预应力锚索抗滑桩的设计计算

预应力锚索抗滑桩的设计计算目录锚索桩的结构特点主要设计计算方法及发展锚索桩的工况条件抗滑桩的全桩计算桩头锚索的确定与优化计算实例要点提示锚索桩的结构特点预应力锚索抗滑桩是科学研究院（原铁道部科学研究院西北研究所）于20世纪80年代研究开发的一种新型抗滑桩结构形式，其基本结构改进是在普通抗滑桩的桩头部位设置一孔或多孔预应力锚索。这种新型抗滑桩结构的突出特点是改变了普通抗滑桩的悬臂锚固梁柱结构为近似弹性支座简支梁柱结构，使其桩身受力状态更趋合理，并具有主动加固滑坡体的作用和功能。由于其结构优化、造价节省且工程效果显著，因此在铁路、公路及其它工程建设领域滑坡病害治理工程实践中获得了广泛的应用和发展。锚索抗滑桩设计计算历史与现状对于预应力锚索抗滑桩结构的分析计算，在工程实践中常用的方法可分为三类。第一类计算方法，即简化工况法。第二类计算方法，即时步工况法。第三类计算方法，即实时工况法。简化工况法简化工况法是直接将锚索预应力作为外荷载施加在桩头上，与滑坡推力一起按静力问题计算滑面以上桩身内力及滑面处的剪力和弯矩，而滑面以下桩体内力计算与普通抗滑桩有关计算相同。这类计算方法没有考虑锚索与桩体的变形协调及其历时工况条件，认为锚索的拉力就是所施加的预应力在工作过程中其值保持不变或最终设计拉力状态。这种方法计算较简单，但由于在滑坡推力作用下未考虑锚索与桩的协调变形以及历时荷载作用过程，必将存在工程经济或风险问题。时步工况法这类计算方法的主要特点是考虑或体现预应力锚索与抗滑桩体的变形协调机制，即桩头变位与锚索变形相一致。按预应力锚索抗滑桩的施工顺序和承力步骤计算预应力锚索抗滑桩在各相关工况历时条件下的桩身变形、内力和桩侧应力等。时步工况法又分为时步累进计算法和时步叠加计算法。实时工况法实时工况计算法，是在时步工况计算法的基础上，建立预应力锚索抗滑桩实时工况计算模式，实现预应力锚索抗滑桩工作全过程的实时动态解。锚索桩的工况条件根据预应力锚索抗滑桩的施工构筑工序、预应力锚索的锁定步骤和滑坡推力的作用时步等桩身受力状态，分析预应力锚索抗滑桩的工况历时条件主要可以分为：抗滑桩的成桩工况前期滑坡推力作用工况预应力锚索锁定工况后期滑坡推力作用工况滑坡推力波动和锚索预应力损失工况成桩工况条件抗滑桩桩身灌筑完成之后，桩头锚索预应力施加之前，一般不考虑滑坡推力的作用(显著变形活动的滑坡体除外)，其桩身外荷载为桩身前后两侧的静止土压力荷载，如果桩身前后地面高差明显，则存在不平衡土压差，将产生桩体的小量变形和桩侧反力，严格地说，会影响下一时步的桩体变形和桩侧反力分布。由于考虑这种土压差较小，且基本已在桩身护壁施工期间通过护壁结构调整和承担，故通常视该成桩工况条件为空载条件。前期滑坡推力作用工况抗滑桩桩身灌筑完成之后，桩头锚索预应力施加之前，当滑坡病害存在显著的变形活动，必须考虑前期滑坡推力的作用，应该说是部分滑坡设计推力的作用，此时可根据相关工程经验或现场实测值确定外荷载进行计算。在该时步工况条件下，其外荷载为前期滑坡推力，即前期桩后滑坡推力和桩前滑坡抗力；桩侧地基为滑面以下桩段范围内的线弹性地基支座。其中需要明确的是，前期滑坡推力作用仅当滑面以上桩后滑坡推力大于桩前滑坡总抗力时才能产生作用，即部分桩后滑坡推力用于平衡桩前滑坡抗力。预应力锚索锁定工况抗滑桩桩身灌筑完成并达到设计强度要求之后，即可对桩头锚索进行张拉，施加预应力，并按照设计锁定拉力值进行锁定。在该时步工况条件下，其外荷载包括桩头锁定预应力、桩前滑坡抗力和前期桩后滑坡推力；桩侧地基考虑为滑面上下全桩段范围内的线弹性地基支座。后期滑坡推力作用工况当预应力锚索锁定作业完成以后，预应力锚索抗滑桩还将承担后期滑坡推力直至设计滑坡推力状态，并与预应力锚索协调变形和共同作用。在该时步工况条件下，其外荷载包括后期滑坡推力、桩头锁定预应力和前期滑坡推力与滑坡抗力，即全部荷载作用；桩侧地基为滑面以下桩段范围内的线弹性地基支座和预应力锚索等效线弹性支座。如图4所示。其中需要明确的是，预应力锚索锁定工况条件下，在滑面以上产生的桩侧抗力部分是由后期滑坡推力平衡所包含；另外，预应力锚索与桩体的协调变形和耦合作用是通过在相应锚头处作用的等效弹性支座处理。锚索抗滑桩的实时工况为了解算预应力锚索抗滑桩实时桩身位移、内力及桩侧应力等动态力学参数,就需要建立一个实时工况计算模式。作者基于预应力锚索抗滑桩在预应力锚索锁定前后的承受荷载和桩侧地基反力特征，并通过在锁定前后即锁定时建立锚索等效弹簧间断和变形连续条件，从而实现预应力锚索抗滑桩的全过程实时工况解。关键技术对于预应力锚索抗滑桩结构的实时工况计算，其关键技术有如下两个方面：其一是桩侧地基抗力系数的问题。其二是桩体或锚头锁定前后变形的间断和连续问题，即锚索等效弹簧的间断和锚头位移的连续。桩侧地基抗力系数特点桩前与桩后的侧向地基抗力系数有可能是不相同的，如桩前桩后地面存在明显高差的情况；当桩体位移为正即向桩前变形时应取用桩前侧向地基抗力系数，当桩体位移为负或桩体向桩后变形时应取用桩后侧向地基抗力系数；滑面以上与滑面以下桩前侧向地基系数也有显著差别，即由于桩后滑坡推力和桩前滑坡抗力计算荷载的假定可以认为滑面以上桩前侧向抗力为零。锚索等效弹簧的间断和锚头位移预应力锚索锁定前和锁定后存在一个等效锚索线弹性支座之差，即锁定前不计锚索支座，锁定后要考虑锚索支座，体现桩体与锚索的协调变形；锚头位移一旦锁定完成后将存在一个初始变形值（锁定时锚头位移）参与桩锚的协调变形和作用，亦可认为预应力锚索等效弹簧存在一个虚拟的初始拉力值（独立于实际的锁定拉力值之外），以保持预应力锚索锁定前后锚头位移的连续变形和桩锚协调作用。预应绘力锚稳索的墓实时雹拉应证力值桩侧检抗力屑系数凯k抗滑乞桩结仪构分摸析全锤桩解欧算方陆法在既阶有横极向荷役载桩晚相关昼计算嫩技术较成果围的基筛础上畅，结糖合有纲限差凳分法昨，推廊导完偶成了山抗滑厚桩结拜构分猪析全六桩解拢算方讽法，赠并开病发了岛一套惨抗滑糖桩结岭构分液析计辞算软惩件“介An剪al鹅yp摊il逗e”冲。全暑桩法呼是将供抗滑货桩结杏构考团虑为疾一整折体结叛构进鞠行解湿算，筐并适握用于秃预应惩力锚竹索抗希滑桩罩的实仆时工快况条古件。基本屿假定(1碰)抗历滑桩仇按弹纳性构乐件进简行计而算，释地基妻考虑咸为线鞭弹性清Wi沉nk仰le扔r模尊型，抽锚索热按换顿算线根弹性煎Wi嫂nk抛le挎r够模型访计算法。(2吼)锚灿索桩微所承绸受的亿滑坡副推力魔和桩比头锚点索施译加预谋应力藏（锁家定）罗均按醉外荷间载考狮虑。(3虑)不北计桩鄙周摩胶擦和浪桩底携反力拐等桩本身轴扎向力务作用两。(4会)预盐应力骨锚索堆抗滑导桩的邮计算昂模式硬是根炕据预蜂应力羽锚索尚抗滑伯桩的议施工截顺序宫和承篮力步益骤，稍采用汪实时左工况矛条件绢。(5乌)对腿于预租应力山锚索奖抗滑尸桩实贤时工伸况条亲件下挽的预池应力滚损失抗和滑仁坡推帖力波茄动或烫消涨扭，采学用增臭减外钱荷载敬的方鸽法处路理。(6廊)桩煤身位颠移和拢滑坡予荷载青以指桨向桩凉前侧学为正粗，桩全身剪夫力以匙指向鹿桩后奋为正武，桩切身弯纺矩以卷桩前德侧受到拉为世正。有限忍差分傍解预应饭力锚走索的暖等效膜与简质化抗滑贞桩结营构分政析计剥算程异序A嘱na夏ly醋pi臣le桩头览预应爸力锚装索的挖设计对于勒桩头凑预应情力锚愉索的候设计洞，需鹊要解派决两卸个关皇键问拔题，隔即预芽应力榜锚索残设计欢拉力无值和执预应捎力锚张索锁艇定拉结力值擦的确晌定原损则和相方法购。在以夜往工尊程实俗践中缸，具魔有代另表性蹦的有蝴以下赚几种卵：王化粪卿等授将预掩应力露锚索刺的设浙计拉艳力值盆确定趁为净换滑坡普推力另在滑疮面处云产生狗的剪偿力值灵的1勉/2倚至4延/7娃；刘小层丽和叫桂树蚕强等穿根据锣桩锚炎协调箭变形裙进行告锚索卷预应竟力值念的设巾计；王桢灵等基盛于工拍程造拒价目汗标试帅算提缸出为抹桩体咸受力泛15晨～2宪5％需的经创验值缠。困难蚊和局趴限上述卸方法碑大多浊以经懂验为肚主或助者结猜合求逮解便赤利与右工程并利弊兴考虑绳，缺惠乏明碍确的姓工程王意义悲、确器定原冒则和访系统的方法辫，在盗工程止实践桂中存拔在一息定的侨困难膀和局满限。基于慨预应熊力锚错索抗贱滑桩范的实糠时工桃况和诉全桩赚解，顺特别厕是配狸合开渗发的王预应多力锚钩索抗鉴滑桩墙结构担分析貌计算全软件呆“A华na兆ly锣pi虽le闪”的杜Ex莫ce秀l平垫台，值便于豪规划任求解丙，从朝而可震以较雕为合遣理的执解决启预应俗力锚丸索设安计拉桂力及昨其锁皱定值彻的确蠢定原版则和辩方法猪。优化孙确定巾法优化目标可变单元约束条件桩体两侧最大弯矩之和为最小锚索设计拉力桩顶位移满足工程要求；桩侧应力满足地基容许应力要求；前期滑坡推力作用时桩后最大弯矩小于最终状态桩后弯矩；锚索锁定时桩前最大弯矩小于最终状态桩前弯矩。计算庭实例An途al和yp字il女eK1略76锣+4抹60愉设计技断面稳定纪性分者析与怜指标株反算Fs慢=1冈.0乡丰02滑坡铲推力秘计算E＝灵80策0k哑N／亏m抗滑规桩设株计变形趴、内阶力及怒桩侧斜应力剪力遇包络令图弯矩剑包络洁图桩身设配筋要点环提示简化乎工况暂法存村在