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第四部分 滑坡治理工程设计 设计步骤 一 滑坡认识1 勘察成果消化2 外业勘察核实3 综合滑坡分析 二 滑坡治理工程设计 以抗滑桩为例 1 滑坡设计原则及应重点考虑的问题2 滑坡稳定性分析3 指标反算4 推力计算5 内力计算6 配筋设计7 割筋设计8 设计图纸9 工程预算 滑坡防治工程设计的技术规定 1 防治工程设计的前期阶段工作和设计的概念滑坡防治工程设计前期阶段工作设计文件是沿用铁路工程设计的习惯分数和称谓 滑坡防治工程设计应经过项目建议书 防治工程可行性研究 防治工程初步设计 防治工程施工图设计等多个不同过程的研究和设计 必要时还有补充施工图设计 它们对应的前期勘察阶段分别是 可行性研究勘察 初 步 勘 察 阶段 详 细 勘 察 阶段和施工勘察阶段 而设计阶段则又是一回事 它一般分为一阶段设计和二阶段设计 除非特殊要求才有三阶段设计 毕竟滑坡防治工程相对于铁路 公路和其他如桥梁 隧道等大中型工程而言规模要小一些 在设计阶段的选择上很少有技术设计的过程 反而常有补充施工图设计的过程 一阶段设计只做施工图设计初步和施工图设计 三阶段设计包括初步设计 技术设计和施工图设计 如一阶段初步设计 一阶段施工图设计 二阶段初步设计 二阶段施工图设计 这个阶段就不同于的阶段 如这个阶段只规定初步设计 技术设计和施工图设计为阶段 而不讲可行性研究等作为阶段 如不经过初步设计直接进行施工图设计的就叫一阶段施工图设计 既作初步设计又做施工图设计的设计文件 如果是初步设计就叫二阶段初步设计 是施工图设计的就叫二阶段施工图设计 防治工程设计依据 防治工程设计的主要依据有三种 第一是合同协议意向书等法律性文件 这是进行防治工程设计和使防治工程文件有效的首要条件 至于合同鉴定后的设计变更 则是另一回事 它只需会议纪要等即可 第二是前期提供的有关设计项目的前期调查报告 勘察文件 收集的资料等技术性文件资料 第三是相关规范与标准 目前 主要引用和参考的规范有 建筑地基基础设计规范 GB50007 2002 建筑边坡工程技术规范 GB50330 2002 公路路基设计规范 JTGD30 2004 铁路路基支档结构设计规范 TB10025 2001 混凝土结构设计规范 GB50010 2002 建筑抗震设计规范 GB50011 2001 公路工程技术标准 JTGB01 2003 堤防工程设计规范 GB50286 98 砌体结构设计规范 GB50003 2001 锚杆喷射混凝土支护技术规范 GB50086 2001 水电水利工程边坡设计规范 DL5353 2006 地质灾害防治工程设计规范 GB50029 2004 滑坡防治工程设计与施工技术规范 DZ50029 2006 三峡库区三期地质灾害防治工程设计要求 2004 12 公路设计手册 路基 等其它国家现有规范 防治工程设计依据 防治工程分级 同样是一个滑坡 其危害对象可能是城镇居民 工矿企业 道路桥梁 不同的危害对象可能造成不同的经济损失 则对该滑坡的防治力度的要求就不同 因此可通过分级予以定位 最后体现在不同的安全系数 或不通过分级直接在安全系数的取值来反映 对于公路滑坡 其防治工程力度一般随着倍防护工程的安全级别确定而通过安全系数自然确定 这样通过综合判断 直接定安全系数而无需分级 而对于非公路边坡可另作规定 如三峡库区三期工程将地质灾害防治工程分为三级 而工程等级的确定则是通过危害对象 危害人数和可能造成的经济损失三项指标中的两项 地质灾害防治工程分级 水电水利工程边坡分类和级别划分 设计工况 设计工况将滑坡所处位置的发育条件 诱发因素尤其水的影响作用而定 一般情况下有以下几种 工况1 持久工况 自重 地表荷载 正常地下水工况2 短暂工况 自重 地表荷载 N年一遇暴雨工况3 偶然工况 自重 地表荷载 正常地下水 地震工况4 偶然工况 自重 地表荷载 N年一遇暴雨 地震 而三峡库区三期共有5个工况即 工况1 自重 地表荷载 水库特征水位 N年一遇暴雨 q枯 工况2 自重 地表荷载 水库特征水位 N年一遇暴雨 q全 工况3 自重 地表荷载 水库水位从175 0m降至145 0m N年一遇暴雨 q枯 工况4 自重 地表荷载 水库水位从162 0m降至145 0m N年一遇暴雨 q全 工况5 自重 地表荷载 N年一遇暴雨 q全 其中 N对于 级滑坡工程分别为50年 20年 10年一遇期 安全系数 安全系数一般是根据滑坡保护工程的重要性 滑坡防治工程分级 对于滑坡规模 性质和成因的了解程度而定 如对公路而言一般工程可取K 1 10 1 25 对重要工程可取K 1 25 1 30 若在地震作用下K 1 05 1 10 对三峡三期防治工程 不同工况下的安全系数规定如下 滑坡设计中应考虑的问题 1对包括勘察资料在内的一切与滑坡有关的背景资料 历史资料 监测数据图纸等资料进行分析总结 既要尽可能利用到前期成果又不可轻信 以上偏失的数据和分析意见 要有通过自己的深入分析 总结出更深刻的属于自己的认识 2工程的可行性3工程的先进性 4工程与工程间的协调性5工程与环境的完美结合6工程的可实施性7工程的耐久性和长期安全性8设计中慎重注意的问题 桩长问题 质量问题 应急预案和事先预测 滑坡设计中应考虑的问题 滑坡推力计算 滑坡推力计算是防滑工程设计所必须的工作内容 初涉滑坡防治工作的技术人员往往觉得难以把握 滑坡推力计算主要涉及以下内容 1 滑坡推力的计算范围 2 计算公式的选择 3 滑带各段强度指标 c 值的选取 4 附加力的考虑与确定 5 安全系数的确定 6 计算推力的校核 滑坡推力计算范围的确定1 首先从地质分析上划分各滑动条块 各条分别计算 2 同一条滑坡是否分级及前后级之间的关系 一般只计算到贯通裂缝的一级 若前面稳定后面自然会稳定 3 多层滑面应分层计算其滑坡推力 计算公式的选择计算方法很多 应根据不同滑面情况选择 一般多用分块推力传递系数法 第i块的剩余下滑力为 Ei KWisin i Wicos itg i CiLi Ei 1 i式中 K 安全系数 一般取K 1 10 1 25 Wi 第i块滑体的重量 KN i 第i块滑体滑面倾角 度 Ci 第i块滑体滑带土的黏聚力 Kpa i 第i块滑体滑带土的内摩擦角 度 Li 第i块滑体滑面的长度 m Ei 1 第I 1块滑体滑面传给第i块滑体的剩余下滑力 i 传递系数 i cos i i 1 sin i i 1 tg i 滑带各段抗剪强度指标 c 值的选取1 由于地质条件和土性的差别很大 不同滑坡c 值差别较大 取样试验因取样代表性 试验方法等问题导致数值分散 故至今国内外均是参考试验值并结合经验值 用反算法求主滑段c 值 2 试验法 既要做原状土的 更要做重塑滑带的不同含水量下的 天然 塑限 软塑状态 峰值强度和残余强度 3 经验数据对比是指同类地质条件下同类型滑坡滑带土指标的类比 牵引段和抗滑段岩性变化和c 值变化小 可据经验选取 4 反算法 主要是反算主滑段c 值 1 首先判定滑坡当前的稳定度 如1 0 0 98 1 02等 2 一个平衡断面方程求一个指标 两个平衡断面方程联立求c 两个值 也可用图解法求 3 有条件恢复滑前极限平衡状态时 用极限平衡断面反求 若无法恢复原断面时 如古老滑坡 只能以现有稳定断面反求 附加力的考虑1 地震力的考虑 7度以上地震区考虑 2 静 动水压力的考虑 3 滑体浸入水下浮力的考虑 4 其它附加力的考虑 安全系数的确定1 对滑坡性质等了解的程度 清楚者取小 不清楚者取大 2 保护对象的重要性 重要者取大值 3 滑坡的危害性 危害大者取大值 4 临时工程取大值 永久工程取大植 计算推力的校核1 从当地已被破坏建筑物的强度确定其下限值 2 从当地滑坡剪出口和抗滑段滑体厚度界定滑坡推力下限值 如被动土压力 3 从类似滑坡性质和规模比拟滑坡推力值 滑坡治理工程分项设计 冲刷防护 滑坡坡脚受到江 河水流 波浪的冲刷 是坡体稳定性恶化 产生灾害 因此 应根据滑坡重要性和工程的要求 进行必要的冲刷防护 冲刷防护工程一般分为 直接防护 间接防护 改变水流方向 改变冲刷部位 形成新的河轴线 改河工程 改变河道 冲刷防护工程常用类型及适用条件 1 抛石防护此类防护应用很广 对经常浸水且水深较深地段的路基边坡防护及洪水季节防洪抢险时更为常用 材料石料 要求质地坚硬 耐冻且不宜风化崩解 缺少石料地区也可用预制混凝土块作为抛投材料 结构1 抛石的尺寸 保持石堆的稳定为前提 抛石堆顶上石块的稳定计算实验表明 这种情况下石块的稳定受滑动控制 因此 可建立水流冲击力与石块摩擦力的平衡方程 得到 2 抛石堆的坡度和顶宽 水下边坡不宜陡于1 1 5 当水较深 水流较大时 不宜陡于1 2 1 3 顶宽 不应小于所用最小石块尺寸的2倍 2D 3 断面形式 岸坡和已有路基边坡 断面形式见下页 施工注意事项 为了使抛石堆有一定的密度 宜用不小于计算D尺寸的大小不同的石块掺杂抛投 除防洪抢险外 一般应于枯水季节施工 2 干砌片石护坡 单层 双层 夯实整平边坡 先作1 2层砂 砾石垫层 垫层厚10 15Cm 坡脚基础作法 墁石铺砌 冲刷深度1 0m时 浆砌片石脚墙 冲刷深度1 0m时 3 浆砌片石护坡 材料 坚硬石块抗压强度应大于30MPa 耐冻 不易崩解 风化砂浆 一般75 严寒地区100 3 结构 垫层 10 15cm 卵砾石垫层 护坡厚度d 一般不小于30cm V 6m s时 采用d 50 60cm 也可计算 如右图 4 混凝土板护坡材料 混凝土板 C15严寒地区 C20结构 见下页图 混凝土板尺寸 混凝土中的孔眼 垫层为了铺设时受力均匀 设砂砾石 卵砾石垫层 厚度一般10 15cm 石笼内充填 坚硬不易崩解的卵石 块石 块径应大于网孔尺寸 5 石笼防护 2 石笼网 长方体和圆柱体 排水工程 在边坡上设置地表和地下排水系统的目的在于减少地表水入渗 降低地下水位 增强边坡稳定性 实践证明 完善的排水系统对于边坡稳定具有重要作用 并作为一种重要的辅助工程措施 与抗滑结构一道成为边坡工程整治的重要手段 排水系统的设计应结合边坡工程地质 水文地质条件以及降雨条件 制定地表排水 地下排水的设计方案 地表排水系统的工程设计标准应根据防护对象等级所确定的防洪标准予以确定 地下水排水工程应根据滑动面位置 含水层与隔水层水文地质结构及地下水位动态变化特征等因素采用排水隧道 仰斜排水孔等工程措施 地表排水系统设计地表汇水流量计算缺乏相关资料时 可按如下经验公式计算 排水沟断面形状可为矩形 梯形 复式 U形等 其中矩形 梯形排水沟具有施工方便 易于维修清理 较大的水力半径等原因而应用最为广泛 在排水设计中宜优先考虑 地表排水工程水力设计 应确定排水沟断面或校核已有排水沟过流能力 排水沟过流量按下式计算 C流速系数可以根据巴浦洛夫共识或满宁公式计算 地下排水系统设计拦截坡体深层地下水 降低地下水位 可在坡体内部设置横向排水隧道 与地下水流向基本垂直 纵向排水隧道可设置在坡体内部 两侧设置与地下水流向基本垂直的分支截排水隧道或仰斜排水孔 配有排水孔的截排水地下隧道排水能力可按下式计算 抗滑桩设计 抗滑桩设计的要求 1 抗滑稳定安全系数满足设计要求值 保证滑体不越过桩顶 不从桩间挤出 2 桩身要有足够的强度和稳定性 桩的断面和配筋合理 能满足桩内应力和桩身变形的要求 3 桩周的地基抗力和滑体的变形在容许范围内 4 抗滑桩的间距 尺寸 埋深等都较适当 保证安全 方便施工 并使工程量最省 抗滑桩设计的任务就是根据以上要求 确定抗滑桩的桩位 间距 尺寸 埋深 配筋 材料和施工要求等 包括 滑坡推力 受荷段地层抗力 锚固段地层抗力 桩侧摩阻力和粘着力及桩底应力等 1 滑坡推力作用 作用于滑面以上部分的桩背上 假定与滑面平行 每根桩承受的桩距 中至中 范围内的滑坡推力 推力分布根据滑坡具体情况可以为矩形 三角形和梯形 2 桩前滑体抗力 根据设桩的位置及桩前滑坡体的稳定情况 抗滑桩可分为悬臂式和全埋式两种 3 锚固段抗力 当锚固段桩周岩土处于弹性变形阶段时 可按弹性力计算 桩周摩阻力 粘着力以及抗滑桩的基底应力一般不予考虑 作用于抗滑桩的外力 抗滑桩的计算宽度对不同截面形状的桩 土体的影响范围也不相同 为了将空间的受力简化为平面受力 并考虑桩截面形状的影响 将桩的设计宽度 或直径 换算成相当于实际工作条件下的矩形桩宽度BP 称为桩的计算宽度 矩形桩 BP b 1 b为桩正面边长 圆形桩 BP 0 9 d 1 d为桩直径 地基系数 常用K表示 是桩侧岩土体的弹性抗力系数简称 基床系数随深度变化规律 1 基床系数K不随深度变化 对于较完整的岩层地基 可以认为基床系数为一场量 即K CON 采用这种基床系数计算桩内力的方法称为 K 法 2 对于风化破碎岩层或密实土层地基 认为基床系数随深度成正比例增加 比例系数m通常根据试验实测或参考规范确定 按这种基床系数变化规律计算桩截面内力的方法通常称为 m 法 3 基床系数K随深度成抛物线规律增加 比例系数c可根据实测数据确定 刚性桩与弹性桩的区分 根据桩和桩周岩土的性质 若桩的位置发生偏离但桩轴线仍保持原来的线型 桩的变位系桩周岩土变形所致 这样的桩称为刚性桩 若桩的位置和桩轴线同时发生改变 即桩和桩周岩土同时发生变形 则称其为弹性桩 按K法计算当 h 1 0时 抗滑桩属刚性桩 当 h 1 0时 抗滑桩属弹性桩 按m法计算当 h 2 5时 抗滑桩属刚性桩 当 h 2 5时 抗滑桩属弹性桩 为桩的变形系数 为桩的变形系数 桩的平面布置与桩的埋置深度 桩的平面布置与桩的埋置深度问题是抗滑桩设计的关键桩的平面位置及间距滑坡体上部 滑动面陡 拉张裂缝多 不宜设桩 中部滑动面往往较深且下滑力大 亦不宜设桩 下部滑动面较缓 下滑力较小或系抗滑地段 经常是较好的设桩位置 实践表明 对地质条件简单的中小型滑坡 宜在滑体前缘设一排抗滑桩 布置方向应与滑体滑动方向垂直或接近垂直 对于轴向很长的多级滑动或推力很大的滑坡 宜设两排或多排抗滑桩分级处治 也可采用在上部设抗滑桩 下部设挡土墙联合防治 当滑坡推力特大时 抗滑桩在平面上可按品字形或梅花形交错布设 必要时 还可考虑采用其它型式的抗滑桩 抗滑桩的间距受滑坡推力大小 滑体土的密实度和强度 桩的截面尺寸 桩的长度和锚固深度 以及施工条件等多种因素影响 目前尚无较成熟的计算方法 合适的桩距应该使桩间滑体具有足够的稳定性 在下滑力作用下不致从桩间挤出 也就是说 可按桩间土体与两侧被桩所阻止的土体的摩擦力大于桩所承受的滑坡推力来估算 有条件时可通过模拟试验 取得土体能形成土拱的桩间距值 并结合实践经验来考虑桩的间距 一般情况下 当滑体完整 密实或滑坡推力较小时 桩间距可取大些 反之 则应取小些 此外 滑坡主轴附近桩距应小些 两侧边部桩距应大些 目前桩距一般选用6 10m 抗滑桩的锚固深度桩埋入滑面以下稳定地层的适宜锚固深度 与该地层的强度 桩所承受的滑坡推力 桩的相对刚度以及桩前滑体对桩的反力等因素有关 原则上由桩的锚固段传递到滑面以下地层的侧向压力不得大于该地层的容许侧向抗压强度 桩基底的最大压应力不得大于地基的容许承载力 根据实践经验 常用的锚固深度 对于土层或软质岩层约为1 3 1 2桩长 对于完整且较坚硬的岩层可采用4 6m长 抗滑桩计算 下面简单介绍弹性桩按弹性抗力法计算的基本原理 其中地基系数采用 m 法 图所示为滑面以下部分桩身 滑面以上部分悬臂梁对其产生水平力H0和弯矩M0作用 在荷载作用下 桩将发生挠曲 支承桩的弹性介质 土 将产生连续分布的水平抗力 忽略由于桩挠曲引起的竖向摩擦阻力 则各截面仅有水平向地基土反力 根据静力平衡条件 桩的各物理量之间存在如下关系 按 m 法时 有p mzyb0 代入公式整理得到 桩的特征值 由幂级数法可以求得其解 当地面处同时作用H0 M0时 地面处桩的水平位移y0和转角 为 由此可以求出距地面任意深度处桩身的位移 转角及桩身截面弯矩 剪力和桩侧土的水平应力 抗滑桩正截面设计 抗滑桩一般按受弯构件设计 配筋时按单筋矩形梁考虑 正截面受弯承载力计算公式 混凝土受压区高度按下式计算 式中为相对界限受压高度 矩形截面受弯正截面示意图 混凝土受压区等效矩形应力图系数 最大弯矩处配筋抗滑桩截面的最大弯矩为 则设计弯矩为 式中 为结构物重要性系数 对于安全等级取一级的取1 1 对于安全等级取二级的取1 0 三级的建筑物取0 9 为受弯构件安全系数 取1 35 1 40 截面有效高度 其中h为桩截面原始高度 a为受力钢筋砂浆保护层厚度 一般取0 10 0 15m 则计算截面的实际受压区高度系数为 若成立 则钢筋设计面积 选取钢筋直径为d 则主筋根数为 验算钢筋配筋率如下 若 和 同时成立 则满足要求 否则需要重新配筋 其它纵向受力钢筋的验算与钢筋相同 抗滑桩斜截面设计 矩形截面的受弯构件其受剪截面应符合下列条件 当时当时当时V按线性内插确定其中 斜截面上最大剪力V按下式确定 普通混凝土矩形 T形何I形截面的一般受弯构件 当符合下式要求时 可不进行截面的受弯承载力计算 仅需根据 混凝土结构设计规范 的有关规定按构造要求进行配置箍筋 抗滑桩内不设置斜筋 可采用调整箍筋的直径 间距和桩身截面尺寸满足斜截面的抗剪强度 当这些受弯构件仅配置箍筋时 其截面的受剪承载力应符合下列规定 式中 为配置在同一截面内箍筋各肢的全部截面面积 n为在同一截面内箍筋的肢数 为单肢箍筋截面面积 s为沿构件长度方向的箍筋间距 为箍筋抗拉强度设计值 按规范规定取值 一般抗滑桩截面符合 故应验算最大剪力设计值是否满足条件 若不满足条件则应调整抗滑桩的截面或提高混凝土强度 在斜截面满足上述要求下 进行箍筋配置设计 看是否需要按构造配置箍筋 若需要配置箍筋 则按下面要求配置 箍筋面积 箍筋间距 实际配筋率 最小配筋率 然后验算 是否成立 桩板墙 板桩墙承受水平土压力作用 通过桩底端的锚固段提供的被动土压力来保持稳定 根据有无锚栓及支撑情况 把板桩墙分为 悬臂式板桩墙 锚定板式板桩墙 内支撑式板桩墙 应用最为广泛的是悬臂式板桩墙 悬臂式板桩挡土墙的破坏 一般是绕底端以上o点转动 这样 在转动点O以上的前侧及O点以下的墙身后侧将产生被动土压力 在墙身后侧及O点以上部分将是主动土压力作用 根据力矩平衡条件可得 将计算求得的板桩入土深度 再提高20 作为实际板桩入土深度 则板桩总长度为 板桩最大弯矩截面处 对应的剪力为零 由此可确定其截面位置 板桩最大弯矩为 挡土板既可现浇 也可采用预制板拼装 若采用预制板时 其混凝土强度等级不低于C20 界面一般为矩形 槽形 也可采用空心板 挡土板厚度不得小于200mm 板块不得小于300mm 多采用500mm 板在桩上的搭接长度各端不得小于1倍板厚 预应力锚索抗滑挡土墙 为了改变普通重力式抗滑挡墙受力不合理 适用范围狭窄的局限性 预应力锚索抗滑挡墙充分发挥预应力锚固技术和普通重力式抗滑挡土墙这两种抗滑结构的优点 以最佳的组合达到最有效地整治滑坡的目的 通过施加在普通重力式抗滑挡墙上的垂直向预应力荷载和挡墙自身重力所产生的摩擦阻力来平衡滑坡推力 预应力荷载既能提高重力式挡墙的抗滑和抗倾覆能力又能提高挡墙墙体的抗剪强度 因而可以大大减小抗滑挡墙的截面尺寸和基础埋深 减少墙体工程量及基础开挖方量 从而降低整治滑坡的工程造价 并能拓宽适用范围 不仅能用于中小型滑坡的整治 甚至可用于大型滑坡的整治 使重力式抗滑挡墙这一传统的滑坡整治结构得到新生 通过施加在抗滑挡墙上的强大预应力荷载提供的摩擦阻力来平衡作用在挡土墙上的滑坡推力 并能提供较大的抗倾覆力矩 防治抗滑挡墙发生倾倒破坏 同时 预应力锚索的存在 可以加强抗滑挡墙自身的抗剪强度 防止抗滑挡墙发生剪切破坏 抗滑挡土墙可以就地取材 采用浆砌片石砌筑 由于这里的抗滑挡墙不再仅仅依靠自身的重力产生的摩擦阻力来平衡滑坡推力 因而 抗滑挡墙的截面尺寸不必做得太大 基础埋设深度也可以减小 抗滑挡墙的抗滑稳定性安全系数为 为预应力锚索抗滑挡墙的抗滑的稳定系数 一般要求 大于1 3 抗倾覆稳定性 为预应力锚索抗滑挡墙的抗倾覆稳定系数 一般要求大于1 6 根据结构受力计算得到的预应力锚索抗滑挡墙基础底面的压力 其值应符合以下两式的要求 对墙体抗剪进行验算 最后 根据验算结果进行结构设计 预应力锚索 预应力锚索体系能够及时主动地将拉力传递到岩土体上 充分发挥岩体的自承潜力 改善岩土体的应力状态 增强岩土体的强度和稳定性 减轻支护结构的自重 控制工程的有害变形的发展 节约工程材料 并能保证施工的安全与稳定 具有显著的经济和社会效益 预应力锚固技术具有独特的工程效应 施工工艺简便 用途广泛 造价经济的等特点 近二 三十年来预应力锚固技术在工程建设中的应用发展迅速 广泛运用于道路工程 地下工程支护 岩土边坡加固 水工结构工程 高边坡支护以及深基坑支挡 预应力锚索的设计就是根据锚固地层的工程地质条件 计算外荷载 根据计算荷载决定锚杆布置和安设角度 锚固体尺寸 自由段长度等 由预应力锚索提供的抗滑力为 锚索锚固段长度 当获得了滑坡推力后 根据确定的锚索间距及沿滑动方向上的锚索布置排数计算单根锚索的锚固力 预应力锚索设计中的一些技术问题 锚固角度的确定锚索倾角受多种因素的影响 如施工条件 滑动面倾角 锚索提供的抗滑力以及经济方面的考虑等 一般锚索设置方向水平下倾 当单位长度锚索提供的抗滑力增量最大时 认为锚索的倾角为最优锚固角 在此角度下 锚索能提供最大的抗滑力 但这种情况下 锚索的总长度比较长 成孔及灌浆难度大 达不到经济的目的 因此 从方便施工 既比较经济 又能提供比较大的抗滑力 一般选用的锚固角度为 预应力锚索的设置间距锚索间距取决于锚固力设计值 锚索直径 锚固长度等因素 应以所设计的锚固力能对岩体提供最大的张拉力为准 设置的间距过小 群锚效应很显著 会减轻锚索的锚固效果 间距太大 单根锚索分担的荷载大 同时不能形成有效的挤压带 锚索间距的选择 可参考以下几个准则 日本准则 锚索间距规定在1 5m以上 美国准则 规定6倍以上内锚固段直径间距 FIP准则 规定4倍以上内锚固段直径间距或2 0m以上BS准则 规定防止岩崩的锚索间距在1 5m以上 国内外工程实践表明 锚索间距一般在10m以内 对于斜坡岩体上的永久加固 要求锚索间距不宜超过4 6m 预应力锚索锚固段破裂面形状在极限抗拔荷载作用下 锚杆 索 的破裂面形状有各种不同的假设 最简单的假设是锚杆 索 沿浆体与岩土体的接触面破坏 锚索锚固段侧阻力是预应力设计中的一个重要的力学参数 一般说来 它与岩体的种类 完整性 风化程度 成孔工艺 灌浆材料以及灌浆压力等因素有关 根据工程经验 对于水泥浆胶结灌浆材料 侧阻力大小可按下表选取 国外大多常用的经验公式有 Willams方法 Horvath和Kenney公式 Reynolds和Kaderabek公式 锚索锚固段侧阻力分布规律预应力锚索锚固段侧阻力分布规律与很多因素有关 也正是由于问题的复杂性 至今在锚索设计中仍假设侧阻力分布模式为均匀分布 但大量的实测结果表明 锚固段侧阻力并非均匀分布 而是在其前段形成峰值 然后逐步向末端减少并最终趋近于零 而且峰值位置也是随加荷水平逐渐向后移动的 锚索预应力损失预应力损失一般包括两部分 一是短期荷载作用下的预应力损失 包括 锚索张力锁定后 在较短时间内由于锚索体系的回弹变形 锚墩下基础变形等原因造成的预应力损失量 另一部分是工作阶段产生的预应力损失 包括 长期荷载作用下 由于灌浆材料的徐变 锚固段周围岩体蠕变以及钢绞线应力松弛等原因造成的预应力损失 短期内 锚索锁定回弹造成的预应力损失包括 锚具 夹片回弹变形造成的预应力损失 张力系统包括千斤顶 油泵摩擦阻力造成的预应力损失 锚索锚墩下土体的沉降变形引起的预应力损失 根据国内多项预应力锚索工程的长期观测资料显示 在锚索张拉锁定后3 10天的预应力损失量占总预应力损失量的30 50 由此可见 在张拉锁定3 10天后进行补偿张拉是消除预应力损失的有效办法 当因工期所限不能进行补偿张拉时 采用超张拉3 6 的设计锁定吨位能达到同样的效果 同时 试验结果表明 采用反复张拉和超张拉不仅能减少钢绞线的应力松弛 而且能基本消除钢绞线与孔壁之间摩擦产生的预应力损失 锚索在长期荷载作用下 预应力的损失主要由三部分组成 钢绞线的松弛 任何钢材都具有应力松弛特性 长期荷载作用下 钢绞线的松弛量与受荷大小及环境温度有关 一般随荷载的增加而增大 随环境温度的升高而增大 岩体蠕变 岩体蠕变是锚索预应力损失的主要来源 岩层或土体在荷载影响区域内的应力作用下 岩土体内大量的节理 裂隙 在外加预应力荷载作用下 必然被压缩 而这一过程不是短时间能完成的 需要持续一段时间 岩层蠕变主要发生在应力集中区 一般说来 岩体质量越好 节理裂隙越少 岩体的变形越小 蠕变也越小 持续的时间也短 相反 对于多裂隙的软岩 其预应力损失就相当可观 预应力损失量可达 灌浆材料徐变 徐变是灌浆材料 混凝土材料 的重要特征 在恒定荷载作用下 变形随时间不断增长 影响灌浆材料徐变特性的因素主要有 施加的荷载历时 加荷龄期 环境温度 湿度等 一般荷载历时增加 徐变增大 加载龄期越小 徐变越大 环境温度越高 徐变越大 环境湿度越高 徐变越大 因此 灌浆材料的徐变也是造成锚索预应力损失的重要因素之一 导致预应力锚索失效的因素很多 但归纳起来 主要有以下几种 1 灌注砂浆的开裂与腐蚀 2 钢绞线应力腐蚀和锈蚀 3 锚头的炭化和锈蚀 4 预应力损失等 预应力锚索抗滑桩 在普通抗滑桩桩顶或顶下一定部位设置一排或多排预应力锚索后 就形成锚索抗滑桩 锚索抗滑桩是将锚索与钢筋混凝土桩有机结合 排桩可以是钻孔桩 挖孔桩或劲性砼桩 锚杆 索 可以是预应力或非预应力锚杆