公路边坡预应力锚杆框架梁设计方案分析.pdf

文章编号:():./.公路边坡预应力锚杆框架梁设计方案分析程 毅(山西交通控股集团有限公司运城南高速公路分公司 运城市)摘 要:为提高公路路堑边坡的稳定性根据地质调查结果开展预应力锚杆框架梁设计并采用数值模拟的方式检验设计方案的合理性 通过边坡稳定性分析合理确定预应力锚杆框架梁设计参数 建立计算模型对公路边坡防护前后的应力应变进行计算分析得出:采用预应力锚杆框架梁防护后边坡的应力和应变值均较小未产生明显塑性变形结合施工现场监测结果认为设计方案具有可行性 关键词:公路边坡预应力锚杆框架梁数值模拟设计方案中图分类号:.文献标识码:引言由于地形等因素限制山区高速公路规划设计不得不采用高填深挖的方式 公路路堑开挖过程中会破坏原有边坡自然生态应尽量避免大面积挖方 需要设置大面积开挖时必须做好防护设计避免产生地质灾害甚至人员伤亡 预应力锚杆框架梁防护是利用高强钢筋将岩土体锚固在坡面上充分利用坡面岩土体自稳能力通过张拉产生的预应力控制公路边坡岩土体的变形 这种防护方法不破坏坡面岩土体原有结构施工过程中对边坡岩体的扰动小经济性好施工工艺简单还可减轻对环境的破坏 钢筋混凝土框架梁结构可保护坡面岩土体在预应力锚杆的拉力作用下形成一个整体 坡面深部在预应力锚杆的作用下抵消坡体滑动面上的正压力和切向抗力提高抗滑力及坡体的稳定性 此外在框架梁中间可种植草皮保持水土、绿化环境 文章着眼某高速公路路堑边坡防护方案设计根据现场地质调查结果制定预应力锚杆框架梁防护方案并利用有限元软件对加固前后边坡的应力应变进行数值模拟分析从而确定设计方案的合理性 工程概况.公路边坡简介某山区高速公路沿线高低起伏大分布有多处深挖路堑坡体稳定性差开挖后须及时防护避免产生滑坡等地质灾害 该高速公路所处施工区域四季分明雨季降雨充沛冬春季节干旱少雨秋季晴朗 该施工区域年最大降雨量为.最小降雨量为.年均降雨量为.公路沿线地形起伏较高最大高差为.总体地势北高南低 地下水水位较低地下含水层主要为孔隙水和裂隙水雨季水量较大 其中 段设计采用深挖路堑该路段出露部分主要为花岗闪长岩岩体风化程度为强风化风化层厚度.坡体岩石强度较低岩体结构破坏严重 风化后岩体呈中粗砂状取样检测抗压强度为.公路边坡稳定性差 边坡表层土体主要为含粉质粘土碎石碎石含量 层厚.密实度为中密.边坡稳定状况分析根据公路边坡土体勘察结果 段稳定性系数为.边坡土体风化严重较松散稳定性较差处于不稳定状态该路段路堑边坡高度在 必须采取有效的加固措施进行防护 该边坡坡体岩土体破碎属强风化稳定性差若防护不当会出现平面或折线型变形极有可能发生滑塌破坏 为保证边坡稳定必须采取有效措施进行防护加固提升路堑边坡的稳定性 年 第 期 北方交通 高填方预应力锚杆框架梁防护设计方案.边坡稳定性计算按照上述 段路堑边坡土体的一般分析必须选取典型剖面进行定量分析合理确定边坡防护设计方案 段路堑边坡坡度为 切坡边坡最大高度 研究选择最高路堑边坡路堑高度为 坡度为 该路堑边坡典型剖面岩土体主要物理力学参数如表 所示表 路堑边坡典型剖面岩土体主要物理力学参数岩土体容重/(/)粘聚力/内摩擦角/()人工填土粉质黏土碎石强风化花岗岩.弱风化花岗岩.典型剖面的稳定系数 按照式 式 计算:()/()()()()()式 中:为粘聚力取 为单宽滑坡体面积单位为 为滑坡体重力单位为 为结构面倾角取 为孔隙水压力单位为 为水的浮力单位为 为内摩擦角取式 中:为计算岩体厚度在此取 为滑坡体厚度取.式 中:为水的容重取./为计算点以上的填土高度单位为 边坡典型剖面岩土容重 ./结合其他参数取值计算得出下滑力总计为.抗滑力总计为.计算得到安全系数为 低于设计要求(.)必须加强防护提高安全系数.框架梁设计要点框架梁采用正方形布置布置间距为 横梁与纵肋断面尺寸为.框架梁结构采用 钢筋混凝土 框架梁主筋采用 的 钢筋框架梁断面布置 根主筋箍筋采用 的 钢筋布置间距为 框架梁设计断面如图 所示 框架梁施工前进行边坡清表彻底清除多余岩土体确保修整后边坡坡度不大于 图 框架梁配筋剖面图(单位:).锚杆设计要点边坡典型剖面采用 的 型螺纹钢筋横向和纵向布置间距均为 锚杆弹性模量为 抗拉强度为 水泥浆粘结强度和刚度分别为.和 /分 排布置长度分别为 、锚固长度分别为 、.、钻孔采用干钻施工钻孔孔径为 成孔倾角为 孔内注入 水泥砂浆锚固锚杆预应力锚杆框架梁布置见图 图 预应力锚杆框架梁剖面图肋柱锚联接设计:弯头长度在 以上深入肋内长度须超过 且与地梁主筋焊接牢固锚杆锚固结构设计见图 图 锚杆锚固结构示意图锚杆锚固后进行预应力张拉完工后边坡自下而上 道锚杆的抗力分别为.、.、.北方交通 年 第 期、.采用预应力锚杆框架梁支护后典型剖面边坡结构面上正压力为.下滑力总计.抗滑力总计.计算安全系数为.高于设计要求的.故满足设计要求.绿化设计为保持水土稳定边坡岩土在框架梁中间空格植草绿化 施工中将植生袋码放固定在框架梁中间空格内植生袋内装填种植土和草籽 草籽发芽生长后植草根系深入坡体内部稳固边坡土体保持水土 植生袋内分 层分别为尼龙纤维网层、无纺布层、草籽和肥料、无纺棉纤维布、尼龙纤维网层其中无纺棉纤维布施工后在短期内降解 预应力锚杆框架梁设计方案有限元分析.模型建立根据上述 段路堑边坡土体地质调查结果采用有限元软件按照上述典型剖面地质调查结果建立图 所示计算模型 根据预应力锚杆框架梁设计方案确定设计尺寸、结构 各组成材料计算参数如表 所示图 边坡坡体计算模型示意图表 各组成材料计算参数材料弹性模量/泊松比/容重/(/)粘聚力/内摩擦角/()土体.钢筋.框架梁.该计算模型土体采用 单元锚杆采用梁单元边坡土体按照摩尔 库伦模型构建钢筋和框架梁按照线弹性模型构建 锚杆作用力模拟是在两侧端点施加一对大小相等、方向相反的作用力模拟锚杆两侧的锚固状态模型边界条件:边坡底部 方向和 方向约束边坡右侧 方向约束边坡坡面和上部自由模型计算只考虑土体自重作用单层土体荷载按照 计算锚杆预应力为 框架梁地梁作用在边坡的下部按照均匀荷载计算计算荷载为.数值模拟结果分析根据计算参数利用上述计算模型对典型剖面应力应变进行计算 整理计算结果绘制加固后框架梁地梁下坡体压力变化曲线如图 所示 加固后地梁下坡体应力变化曲线如图 所示 加固后梁中点位置坡体沉降变化曲线如图 所示图 地梁下坡体压力变化曲线分析图 曲线变化趋势可知坡面有地梁的位置出现了明显的应力集中现象地梁下坡体压力远高于未设置地梁的坡面 地梁下坡体内部的压力随长度变化也呈现出一定的变化规律其中地梁中点位置压力值较高图 加固后地梁下坡体应力变化曲线对比分析图 曲线变化趋势可知随着垂直深度的增加加固后地梁中点和梁端点位置坡体应力不断下降且各深度地梁中点位置应力均高于端点位置 深度达到.左右时地梁下坡体应力接近于 分析图 曲线变化趋势随着深度的增加地梁中点位置沉降量不断下降深度达到.左右时 年 第 期 程 毅:公路边坡预应力锚杆框架梁设计方案分析图 加固后梁中点位置坡体沉降变化曲线沉降量趋近于 与上述应力计算结果一致 与现场监测结果进行对比分析地梁中点位置沉降量最大值为.略高于数值模拟计算结果(.)结合现场监测结果未发现地梁周边出现明显的塑性变形 沉降量最大位置在坡脚说明采取预应力锚杆框架梁防护可有效控制坡面土体的变形设计方案具有合理性 结语根据现场勘察设计结果和公路边坡稳定性分析结果制定预应力锚杆框架梁防护设计方案并采用有限元软件建立计算模型进行数值模拟分析验证设计方案的合理性 分析计算结果得出以下结论:()对比分析加固前后应力应变分布云图加固后地梁下的应力和应变随深度增加而下降且存在应力集中现象但影响范围仅限于地梁附近()地梁中点应力值高于地梁端点随深度的增加而下降 深度达到.时应力值接近于()地梁中点位置沉降量最大值为.现场监测沉降量最大值为.沉降量较小且施工现场未发现明显的塑性变形说明防护后路堑边坡稳定性明显提升可有效控制坡面土体变形设计方案合理可行参考文献 金文婷.预应力锚杆框架在复杂环境下边坡中的应用及问题探讨.福建建筑():.石振夏梓涵.高原低预应力锚杆框架梁边坡防护施工技术研究.运输经理世界():.刘晓东.预应力锚杆框架护面在边坡防护中的应用.交通世界():.吴文佑.预应力锚杆框架在浆砌片石挡墙加固中的应用.公路交通科技(应用技术版)():.侯小强田树涛姚正学.框架预应力锚杆高边坡加固机理及优化设计研究.公路工程():.(.).:.北方交通 年 第 期