预应力锚索抗滑桩结构计算方法.pdf

第 3 0卷 第 2期 2 0 0 5年 3月 地球科学一 一 中国地质大学学报 Ea r t h S c i e n c e J o u r n a l o f Chi n a Un i v e r s i t y o f Geo s c i e n c e s Vo 1 30 No 2 M fi r 2 0 0 5 预应力锚索抗滑桩 结构计算方法 桂树强 中国地质 大学工程 学院，湖北武汉 4 3 0 0 7 4 摘要：预应力锚索抗滑桩作为一种实用有效的支挡工程措施已在地质灾害治理中得到广泛的应用 然而，其设计与计算方 法仍然是一个亟待深人研究的课题 这种技术是在抗滑桩的基础上发展起来的 相对于普通抗滑桩，其受力状态更加合理 从这种治理措施的地质与物理模型出发，建立了其力学与数学模型，并最终得到其内力分布的解析解，为其结构设计奠定 了基础 将双参数法引人到土抗力模数或地基系数的计算中，并贯穿到整个结构计算中 分别按刚性桩和弹性桩 2种物理 模式，将锚索视为弹性绞支座，利用抗滑桩和锚索位移变形协调条件，计算出锚索的设计拉力及桩身的内力分布 结合三峡 库区秭归县水田坝乡下土地岭滑坡治理工程介绍了这种滑坡治理措施的应用，并与原普通抗滑桩设计方案进行了技术与 经济对比分析，体现出这种抗滑结构的优越性 关键词：预应力锚索；抗滑桩；滑坡治理；双参数法 中图分类号：P 6 4 文章编号：1 O 0 O 一2 3 8 3(2 0 0 5)O 2 一O 2 3 3 一O 8 收稿 日期：2 O O 4 一O 7 1 5 De s i g n M e t ho d f o r Us i ng S t a b i l i z i ng Pi l e s wi t h Pr e-s t r e s s e d Anc ho r e d Ca bl e s i n La nd s l i de Re m e di a t i o n W o r ks GUI S hu q i a n g F a c u l t y o f En g i n e e r i n g，C h i n a Un i v e r s i t y o f G e o s c i e n c e s，Wu h a n 4 3 0 0 7 4，Ch i n n Ab s t r a c t：Th e t e c h n i q u e o f s t a b i l i z i n g p i l e s wi t h p r e-s t r e s s e d a n c h o r e d c a b l e s i s a n e f f e c t i v e me a s u r e i n l a n d s l i d e r e me d i a t i o n wo r k s，wh i c h n o wa d a y s h a s a wi d e a p p l i c a t i o n i n ma n y f i e l d sHo we v e r，t h e d e s i g n a n d c a l c u l a t i n g me t h o d s o f t hi s t e c h tuq u e n e e d mo r e a t t e n t i o n a n d u r g e nt r e s e a r c h wo r k S t a b i l i z i n g pi l e s wi t h p r e-s t r e s s e d a n c h o r e d c a b l e s a r e a d e v e l o p me n t o f t h e t e c h n i q u e o f u s i n g s t a b i l i z i n g p i l e s C o mp a r e d t O t h e u s e o f s t a b i l i z i n g p i l e s a l o n e，a n c h o r e d c a b l e s ma k e t h e s t a t e o f t h e f o r c e s o n p i l e s mo r e r e a s o n a b l e A me c h a n i c a l a n d ma t h e ma t i c a l mo d e l o f p i l e s wi t h p r e-s t r e s s e d a n c h o r e d c a b l e s h a s b e e n s e t u p，b a s e d o n a g e o l o g i c a l a n d p h y s i c a l mo d e l o f t h i s l a n d s l i d e s t a b i l i z i n g s y s t e mTh i s mo d e l e s t a b l i s h e s t h e f o u n d a t i o n o f t h e c a l c u l a t i o n s f o r t h e s t r u c t ur a l d e s i g n o f t h e s y s t e mTh e a n a l y t i c a l a n d n u me r i c a l s o l u t i o n s o f t h e e s t a b l i s h e d ma t h e ma t i c a l mo d e l h a v e b e e n a c h i e v e d Th e t wo-p a r a me t e r me t h o d”i s e mp l o y e d t O c a l c u l a t e t h e c o e f f i c i e n t o f S U b gr a d e r e a c t i o n s o r s u b g r a d e mo d u l u s Th e t WO mo d e l s，o f r i g i d a n d e l a s t ic p i l e s r e s p e c t i v e l y，a r e d i s c u s s e d，i n wh i c h t h e a n c h o r e d c a b l e i s r e g a me d a s a n e l a s t i c h i n g e Un d e r t h e c o n s i d e r a t i o n o f d e f o r ma t i o n h a r mo n y b e t we e n a n c h o r e d c a b l e s a n d t h e p 订 e b o d y，t h e t e n s i l e f or c e o f a n c h o r e d c a b l e s h a s b e e n o b t a i n e d，a s we l l a s a s o l u t i o n f o r i n t e r n a l f or c e d i s t r i b u t i o n a l o n g t h e p i l e b o d y A c a s e s t u d y i n t h e r e s e r v o i r a r e a s o f t h e Th r e e G o r g e s P r o j e c t i s p r e s e n t e d i n t h e l a s t p a r t o f t h e p a p e r，i n wh i c h t h e a p p l i c a t i o n o f t h i s t e c h n i q u e i n l a n d s l i d e r e me d i a t i o n wo r k s i s a n a l y z e d a n d d i s c u s s e d i n d e t a i l Ke y wo r d s：p r e-s t r e s s e d a n c h o r e d c a b l e；s t a b i l i z i n g p i l e；l a n d s l i d e r e me d i a t i o n；t wo-p a r a me t e r me t h o d 预应力锚索抗滑桩是滑坡 治理工程措施之一，它是在抗滑桩 的基础上发展起来的 其基本概念是：在普通抗滑桩 的桩顶或桩身一定位置设置一排或多 排预应力锚索，借助于锚索 所提供 的锚 固力 和抗 滑 桩所提供的阻滑力并由二者组成的桩一锚支挡体系 共 同阻挡滑坡的下滑(图 1)基金项目：教育部博士生基金资助项 目(N o 2 0 0 3 0 4 9 1 0 0 4)作者简介：桂树强(1 9 7 4 一)，男，工程师，中国地质大学地质工程专业博士研究生，主要从事地质灾害防治工程设计研究 维普资讯 2 3 4 地球科学一 中国地质大学学报 第 3 O卷 图 1 预应力锚索抗滑桩结构体系示意 Fi g 1 S k e t c h ma p o f t h e s t r u c t u r e of s t a b i l i z i n g p i l e s wi t h p r es t r e s s e d a n c h o r e d c a b l e s 预应力锚索抗滑桩在公路、铁路 以及水利 水电 工程的边坡整治工程中以及各种类型的滑坡治理 中 都得到 了广泛 的应用(王化卿等，1 9 9 0；徐邦栋，2 0 0 1；陈 占，2 0 0 1)在 目前三峡工程库区地质灾害治 理中也大量采用 了这种支挡结构 预应力锚索抗滑桩相对于普通 的抗滑桩支挡结 构而 言，其受 力状态 更加合 理(王化 卿等，1 9 9 0；陈 占，2 0 0 1；周德培和王建松，2 0 0 2)普 通抗滑桩一般 来说其力学模式类似 于锚 固于滑床 中的悬 臂梁 按 这种力学模式计算后，桩身弯矩、剪力都相对较大，由此造成桩身截面尺寸很大，配筋量也十分可观 在 桩顶或桩顶下一定位置设置一排或多排预应力锚索 后，桩身受力状况大大改善，其基本力学模式可以等 价于简支梁或其他超静定结构 随着约束 的增加，桩 的位移控制相对容易许多，进而其桩身内力也在一 定程度上大大降低 简言之，预应力锚索抗滑桩变一 般抗滑桩 的被动抗滑结构为主动抗滑结构 本文从预应力锚索抗滑桩结构桩身与锚索的变 形协调原理出发，推导出了锚索拉力设计值的计算 公式，进而求解出桩身的内力分布，为其结构设计奠 定了基础 1 预应力锚索抗滑桩结构计算思路 预应力锚索抗滑桩的结构计算一般包括 2部 分：其一为计算锚索的设计拉力；其二为抗滑桩的桩 身内力计算；关于后者大量的文献(铁道部科学研究 院西北研究所，1 9 7 7；铁道部第二勘测设计院，1 9 8 3；吴恒力，2 0 0 0)都对其进行 了详细 的论 述，本文 不再 详述；前者是本文论述的重点 本文将按照刚性桩和 弹性桩两种计算模式并利用锚索和桩身之间的位移 变形协调原理计算出锚索的设计拉力 1 1 基本假定(1)桩与锚索按弹性受力进行分析，锚索按弹性 绞支座考虑 桩在滑动面 以上部分按静力结构计算，桩在滑动面 以下部分按弹性地基梁设计(2)预应力 锚索抗滑桩所承受的滑坡推力按桩“中一 中”的滑体 推力进行计算，可依据具体情况将其简化为三角形、矩形或梯形分布荷载作用于滑动面以上的桩体上，不考虑桩与周围岩土 的摩擦 力 桩前 滑坡 体 的被动 抗力视为安全储备而不予计取(3)滑动面在整个工 作过程中不会改变(4)锚索与桩的变形相协调，即 锚索伸长量在水平方向的分量与锚索作用点处桩在 同样力系作用下的位移量相等(5)按弹性桩进行计 算时，忽略了锚索、滑坡推力或岩土压力的竖向分量 对桩身 内力 的影响 而按 刚性 桩进行计算 时则没有 对其予 以忽略 1 2 基本计算力学模式 一般而言，为方便计算可将预应力锚索抗滑桩 结构中的抗 滑桩划分为刚性桩 和弹性桩 2种计算力 学模型 抗滑桩属钢性桩或 弹性桩，除按桩 周岩、土 的性质及其松散程度定性外，试验表明，当埋入滑动 面 以下的计算深度(桩的嵌 固深度 h与桩 的变形 系 数a的乘积)小于某一临界值时，可视桩的刚度为无 限大，其在水平荷载作用下 的极限承载能力 只取决 于地层弹性抗力的大小，而与桩 的刚度无关 若对计 算深度为此临界值的桩，分别按弹性桩和刚性桩计 算，结果二者的水平承载力及传递到地层地压应力 图形均比较接近 为此，通常将这个临界值作为判定 桩为刚性桩或弹性桩的标准 临界值规定如下：当 a 2 0，即为短桩 时，属 刚性桩；当 a h 2 0，即为 中长桩或长桩时，属 弹性桩 有些 文 献(铁 道 部 科 学 研 究 院西 北 研 究 所，1 9 7 7)1 规定 2 5 属刚性桩，2 5 属弹性桩 上述 a的基本定义为：。一(喾)毒 其 中：E 桩 的弹性模量；J 桩 的截面惯性 矩；B 桩 的计算宽度 其 中：和 1 n是 2个 待定参数，因故 这种计算模式又被称作 双参数法，是除 0以外 的 一切正数，当按“”法进行计算，时 又称作地基系 数随深度而变化的比例系数 1 7 l 是任意实数，通常 采用 1 n O 当 1 n 一0时，在 工程 界中被称作“K”维普资讯 第 2 期 桂树强：预应力锚索抗滑桩结构计算方法 法，当 1 -,一1时 为“”法，而 当”一2时则 被称作“c”法 1 3 基本计算思路 预应力锚索抗滑桩的基本计算思路是：首先根 据地质条件和工程 的规模 与重要性，确定地基 土抗 力模数分布形式和数值，并初步拟定抗滑桩的截面 尺寸和锚 固段的长度、锚索 的设置排数 和初 始预应 力值 然后根据前述的判定条件确定采用哪一种计 算模式 在某一种计算模式下，首先求解 出滑动面处 桩身弯矩、剪力、转角以及挠度的表达式，然后利用 位移变形协调原理求解 出锚索拉力设计值 进一步 计算出桩顶的位移值，看是否满足桩顶位移控制标 准 如果满足，则计算出桩身的内力；否则应调整预 应力值或增加锚索排数重新进行计算直至满足桩顶 位移控制标准，进而计算出桩身内力分布 1 4 桩顶位移控制标准 桩顶位移 的控制标准应根据治理工程的重要性 以及与周边建筑物的关系加 以确定，而不应该是一 个不变的量 例如，当周边建筑物对滑坡体 的变形 十 分敏感或周边建构筑物对预应力锚索抗滑桩结构体 本身变形要求应较小时，桩顶位移应该控制在一个 较小的值 本文 参 考有 关 文 献(深 圳 市 勘 察 测 绘 院等，1 9 9 6)认 为桩顶 的位移一 般应该控 制在 0 0 1 h (h 为抗滑桩的全长)以内，当周边建筑物对抗滑桩 的变 形较敏感时，则应控制在 0 0 0 5 h 以内 2 抗滑桩与锚索位移变形协调原理 锚索伸长量 和锚索所在点桩的水平位移 之间存在变形协调条件 从实用的角度认为锚索与 桩的变形协调条件(图 2)为：A i 一 c o s 0 3 刚性桩模式计算方法 3 1 锚索拉力设计值计算 由图 3 不难看出滑动面以上桩身各点的位移 为：f i 一(o+L )而：一(R 一R )其中：。桩体围绕旋转的中心轴距滑动面的距离；桩体绕旋转 中心旋转的角度(以弧度为单位)；，l_ l 抗；l 滑动面 l|图 2 预应力锚索抗滑桩变形协调原理示意 Fi g 2 S k e t c h ma p o f d e f o r ma t i o n h a rm o n y p r i n c i p l e o f t h e s t r u c t u r e o f s t a b i l i z i n g p i l e s wi t h p r e s t r e s s e d a n c h o r e d c a bl e s 图 3 预应力锚索抗滑桩结构计算示意(刚性桩)F i g 3 S k e t c h ma p o f t h e s t r u c t u r e o f s t a b i l i z i n g p i l e s wi t h p r e-s t r e s s e d a n c h o r e d c a b l e s f o r c a l c u l a t i o n(r i g id p i l e mo d e 1)R 第 i 根锚索 的预应力；R 第 i 根锚索的拉力设 计值；L 为 i 点距滑动面的距离；第 i 根锚索的 柔度系数 其值由下式求得：4Z，一N EgT r d2i 其中：z ，d 为锚索 自由段长度及每束锚索的直径；为锚索 的弹性模 量；N 为每孔 锚索 钢绞线 的束 数 锚索 的设计拉力可由以下方程式求得：R +s e c 0 i R C i (1)(1)式 中：(Gl+L G3)L +(G2+L G1)，C 一(Gl+L G3)M+(G 2+L G1)Q+s e c ORm 而 G。、G z、GI 分别 由以下各式求得：维普资讯 地球科学中国地质大学学报 第 3 O卷 B t h,+3(t+2 t+1 1。H w(+2)抖 B t h t+3(t+2 磊t+l 1幕 一(+2)(篇一 )+丢 一+2)其 中：一1 n；M 和 Q 分别为 滑坡推力 或岩 土压力 作用于滑动面处 的弯矩和剪力；H 桩截 面的高度；w 桩身抗弯截面系数，对于矩形截面桩(高为 H，宽为 B)，W一(BH。)6；而对于圆形截面桩(直径为)，W一(n il。)3 2；C o 桩底岩层 的竖 向地基 系数；B 桩的计算宽度(铁道部科学研究 院西北研究所，1 9 9 7)式(1)是一个线性方程组，很容易用数值计算 的 方法求解出R 3 2 桩身内力的计算方法(1)滑动面以上桩身 内计算(周德 培和王建松，2 0 0 2)令 L o 一0，L +1 一L，R +1 0 当z LL 时，取 k 一，2+1 一(一1，2，3，)，有：Q 一 Q()一 R 2 1 c o 2 ，L L i，(2 )J=1 k Q+一Q()一 l_ J c o ，L-L ，(2 6)J一 1 M M()一 1 c o 1 I x-(L 1)(2 c)J=1 式(2)中：Q，分别为非嵌 固段桩身剪力和弯矩；Q(z)，M(z)分别 为滑坡推 力或岩土压 力作用于桩 上的剪力和弯矩；k为从桩顶往下数到第 i 根锚索 支承点的个数(2)滑动面以下内力计算 剪力：Q 一Q o B x t+1 X 0一)；弯 矩：M =M o+Q o 一 鼍+垒 ：(f+2)(+3)其中：Q。一Q一R c o s g；J 一 1 M 0 一M一R L c o s g Mo h Q0 h CoH QoW 一一三 匣二 至 亘二 二 垒 M Q0 h t+l 十 一 丝 兰 (一 )+吉 G 一+2)4 弹性桩模式计算方法 4 1 锚索设计拉力计算方法 弹性桩模式下滑 动面 以上桩身各点 的位移(周 德培和王建松，2 0 0 2)为：Y o 一 L +A i q一 其中：A i q 滑坡推力 或岩土压 力作用 于 i 点 桩的水 平位移；锚索拉力 R!的水平分量作用于 i 点桩 的水平位移，一R，c o s&8 ，而 为锚索拉力R，的 水平分量作用于桩上 i 点 的位移 系数，0 为锚索轴线 与水平面的夹角(图 4)的计算方法 同前述刚性桩模式 羽可按悬臂梁由结构力学计算确定：r 4 羽一南(5 q 1 a +q o a 一2 o q l a，一5 q。a +1 5 q i+4 q o)r 式 中 O L 一1 一FL-i，q o q z q 1 q 和 q。分别 为滑坡推 力或岩土压力在桩顶 和滑 动面处的水平分量 假设 滑坡推力或岩土压力 与水平 面的夹角 为 p，此 力在 桩顶和滑动面处的值分别为 Q 和 Q2，则 图 4 预应力锚索抗滑桩结构计算示意(弹性桩)Fi g 4 Sk e t c h ma p o f t h e s t r u c t u r e o f s t a b i l i z i n g p i l e s wi t h p r e-s t r e s s e d a n c h o r c a b l e s f o r c a l c u l a t i o n (e l a s t i c p i l e mo d e 1)维普资讯 第 2期 桂树强：预应力锚索抗滑桩结构计算方法 2 3 7 q 1 一Q1 c o ，q 2 一 Q 2 C O ，可按结构力学中的图乘法予以确定：当 ，则 岛 一 镒(3-7 i),7 i 一 ，L L ；。(3)r 3 当 j L 将锚索伸长量 和锚索所在点桩的水平位移 厂 的表达式代入到位移变形协调条件中，有：R c o s +一淋，。+。c o s 0 一 J=1 L c o s O i+z S q c o s 0 (4)因为：Y。一Qo Q-9 Mo M；一 一(Oo Q-9Mo M)所 以：Y 0 一L 一(3 Q Q-9 Q L )Q o-9(如M-9 M L )Mo；令：A一 Q-9 Q L ；B 一 M-9 M L 则：Y 0 一L A Q0-9 B Mo A (Q 一R j c o i)+B (M一R J L c o s 0 i)，一 1|一 1 一A,Q-9 B I A i R c 0 s 6 l B R JL c o s 0 ，一 i|一 1 将上式代入到式(4)中，则：左式一R j c o s d+淋；J 一1 右式一 +A Q c o S 6 I+B Mc o S 6 I A c o s 2 0 R 一 J i B c o s 2 0 R L J+i q c o i 此时，令：一A C O S O i-9 B LJ C O S O i-9 C O S ；C 一 a iR 0-9A QC O S i-9B M c o s 0 -9A i q c o s 0 由 此可 得到方 程：R 9 a iR 一C i 这也是一个线性方程组，很容易用数值计算的 方法求解出R 其中：Q 单位横向力 单独作用 时引起 的与 对应 的位移，即地面处的挠度；。单位横向力 单独作用时引起 的与 对应的位 移，即地面处 的转角；a o M 单位力矩 单独作用时 引起的与 对应 的位移，亦为地面处 的挠度；M 单位力矩。单独作用时引起的与 对应的位移，亦为地面处的转角 可利用桩底条件对其进行求解 当 a 4 5时称 为长桩 长桩 的特点是与桩底 条件无关 其基本出发点是不论桩底实际情况如何，均可按桩底固定(一 一0，h代表桩底深度)处 理 通过计算可得到此时 Q、Q 一 M和 M M的规 律，详见吴恒力(2 0 0 0)例如：当 1 n=1 0时：如Q 一 m一 M一 一 当 2 0 a 4 5时称作中长桩 中长桩的性质 与实际桩底条件密切相关 当桩底无实测资料或实 测资料没有把握时，常需对桩底支承情况作适当的 假设 一般有 8 种假设可供选择，分别是：桩底为弹 性定 向支承、桩底 自由、桩底为弹性铰支 承、桩底 为 固定铰支承、桩底为固定端、桩底 为考虑摩阻力 的大 直径桩以及桩底 为考虑摩 阻力的小直径桩(吴恒力，2 0 0 0)这种情况下，计算过程十分复杂，且计算结果 的可靠度差 因而，当桩底边界条件 不明时，最 好避 免采用中长桩，而改用长桩 中长桩模式下各种桩底 条件下 的 Q、Q一 M和 M值 可参 照 吴 恒 力(2 0 0 0)和桂树强(2 0 0 3)4 2 弹性桩模式下桩身内力的计算方法(1)滑动面以上桩身内力的计算方法同刚性桩 (2)滑动面以下桩 身被视作插入 地基 中的弹性 梁，在水平推力作用下其挠度 曲线微分方程式为：EI u lY4一 一 KB p y 由于采用双参数法的土抗力模数通用表达式为：K 则可得到求解水平推力桩挠度曲线的变系数线性齐 次常微分方程式：口 一一 m Be r 上式可通过采用幂级数方法求得其解析解 由于桩在滑动面处 的挠度、转角、弯矩 和剪力，即：y。、Mo、O o 等初参数很容易在锚索拉力设计 值计算出后加 以确定，则抗滑桩锚 固段各点的挠度、转角、弯矩、剪力可由上 述 4个初参数予 以确定，详 见下式 公式中深度 自滑动面处起算=y o A(a x)-9。B(a x)-9(a x)-9(。-=y o A(a x)-9。B(a x)-9(a x)-9)；一 y o A(a x)-9。B 卅 卅 D(a z)；维普资讯 2 3 8 地球科学一 一 中国地质大学学报 第 3 0卷+)+)+QL D(a )A(a )(a )等为系数，具体计算表达式参见吴 恒力(2 0 0 0)5 工程实例 5 1 工程概况 水 田坝乡下土地岭滑坡位于三峡库区湖北省秭 归县水 田坝乡新址规划 区北部 该滑坡 为一正在 活 动的滑坡，滑坡体及其影响区内的建筑物明显变形，后部为在建中的初级 中学宿舍楼场地挡土墙及一栋 建成的宿舍楼基础下沉变形，在建 中的沿 江大道 路 基发生较大的下沉 三峡水库 1 7 5 m水位蓄水后，滑 坡体的中下部将被淹没在正常蓄水位之下，滑坡的 稳定性将受到严重影响，威胁到该滑坡区及周边已 有建筑物、后部 中学 以及新集镇沿江大道的安全(吴 益平和汪洋，2 0 0 2)5 2 滑坡区水文地质与工程地质条件 滑坡体物质以紫红色泥岩碎石和长石石英砂岩 块石夹粘土为主，而滑床则 以上侏 罗系蓬莱镇组紫 红色泥岩、泥质粉砂岩和灰 白色长石石英砂岩为主 滑动带为粉质粘土，其强度计算参数 为：C一1 1 k P a，一1 1。滑坡区地下水类型可分为基岩裂隙水及第 四系沉积物和崩塌堆积物孔隙水 因滑床为结构完整性较好的岩层，其土抗力系 数可视为常数 本例综 合有关 资料，其 地基 系数取 为：K一 一3 1 0 k N m。，此时认 为 1 n 一0，也 即 按“K”法计算 5 3 治理工程措施简述 根据原初步设计文件，滑坡体后壁陡坎拟布置 3 排锚杆+格构梁进行加固 滑体中前部 1 7 7 r n 高 程附近设置大截面悬臂抗滑桩，桩型分别为 A型、B 型，桩长分别为 1 6 r n和 1 4 r n，桩截面为 2 5 3 5 r n ，间距 5 0 r n，总根数为 3 3根 同时对整个 滑 坡 区设置地表排水系统 本文将用预应力锚索抗 滑 桩代替悬臂抗滑桩进行设计，同时进行对比分析，以 了解前者的优越性 5 4 预应 力锚索抗滑桩设计方案 本例将预应力锚索抗滑桩设置在第 1 1 条块上，按照刚体极限平衡理论计算得到的作用在其上的滑 坡推力为 1 8 1 8 0 8 k N m 考虑到滑坡体为松散堆 积体，滑坡推力按三角形分布作用在抗滑桩上 桩间 距设定为 6 I T I，桩长初步取为 1 3 m(其 中滑动面以下 桩长为3 m)，桩身截面 BH一1 5 mX2 IT I，桩身混 凝土采用 C 3 0 本工程实例 中拟布设两排锚索，锚索 与水平面的夹角均按 3 0。考虑 上排锚索位于桩顶 下 0 6 r n，自由段长 1 8 r n，施加预应力 6 0 0 k N；下排 锚索位于桩顶下 2 6 m，自由段长 1 5 m，施加预应力 8 0 0 k N(图 5)2 2 0 巨 2 0 0 1 8 0 1 6 O 1 4 0 2 0 6 O 1 O O 1 4 O 1 8 O 2 2 0 距 离 m 图 5 下土地岭滑坡治理工程剖面示意 Fi g 5 S k e t c h ma p o f t h e p r o f i l e o f r e me d i a t i o n wo r k o f Xi a t u d i l i n g l a n d s l i d e 经 计 算：a。一(鲁)一 0 7 0 7 由此：a。一2 1 2，故按刚性桩考虑 (1)计算锚索设计拉力：根据前述公式不难计算 出以下参数：(G1，G2，G3)一(7 5 1 0 ，1 5 8 1 0 ，5 0 1 0 一 )进而可得：()=40 X，1 0-6,4 9 X1 0-6一。)；(C，C2)一(9 3 7 1 0 ，9 2 1 0 )一 将 以上结果代人到公式：R +s e e 0 R。一C。可得：f 9 1 4 R1+4 9 R2 9 3 7 0 0 I 4 9 R1+1 1 o 6 3 R 2=9 2 0 0 0。解此方程得：R1 9 8 3，R2 7 8 8 即上排 锚 索 的设 计 拉 力 为 7 8 8 k N，而 预 应 力 为 6 0 0 k N；下排锚索 的设计拉力为 9 8 3 k N，而预应力 为 8 0 0 k N (2)计算桩身 内力：桩身内力计算结果详见图 6，7 从已计算出的数据不难看出：维普资讯 第 2期 桂树强：预应力锚索抗滑桩结构计算方法 2 3 9 基 殛 剪力 MN l 5 一 l0 5 0 5 l 0 l5 ：l 、T 4 图 6 桩身剪力 Fi g 6 S h e a r f o r c e s d i a g r a m o f t h e p i l e b o d y l ：f 二 一 图 7 桩身弯矩 Fi g 7 Be n d i n g mo me n t s d ia gr a m o f t h e p i l e b o d y Q 一一1 1 5 4 0 4 k N，=2 5 4 3 6 8 8 k N IT I (3)桩顶位移：一(x 0+L)2 2 1 0 m一 2 2 1T l r n 而桩顶位移的控制标准为：0 00 5 h 一 0 00 5 13 6 5 1 0一。m 一 6 5 m m 可见，计算出的桩顶位移满足桩顶的位移控制标准(4)与普通抗滑桩 的对比分析：方案的对 比分析 应该是综合考虑多因素，包括技术可行性、经济合理 性、施工的难易程度等等 预应力锚索抗滑桩相对于 普通抗滑桩而言，在施工中显然比后者复杂 但是其 经济优势也是显而易见的 这里仅列出抗滑构筑物原设计方案与预应力抗 滑桩方案在工程量方面的差异，详见表 1 从表 1 中不难看出，采用预应力锚索抗滑桩后 混凝土和钢筋用量相对于普通抗滑桩来说大大减小 了，而前者尚包括锚索工程，其施工难度与复杂程度 均大于后者 但从综合经济因素分析来看，前者明显 优于后者 6 结论 预应力锚索抗滑桩已被大量工程实践证明是一 表 1 预应力锚索抗滑桩与普通抗滑桩设计方案工程 量对比 Ta b l e 1 C o mp a r i s o n o f p r o j e c t wo r k c o mp o n e n t s b e t we e n s t a b i l i z i n g p i l e s wi t h p r e-s t r e s s e d a n c h o r c a b l e s a n d o r d i n a r y s t a b i l i z i n g p i l e s 种行之有效的滑坡治理工程措施 其相对于普通抗 滑桩而言，大大改善了结构体的受力状况，使结构体 更加主动地发挥阻滑作用 本文力图从滑坡地质体与抗滑桩、预应力锚索 的相互作用出发，找到这种结构体的力学模型，以及 相应的数学模型，从而求解出锚索设计拉力和桩身 的内力分布 文中将双参数法引人到土抗力模数或 地基系数的计算中，并贯穿到整个结构计算中 从锚 索与抗滑桩的位移变形协调条件出发，推导出了刚 性桩模式和弹性桩模式下的锚索设计拉力的计算表 达式，进而推导出桩身嵌固段的内力表达式 文中提 出了桩顶位移的控制标准，并按此标准来控制预应 力锚索抗滑桩的结构计算 结合三峡库区秭归县水 田坝乡下土地岭滑坡治理工程介绍 了这种滑坡治理 措施的应用，并 与原普通抗 滑桩设计方案进行 了技 术与经济对比分析，体现了这种抗滑结构的优越性 Re f e r e nc e s Ch e n，Z ，2 0 0 1 De s i g ning a n d c a l c u l a t i ng p r e s t r e s s e d a n c h o r c a b l e-p i l e E a r t h S c i e n c e-J o u r n a l o f C h i n a U n i v e r s i t v o fG e o s c i e n c e s，2 6(4)：3 5 2 3 5 6(i n C h i n e s e wi t h E ng l i s h a b s t r a c t)Gu i，S Q，2 0 0 3 C a l c u l a t i n g a nd d e s ign me t h o d a nd t h e i r a p p l i c a t i o n s o f s t a b i l i z i n g p i l e s wi t h p r e-s t r e s s e d a n c h o r ed c a b l e s i n l a n d s l i d e s r e med i a t i o n wo r k s(Di s s e r t a t i o n)Ch i n a Un i v e r s i t y o f Ge o s c i e n c e s，W u b a n(i n Ch i n e s e wi t h Eng l i s h a b s t r a c t)I n s t i t u t e o f Ex p l o r a t i o n a nd S u r v e y i ng i n S h e n z h e n Ci t y，Ge o t e c h n i c a l Eng i n e e r i ng Co mp a n y o f Sh e n z h e n Ci t y，1 9 9 6 Te c h n i c a l c o d e f o r r e t a i n i ng a nd p r o t e c t i o n o f d e e p b u i l d i ng f o u n d a t i o n e x c a v a t i o n i n S h e n z h e n a r e a 维普资讯 2 4 0 地球科学 中国地质大学学报 第 3 O卷(S J G0 5 9 6)，I n s t i t n t e o f Ex p l o r a t i o n a n d S u r v e r y i n g i n S h e n z h e n(i n Ch i n e s e)No 2 S u r v e y a n d De s i g n I n s t i t u t e o f M i n i s t r y o f Ra i l wa y s，1 9 8 3 De s i g n a n d c a l c u l a t i o n o f s t a b i l i z i n g p i l e Ch i n a R a i l wa y P u b l i s h i n g Ho u s e，B e r i n g(i n Ch i n e s e)No r t h we s t Br a n c h o f Ch i n a Ac a d e m