基于力学分析的预应力锚索桩板墙施工工法研究.pdf

第 36 卷 第 4 期 2 0 1 1 年 8 月 公 路 工 程 H i gh w ay E n gi n e eri n g V o1 3 6 N o 4 A u g 2 0 1 1 基于力学分析的预应力锚 索桩板墙施工工法研究 杜文杰 鲁高群 李振存 1 郑州新区管委会 建设 环保 局 河南 郑 州450000 2 长 沙理 工大 学 交 通 运输 工 程学 院 湖 南 长 沙 4 10076 摘要 以某高速公路预应力锚索桩板墙施工 为例 通 过对 预应 力锚索桩板墙 不同施工工艺下 抗滑桩力学 分析 对其施工过程中的控制要点进行 了讨 论 并对预应力锚索桩板墙施工工法选 择进行 了探讨 实 践证 明 这些 探讨对 以后类似工程的施 工有一定的参考 和借鉴意义 关键词 预应力锚索桩板墙 力学分析 施工工法 中图分类号 U 417 1 1 文献标识码 B 文章编号 1674 0610 2011 04 0158 03 B ased on Mech an i cal A n al ysi s of P restressed A n ch or R eta i nin g Wa l l C on stru cti on Meth od R esearch D U W enji e LU G aoqun L I Z hencun 1 E nvi ronm ental Protecti on and Constructi on A gency of Zhengzho u N ew D i stri ct Adm i ni strati ve Com m i t tee Zhengzhou H enan 450000 C hi na 2 T raff i c and T ransportati on E n gi neering A cadem y of C han gsha Uni versi ty of Sci ence and Technol ogy Changsha H unan 410076 Chi na 1 概述 K ey w ords prestressed cabl e sheet pi l e w al l m echani cal anal ysi s constructi on m ethod 随 着我 国高 速公 路不 断 向西 部 山 区发 展 遇 到 的工程地质越来越复杂 为了保证路基的稳定及工 后道 路运 营的安 全 必须 采 用 大量 的支 挡结 构 然 而山区道路由于地形 地质的限制 传统的重力式及 衡重式挡土墙显得很不适用 在这种历史背景下 预应力锚索挡 土墙作为一种新型的挡土墙应运而 生 并被广泛应用在公路 铁路 水利等土木工程行 业 取得了很好的效果 典型预应力锚索挡土墙结 构形式如图 1 所示 预应力锚索桩板墙与重力式 挡土墙 的不 同之处 在 于它 是一 种 柔性 结构 允 许 有 较大的变形 其受力比较复杂 桩土作用机理至今还 不是很 清楚 马跃 考 虑 土压 力 分 布 及 不 同 工 况 条件下 采用弹性支 点法对预应力锚 索桩板墙 的 桩一锚 体系进 行模 拟计 算 并 对桩一 锚 体 系 的 内力 进 行 了分析总 结 李 中 国 对 设 有 两排 锚索 的桩板 墙进行了现场测试 选取不同施工工况 测试了桩身 钢筋应 变 变形及 锚索索 力 结果表 明不 同施 工工况 对桩板墙 内部应 力影 响很 大 甘建 国 通过 在 现场 布置测试元件 对锚索桩 板墙后 土压力及 桩锚 固段 接 触应力分布进行 了测试 结果表明 由于存在锚索预 应力的作 用 预应力锚 索桩板墙结 构存在 明显 的 水平土拱效应 预应力锚索的限位作用不但改变 了土压力沿墙高的分布形式 也使得合力的大小和 合力的作用点的位置发生了明显的改变 另外 文献 5 9 也对预应力锚索桩板墙的受力及施工工艺 做了一些介绍与分析 但总体来讲 预应力锚索桩 错索孔 蘑基填辩 一 日 t 同蛊 I O 0 麓 面线 桩 桩 蛀 桩 l 桷 图 1分离式预应 力锚索桩板墙结构图 收稿 日期 2010 11 06 作者简介 杜文杰 1983 男 河南济源人 硕士生 主要从事道路建设与管理工作 学兔兔 w w w x u e t u t u c o m 第 4 期 杜文杰 等 基于力学分析 的预应力锚索桩板墙施工工法研究 159 板墙作为一种新型的文挡结构 其施工工艺尤其是 考 虑桩 板墙 不 同工 况下 内部 不 同应力 应 变下 的施工 工 艺还不 是很 成熟 需要 进一 步进 行完 善 2 预应 力锚 索桩板墙抗滑桩 受力分析 预 应力 锚 索桩 板 墙 由抗 滑 桩 桩 间挡 土板 及 预 应 力锚 索组 成 是一 种柔 性 的支挡 结构 随着板 后填 土的升 高 抗 滑桩及 预 应 力 锚 索 会 产 生一 定 的协 调 变形 并 产 生一定 的转 角 锚 索 桩 板 墙 结构 计 算 图 示 由图 2 所示 m 假 定桩 上设置 n 排锚 索 则 桩 为 n 次超 静 定 结 构 桩 锚 固端顶 端 0 点 处 桩 身 弯矩 及 剪 力 Q 计 算 如下 M M 1 J Q Q 一 Rj 2 式中 M Q 分别为滑坡推力或岩土压力作用于桩 0 点处的弯矩 剪力 尺 为第 排锚索拉力 f为第 排 锚索 锚拉点 距 0 点 的距 离 R n 可 1 彤 R 2 R l 图 2锚 索桩板墙 结构计算 图示 由地 基系数 法 简化 为 多层 K 法 可计 算得 南 3 岛 箍 4 式 中 为桩 的无量纲 系数 E 分 别 为桩 的弹性模 量 截面惯性 矩 瓦 分 别 为 桩锚 固段顶 端 0 点处 桩的位 移 转角 为桩 的变 形 系数 从 上式 中可 以看 出 预应 力锚 索 改 变 了桩 身 的 受力状 态 具 体表现在 以下两 个方 面 一 是 限制了桩 身弯 矩的增加 二 是 限制 了桩 身 的位 移 时 间 也 表 明 在预应力锚索设置合理的前提下 桩身的弯矩和 位移 能得 到很 好 的控 制 3 预应力锚索施工方法及最不利工况分析 随着 预 应力 锚 索 桩板 墙 的不 断 发展 其 施 工 方 法 也在 不 断改 进 就 目前 来 讲 预 应力 锚 索 桩 板墙 的施 工 方法 主要 有 以下 3 种 先 锚后 填工 法 先 施工 桩 和 预应 力 锚 索 然 后 逐步 填 土和张 拉锚 索 该 种施工 方法 有利 于节 约 工期 有 利 于保 障锚 固段注 浆 质 量及 减 少 了 注 浆量 的无效损耗 但预应力锚索易腐蚀 易受意外损伤 先 填后锚 工法 先施 工 桩柱 和 土 方 后 施 工 预应 力锚 索 以一 排 预 应 力锚 索 为 一层 分 层 施 工 每层先填到预应力锚索孔 以上适 当位置 接着进行 预应 力锚 索施 工 如此循 环 直 至施 工完毕 该 种施 工方 法有 利 于填 土和压 实和 降低 了锚 索受 意外 伤害 的概率 但增加了钻孔及注浆的工程量 且不利于土 方 的压 实 填锚结合工法 该方法是结合 了上 述两种 方法的特点 是先填方到设计允许高度 人工或机械 开挖 钻机 钻 孔的工 作 坑 进行 预 应 力锚 索 施 工 并 进 行 10 的初 张拉 然后 继续 向上 施 工 如此 循 环 直 至完 工 该方 法钻 孔 安 全方 便 避 免 了锚 索 的意 外 损伤 但对填土压实有影响 且不能平行施工 影响 了工 程 的进度 预应力锚索的存在 大大改善了桩的受力状况 但无论采取哪种施工工法 都必须对施工过程 中的 最不 利工 况进 行 控 制 根据 上 述 分析 可 知 最 不 利 工况 有 以下几 种 设置最下排预应力锚索前的悬臂填土阶段 设置预应力锚索并施加初始预应力阶段 填 土至 上一 排预应 力锚 索高 程 尚未设 置上 一 排预应 力锚 索阶 段或最 尚一排 预应力 锚索施 工完 毕后 填 土至路 基面 阶段 在设 计过 程 中要对上 述最不 利工况 进行 分析验 算 在施 工过程 中要根 据 实 际情 况选 择 合 适 的施 工 工法 尽量缩短在最不利工况停留的时间 以确保工 程 的质量 和施 工安 全 4 预 应力锚 索桩板墙施工工法选择 预应 力锚 索桩 板墙施 工工 法概 括 起来 有 上述 3 种 工法 但究 竟采 用那种 工法 要 根据 以下情 况进行 选 择 工期 如果工期 比较紧 则可 以选择先锚后 填 的工 法 提 前进行 锚索施 工 反 之则 可以选 择其他 工法 学兔兔 w w w x u e t u t u c o m l 60 公路工程 36 卷 工程地 质 情 况 工 程 地 质 情 况 是 影 响 工 法 选 择 的重要因 素 如 果边 坡 较 为 陡峻 坡 上安 装脚 手架不安全 不经济 且钻孔施工难度较大的 可以 选 择先锚后 填或填 锚 结合 的 工法 反之 则 可选 用先 填 后锚 的工法 工程重要系数 对于重要系数高的工程 不 允许 出现较大挠度和弯矩 要采用先填后锚的工法 反之则可采用填锚结合及先填后锚的工法 压实度 由于先锚后 填和填锚结合 的工法 都会 对压实造 成一定 的影 响 因此 对 于对 压 实度 要 求较高的工程 可选用先填后锚的工法 反之则可采 用其他工法 预应力锚索挡土墙施工工法的选择受多种因素 影响 在施工期间应进行多方面的考虑 以保证工程 的质量 和施 工期间 的安全 5 工程实例 某高速公路 k3oo 812 一k300 883 5 段为半 填半挖路基 其中 k300 812 为隧道的出 口 该段 地势起伏不平 地形变化大 总体地形北低南高 路 线经过地段 山体 自然坡角在 l 0 一2O 之间 局部 地段可达 30 左右 地面标高在 339 02 374 10 m 相对高差 35 08 m 出露地层上覆为第 四纪 Q H 残 坡积层 下伏 为 泥盆 系 棋 梓 桥 组 D 中风 化 白云 质灰 岩 考虑 到工 程地 质情 况 及 绿色 环 保 节 约用 地 的施 工理念 故 在 k300 812 一k300 883 5 设 置 预应力锚索桩板墙 桩为挖空桩 嵌入岩体中风化 不小于桩长的 1 3 桩截面尺寸为2 m 3 m 中心距 为 5 m 采用 3O 现浇砼 挡土板 长 为 4 m 采用 25 号 预制砼 由于该填方路段为土石混填路基 进行预应力 锚索钻 孔施工 时很 容易卡 钻 且边坡 较陡峭 在桩外 搭设钻孔脚手架既不安全又不经济 同时考虑到结 构的重要性 不允许出现较大的挠度与转角 因此决 定采用填锚结合 的方法进行预应力锚索桩板墙施 工 桩板 墙施工如 图 3 图 4 所 示 结 果 表明 采用 填 锚结合 的施工工 法 不仅 确 保 了预 应 力锚 索桩 板 墙 的施工 质量 降 低了施工 期间的 风险 同时也提高 了工程 的经济效益 6 结论 通过对 预应力锚索 桩板墙 抗滑桩 的受力分 析 图 3 挡 土板 施 工 图 4 锚 索施 工 可知预应 力锚索 在控制抗滑 桩挠度 与位移方 面起很 大作用 对预应力锚索挡土墙施工工法及最不利工 况进行了探讨 并给出了施工工法选择的影响因素 最后结合某高速公路预应力锚索挡土墙 的施工实 例 采用填锚结合的施工工法取得了良好的效果 参考文献 1 张玉芳 杨廷 房锐 高轻型支 挡技术及应用 M 北京 科技出版社 20 10 2 马跃 李红卫 陈华 弹性支点法在预应力 锚索桩板墙 计 算中的应用 J 中外公路 2008 28 6 50 53 3 李中国 赵有明 张玉芳 某高速公路锚索桩板 墙原型测试与 分析 J 岩土工程学报 2008 30 5 739 744 4 甘建国 李志永 邓宗伟 预应力 锚索桩板墙受力 现场测试与 计算研究 J 公路工程 2007 32 5 105 109 5 王武现 张智 预应