维普资讯 http://www.cqvip.com 梁瑶等：预应力锚索框架梁荷载确定的研究 预应力锚索框架梁荷载确定的研究 梁 瑶赵 刚 （西南交通大学土木工程学院四川成都６１００３１） 摘要根据预应力锚索框架梁结构的特点，分析了锚索框架梁的受力状态和加固机理，考 虑锚索和框架梁的相互影响，将锚索的状态划分为张拉阶段和工作阶段。针对锚索￣：５－－ｒ－作阶段 时，将滑坡推力与侧向土压力联系起来，确定框架梁上的土压力荷载和锚索拉力。 关键词锚索 框架梁相互影响 受力状态 土压力 锚索拉力 形受到。因此，荷载计算时应考虑锚索对框架 １ 引育 梁的影响。 预应力锚索框架梁是近年来应用较为广泛的一 梁上锚索在边坡支护过程中可以划分为：张拉 种新型支挡结构，框架梁可以支护边坡浅层破碎岩 状态和工作状态，均应满足以下基本假定：①框 体；预应力锚索深入基岩，主动利用基岩加固边 架梁为弹性梁；②预应力锚索的拉力视为集中荷 坡，防止山体下滑。预应力锚索框架梁兼顾了对山 载作用在框架梁节点上¨ 。 体的浅层支护和深层的加固作用，而且框架中还可 预应力锚索地梁的首先受力状态，是在锚索张 以植被，绿化环境，具有综合支护加固效应，故值 拉刚刚完成的阶段。作用于纵、横地梁上的外力主 得推广。然而，目前在设计该类结构时，一般都采 要有：锚索张拉力、梁下岩体反力、地梁重力、梁 用经验类比法来估算地梁内力，或者简单地按一般 底摩擦力。由于后两者相对于前两者非常小，故这 建筑基础的方法来计算地梁内力，没有较为严格地 里只考虑作用于地梁上的两个主要外力：锚索张拉 根据预应力锚索框架地梁的受力特点进行分析，其 力Ｐ、梁下岩体反力ｇ（ ）。此时，框架梁形如倒 不合理性及弊端已日渐显露。本文将锚索状态划分 扣在边坡坡面上的连续梁，锚索抑制点即为连续梁 为张拉阶段与工作阶段，对工作阶段地梁上土压力 的铰支座，而在连续梁的下面则作用着指向梁的地 和锚索张力提出一种新方法计算。 基反力。受力模式如图２所示 Ｊ。 Ｐｌ Ｐ２ Ｐ３ 锚索拉 ２受力机理分析 ２．１框架梁型式 预应力锚索框架梁的基本型式如图１所示。框 架结构由纵梁和横梁组成，在一个框架单位中，每 土压力 Ｌ ２ Ｊ 片纵梁的中点以及纵梁与横梁交点设有锚索，横梁 （＆）张拉阶段 （ｂ）Ｚ作阶段 对称布置于纵梁两侧。在纵、横梁交点，纵梁有一 图２锚幂框架粱受力分析图 定的外延长度，而横梁则不外延。 在锚索的工作阶段，坡体发生变形，土体下滑 索锚 产生平行于潜在滑移面的滑坡推力，框架梁阻止了 滑动体的下滑，锚索被动受力，锚索上的拉力将随 坡体的变形而变化。目前的设计方法多是根据经典 土压力理论或土体容重来计算作用在框架梁上的土 横梁 压力，锚索拉力按初始张拉力计算，没有考虑锚索 纵粱 的工作状态和坡体变形对框架梁上土压力的影响。 图１ 预应力锚索框架梁示意图 建议根据滑坡推力确定作用在框架梁上的土压力 ２．２受力机理 （ ），据此反推锚索拉力Ｅｉ。参照图２（ｂ）所示 单独使用预应力锚索进行边坡加固，锚索拉力 的计算简图进行计算。 过大会引起表层坡体的较大变形，甚至破坏，而坡 体过大的变形又会导致锚索预应力的损失。将预应 ３工作阶段内力计算 力锚索与框架梁结合，框架梁起到锚墩的作用，其 ３．１基本假定 与坡面的有效接触面积大，坡体在锚索作用下的变 （１）采用文克尔地基模型，满足静力平衡条 件和变形协调条件，将节点荷载按比例分配到横梁 梁瑶，女，博士研究生。 和纵梁上。 维普资讯 http://www.cqvip.com 全国中文核心期刊 路基工程 ２００７年第１期（总第１３０期） （２）假设纵梁之间的间距与边坡范围相比足 够小，认为各纵梁上的土压力均相等，只计算其中 一个纵梁上的土压力。 ３．２荷载计算 锚索处于工作阶段时，边坡岩体滑移变形，锚 索主动受力，遏止变形。这时，由于作用于地梁上 的地基压力为已知，而锚索的张力发生变化，不再 是初始张拉力。首先，不考虑锚索张力对滑体的遏 止作用，采用传递系数法计算滑坡推力。如图３中 所示，将框架梁下的土体划分为单独的条块，上一 滑块对ｉ滑块的下滑力由（１）式计算 Ｊ： Ｔｉ＝Ｋ ｓｉｎｔ￣ｉ—Ｗｉｃｏｓｏｔｉｔａｍｐｉ—Ｃｉｆｉ＋ｔｆ，ｉＴｉ—ｌ（１） 式中Ｋ——安全系数，一般取１．２０—１．３５； ——条块ｆ的重量； ｉ——条块 滑面的倾角； ｉ——条块ｉ滑面上岩土的内摩擦角； Ｃｉ——条块ｆ滑面上岩土体的粘聚力； ｆ ——条块ｉ的滑面长度； 一。——条块ｆ一１的下滑力； ｉ——传递系数； 其中ｔｆ，ｉ＝ＣＯＳ（Ｏ￣ｉ一１一 ｉ）一ｓｉｎ（Ｏｔｉ一１一 ｉ）ｔａｎｑ￣ｉ 图３锚索工作阶段框架粱上土压：／７的计算衙图 然后，将下滑力 均匀分布到深度方向，压 力强度为 Ｏ＇ｈｉ：墨 一ｈ （Ｌ ２）ｉ 式中＾ｉ——第ｉ个滑块的高度。 由于前部土体对滑动体的遏止作用，在垂直于 潜在滑移面的方向会产生侧向土压力ｏｒ 且 ｏｒｐｉ＝Ｋａｏｒｈ； （３） 式中 ——主动土压力系数； ——第ｉ个滑块土体的内摩擦角。 该侧向土压力的垂直于框架梁的分力即为滑块 ｉ作用在框架梁上的土压力ｏｒｉ，且由式（４）计算。 Ｔｉｔａｎ２ 一孚）ｉ＝ Ｐｃｏｓ０＝——Ｌ Ｌ一 ｃｏｓ ｉ（４） 式中 滑移面与框架梁之间的夹角。 设框架梁上的土压力为线性分布，只需由滑坡 推力确定框架梁两端点的土压力ｏｒ。，ｏｒ：，线性分 布于梁上即可。 如图２（ｂ）所示，横、纵单梁为静定结构， 梁上土压力ｏｒ（ ）确定后，采用倒梁法即可反求锚 索拉力。 ４工程实例 某高速公路Ｋ２８＋９０５工点，地层为二迭纪碳 质泥岩，内摩擦角 ＝２０。。如图４所示。边坡高 达４０ ｍ，设计六级边坡。其中某级边坡采用预应 力锚索框架地梁加固，坡脚设置抗滑桩加固。边坡 坡角为４５。，坡体内直线型滑移面与水平面成２１。， 边坡变形大。 图４ Ｋ２８＋９０５工点边坡断面图 预应力锚索框架梁由三根横梁和两根纵梁组 成，梁截面为６０ ｃｍ ｘ ６０ ｃｍ。六个节点处分别设 置预应力锚索，如图５所示。锚索工作状态时，按 本文方法利用滑坡推力计算出框架纵梁Ａ上节点３ 处的土压力和锚索拉力，与目前方法根据土体容重 确定框架梁上的土压力和锚索拉力一并列于表１。 １．８９ ． ３，８０ ． １．８９ 图５六节点锚索框架梁示意图（单位：ｍ） 表１计算结果比较表 由表１可知，目前普遍使用的方法计算的土压 力偏大过多。造成这种差异的原因在于：目前方法 维普资讯 http://www.cqvip.com 朱海勇等：山区水库坍岸预测方法研究现状及评价 山区水库坍岸预测方法研究现状及评价 朱海勇 胡卸文 （西南交通大学土木工程学院地质工程系 四川成都６１００３１） 摘要随着我国许多大中型水电站的建设，对水库坍岸进行准确预测，将为整个电站建设 和移民搬迁等工程提供强有力的支持。在现有研究成果的基础上，对各种坍岸预测方法进行了评 价及展望。 关键词 山区水库坍岸预测方法评价 随着国民经济的发展，近几十年内我国特别是 流动水变成静体水，并有波浪形成，波浪成为坍岸 西部山区将修建许多大中型水电站，而水库蓄水后 的主要营力；库水位的变化幅度与各种水位持续的 所产生的典型工程地质问题之一就是坍岸，因此对 时间也对水库坍岸影响较大。冻融和浮冰作用也对 水库坍岸进行准确的预测，将为整个电站建设和移 库岸有一定的破坏作用，但它们仅具有区域性的 民搬迁等提供强有力的支持。已有研究成果表明， 意义。 目前对水库松散地层坍岸预测主要利用黄土地区坍 （２）地质因素。库岸岩土体类型和性质对坍 岸资料进行，但是由于不同水库区第四系沉积物千 岸起着决定性作用，特别是岩土体的抗冲蚀能力。 差万别，特别是西部山区水库坍岸地层成分变化更 基岩库岸的地质构造和岩体结构是控制坍岸的重要 为突出，显然若仍沿用黄土地区水库坍岸预测公式 因素，特别是软弱结构面的产状和空间位置与岸坡 是不合理的。因此，在现有研究成果的基础上，对 的稳定性有着密切的关系。 各种方法的适用条件和范围进行分析及评价，将对 （３）库岸形态。库岸形态包括岸坡坡度、高 山区水库坍岸预测方法的深入研究具有理论与实际 度、支沟切割及岸线弯曲程度等。岸坡愈高，坡度 意义。 愈大，坍岸就愈严重。在平面形状上，三面临水的 凸岸，支沟发育地段，岸线弯曲变化的地方，坍岸 １影响水库坍岸的因素 相对较严重；而平直岸和凹岸则相对较轻。 水库坍岸的过程，就是库岸在水的浸泡、波浪 （４）其它因素。库岸带良好的植被和水库淤 的侵蚀、水位升降以及地下水抬升等作用下原岸坡 积可保护岸壁，阻止坍岸的发展，而风化作用、滑 的破坏和新岸坡的形成过程，其影响因素可以归纳 坡、崩塌、地表水流的冲刷等，则在一定程度上会 为以下几个方面。 加速坍岸的进程。 （１）水文因素。水库蓄水、水位抬升向库岸 岩土体渗透，并导致地下水上升，引起库岸岩土体 ２水库坍岸预测方法 的湿化和其它物理水理性质的改变，破坏了岩土体 水库坍岸问题早已为工程界所重视，其坍岸范 的结构，大大降低其强度及承载力；而当库水消落 围的预测相对来说是一个比较复杂的环境地质问 时，库岸岩土体中的水分来不及马上释放，产生很 题，前苏联的萨瓦连斯基、卡丘金、卓洛塔寥夫等 强的动水压力，易使库岸发生破坏。水库蓄水后， 人率先提出并研究了苏联的水库塌岸问题 ｊ，并 在２Ｏ世纪４Ｏ、５Ｏ年代取得重大进展，其公式计算 朱海勇。男。博士研究生。 法和图解法沿用至今。我国从上世纪５Ｏ年代在官 未将锚索的状态划分为张拉阶段和工作阶段，而是 （２）锚索工作阶段时，坡体下滑产生滑坡推 将锚索拉力统一视为初始张拉力，未考虑坡体变形 力和侧向土压力，分解到垂直于梁方向即为作用于 引起的锚索拉力的变化。 梁上的土压力荷载，采用倒梁法可反求锚索张力。 ４结语 参考文献 （１）当边坡发生变形时，框架梁遏止了土体 ［１］朱晗迓，汪会帮，尚岳全．边坡锚固中锚墩框架粱受力体系分 下滑，此时锚索处于被动受力状态，锚索张力不再 析【Ｊ］．中国公路学报，２００４，（１７）：１６～ｌ９． 是初始张拉力。因此在计算锚索框架梁上的荷载 ［２］吴慧明，龚晓南．刚性基础与秉性基础下复合地基模型实验对 比研究［Ｊ］．土木工程学报，２００１，５：８１—８３， 时，宜按锚索的受力状态划分为张拉阶段和工作阶 ［３］刘成宇．土力学［Ｍ］．中国铁道出版社，２００１． 段，分别计算。 收稿日期：２００５一ｌ２一ｌ２
