层滑面 和深层潜水的问题。 对抗滑桩的动态设计，其关键就在于桩底位置的准确定位。 对此，主要基于以下三个原则： 其一是抗滑桩设置要保证其在整体治理工程以及桩排中的 组合协调作用； 其二是抗滑桩的桩长要以目标滑面为依据； 北京交通大学l 司等学力碗上论立 其三是抗滑桩底定要深入其针对的滑面以下至少若于米 ( 视桩底岩性而定) 。 其它主要动态设计具体表现在： ( 6 ) 对锚索抗滑桩开挖中揭示的新的基岩面和深层滑面的情 况对桩长进行了及时变更，既有增加也有减少。如通过重新计算 取消了4 3 号锚索抗滑桩。使本工程既不增加过多的工程量，又 达到设计的目的。 ( 7 ) 对普通抗滑桩开挖中揭示的新的基岩面和深层滑面的情 况进行了设计变更。通过重新计算取消了2 号抗滑桩。 ( 8 ) 根据施工中发现的地下水问题，重新设计了地下排水工 程。孔深平均约6 7 米。 ( 9 ) 根据滑坡的发展变化情况，在公路内测一断面范围补 充了空缺的小框架防护工程。 ( 1 0 ) 对公路外侧与抗滑桩顶间的坡面，因长期坍塌对公路正 常运营十分不利，所以增设了锚杆横梁工程及路肩锚杆工程。 值得提出的是，第一序桩的开挖结果给我们更准确地认识龙 月旦溪滑坡群的成因和性质提供了重要的信息，有了对更深层滑面 及其以下岩性的准确判断。 本滑坡在对滑动面及规模的认识上比预期明显不利的情况 下。设计人员通过反复计算分析、优化设计，使总的抗滑桩规模 没有过量的增加，设计总桩长仅在发出的变更设计中由原设计 1 9 2 4 5 m 的基础上增加了6 5 5 m ，平均每根桩只增加了1 5 2 m 。 对这么大的工程，作到如此控制，是非常难得的。 滑坡的复杂性在西滑坡得到了充分体现，证实了原来对该滑 坡多条、多级、多层滑面的认识，特别是滑坡形成机理及更深层 滑面的认识，指导了设计，避免了失误，取得了成功。说明施工 地质编录和施工中对滑坡的再认识非常重要。 北京交通人学同等学力硕j ：学位论文 3 预应力锚索框架 3 1 引言 预应力锚索框架稳定边坡的作用原理主要有两方面：是预应力锚 索将被加固体作为支护体系中的一个组成部分，充分利用和调动岩土体 的物理力学特性，通过灌浆技术将预应力提供点深置于边坡后部的稳定 土体与岩体中，从而为获得足够的、稳定的预应力值提供保证。同时岩 土体在正向压力作用下，可使浅表层滑移面土体的摩擦力增大，从而提 高滑移丽的抗剪强度( 特殊情况可采用灌浆方法提高滑移面的土体强 度1 ，增大坡体阻滑力，阻止滑坡体沿既有滑移面继续滑动，使软弱面i i b j 产生挤压结合( 反压) 技术。二是混凝土框架在预应力锚索的拉力作用 下，较大范围的抑制了边坡变形，即通过坡面上混凝土框架粱和预应力 锚索的有效地连接，形成一个由表及罩的加固体系，从而达到防止整体边 坡失稳的目的。 在对岩体表面防风化和环境美化方面，预应力锚索框架也具有其它 抗滑工程无法比拟的优点。首先可在框架内直接回填种植土也可用土工 网和局部喷砼，对岩面封闭加强，再辅以耕植土种植植被，利用植被的 根系作用完成表层保护和环境美化。 另一方面，预应力锚索框架是一种柔性的支挡加固，锚索承担全部 滑坡推力，对锚索的防锈处理至关重要。由于锚索不能承受剪力作用， 因此，对于大型滑坡治理工程，经常采用预应力锚索框架为辅助手段， 多种抗滑工程相结合的治理工程措施，一方面由锚索施加的顸应力将滑 动岩体与稳定岩体紧密地连为一体，增加岩体各层面的抗滑力，另一方 面发挥抗滑桩的抗剪作用，“钉”住滑动岩体，这样彳胄取得较好的抗滑 效果。 但目前，锚索框架的设计和使用大多是基于经验的，对于其作用机 理缺乏认识，没有一种合理的计算模式。本报告采用理论分析与现场试 验相结合的方法，研究框架与边坡岩土的相互作用的机理，得出了较为 合理的计算模式。 2 l 第三章预应力锚索框架 3 2 现行设计理论和方法概述 预应力锚索框架是由预应力锚索和框架组成的复合工程结构，锚索 框架如图3 - 1 所示： 图3 - t预应力锚索框架示意图 在这种结构中，预应力锚索承担全部滑坡推力，框架的作用是将一 个个孤立的锚索体连接成一个整体，既起到反力墩的作用。又可扩大防 护范围。 它的设计由预应力锚索的设计和框架设计两部分组成。 3 _ 2 1 预应力锚索设计 预应力锚索的设计主要有以下内容： 北京交通大学同等学力硕士学位论文 采 计算滑坡推力 磊砸砸可酥硒 计算每根锚索的设计拉力值 依据锚索拉力设计值进行锚固体设计，确定 锚固段长度、注浆材料和施工工艺 确定锚索自由段长度及锚索总长 锚索拉拨试验 锚索防腐设计 施工 其中锚索拉力大小由滑坡推力所确定；锚索体的设计可参见本论文 4 3 2 。2 2 。 3 2 2 框架设计 框架主要承受锚索拉力以及由锚索拉力引起的地基反力。在实际工 作中，常常采用倒粱法进行设计计算，它基于以下两条假设： a 将坡面反力视为作用在框架上的荷载，把锚索作用点看作支座， 将框架粱作为倒置的交叉粱计算。 h 认为整个框架为刚性，假定坡面反力呈直线分布，将横梁和立柱 看作相互独立的连续梁。 其计算简图如下： 第三章预应力锚索框架 q p 1p 2p 3 图3 2 框架梁计算简图 如果各点的锚索拉力均相等，即p ，= 岛= p 3 则可作进一步简化。如 图3 - 3 ：耿对称结构进行设计计算，具体步骤如下： l 4l 3 r 一f r 图3 3 框架梁对称结构计算筒图 a 地基反力计算 取对称结构4 ，由锚索拉力计算地基反力g g = p 4 a = ( 1 1 + 1 2 xn + ( 1 3 十1 4 - a ) x b 式中：a 单元体面积 p 锚索拉力 b 框架内力计算 对于竖肋，最大弯矩发生于锚索拉力作用点： m 。= g ，j 。2 2 4 ( 3 一1 ) ( 3 - 2 ) ( 3 3 ) 苎塞塞望查兰旦兰兰生堡圭兰些丝兰 中心0 点弯矩m o = qr ，+ ，2 j 2 2 p 如( 3 - 4 1 对于横梁，最大弯矩同样发生于锚索拉力作用点： 尬。= q 1 4 。2f 3 5 1 中心0 点弯矩。 厶，。qr f ，+ b j 2 2 p 如f 3 - 6 1 根据所求的弯矩，可进行框架横梁立柱的配筋计算。 这种设计方法非常简便，其结果也基本符合工程应用要求，因此工 程技术人员乐于采用。但是由于没有考虑到梁与土体的共同变形，人为 的假定了地基反力的分布情况，这种方法无疑是非常粗糙的，有必要进 行改进。 3 3 现场测试数据分析 在现场选取第1 6 号、2 5 号两组锚索框架，以框架竖肋及中间的一 道横梁作为测试对象，在框架内部受力钢筋中安装钢筋计，在框架底部 埋设土压盒，测试框架的内力及外力分布情况，绘制受力分布曲线，检 验现有的计算理论。同时选取1 4 孔锚索作为研究对象，在锚索头部设置 压力传感器，测试锚索的受力情况。 g - 墨 一 s 怄 埔 斟 3 - 3 1 土压力测试 立柱长( m ) 051 0 1 52 0 一设讣地基反儿 | 一实测地基反力 ， 、 ， 厂、一 | ， 图 3 4 框架立柱地基反力图 从图3 - 4 土压力测试结果来看，实测地基反力与原设计按照刚性梁 。卸蚰鲫瑚 笙三皇苎壁生塑室堡墨 假定采用直线形地基反力分布有较大出入，实测地基反力呈现出忽大忽 小的波动状态，其基本规律是，在预应力锚索作用点地基反力较大，其 余各点地基反力较小。同时在锚索作用点下地基反力大小并不相等，说 明在框架梁下地基岩土体并非均质，存在软硬不均匀，这与现场施工时 底面的平整程度、采用的片石厚度以及坡面的地质情况有关。 由地基反力的不均匀性，可以得出原设计采用刚性梁假定计算框架 是不合理的，没有反映梁与土体的共同变形作用，因此应对这种设计方 法进行必要的改进。 另外在地基反力图中，除8 5 m 处一点外，其余各点均在设计地基 反力之内，说明原设计是满足要求的。 3 - 3 2 框架立柱内力测试 童 之 琶 恻 茸 栅 立柱长( m ) j = 蒙耄瓣：； 、“ ， ，1 01 5 一 ： v1 _ p 一、 v v 图3 5 框架立柱弯矩图 从图3 - 5 弯矩图来看，实测弯矩值与设计弯矩值是一致的，在各锚 索作用点处靠山侧弯矩最大，各锚索作用点之间弯矩最小。 同时实测弯矩值较小，除4 1 5 m 一点外，其余各点没有出现负弯矩， 与设计值偏差较大，这说明设计方法与实际情况有出入，偏