關(guān)于預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁內(nèi)力計(jì)算方法的討論_圖文

1、第37卷第1期2008年2月貴州工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版JOURNAL OF GU IZHOU UN IV ERSIT Y OF TECHNOLO GY(Natural Science Edition Vol.37No.1February.2008文章編號:100920193(20080120072205關(guān)于預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁內(nèi)力計(jì)算方法的討論黃質(zhì)宏1,郭建強(qiáng)1,張建1,杜斌2(1.貴州大學(xué)土木建筑工程學(xué)院,貴州貴陽550003;2.西南交通大學(xué)土木工程學(xué)院,四川成都610031摘要:采用橫向變形約束彈性地基梁法設(shè)計(jì)預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁, 按照變形協(xié)調(diào)原理計(jì)算錨索拉力、抗滑樁的位移和樁身內(nèi)力,并將這

2、種方法用于某一深挖路塹高邊坡的預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁工程,根據(jù)現(xiàn)場實(shí)測結(jié)果,討論了該內(nèi)力計(jì)算方法的合理性。關(guān)鍵詞:預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁;內(nèi)力;計(jì)算方法中圖分類號:TU452文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A0引言 預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁從20世紀(jì)80年代中期開始應(yīng)用研究,首先用于滑坡整治,由于抗滑樁樁頂增加水平約束,從而改善了懸臂樁的受力狀態(tài),減少了樁截面尺寸及其預(yù)應(yīng)力錨索的錨固長度,因此,近20多年來獲得了廣泛應(yīng)用1-3,預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁的設(shè)計(jì)計(jì)算,文獻(xiàn)4-5將預(yù)應(yīng)力錨索樁的受力圖式簡化為頂端鉸支,下端彈性固結(jié)成簡支的梁式結(jié)構(gòu)來計(jì)算,設(shè)計(jì)簡化為:由作用于每根樁上的滑坡推力和樁前滑面以上巖土抗力來計(jì)算樁在滑面處的剪力Q ,錨索拉

3、力按照1/2-4/7Q 設(shè)計(jì),此方法將錨索與樁連接處簡化為鉸支,未考慮錨索受力后的彈性伸長,與實(shí)際受力情況不符。文獻(xiàn)6取樁錨固端處彎矩M =0來計(jì)算錨索拉力,未考慮樁身及其錨索受力后的變形,這也與實(shí)際情況不相符合,實(shí)際上,預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁也可以采用有限單元法等數(shù)值計(jì)算方法來計(jì)算,但計(jì)算過程繁瑣,不易操作。1計(jì)算方法1.1計(jì)算假定條件(1假定每根錨索樁承受相臨兩樁“中中”滑坡推力或巖土側(cè)向壓力,作用于樁上的力主要有滑坡推力或巖土側(cè)向壓力、錨索拉力及錨固段樁周巖土作用力,不計(jì)樁體自重、樁體反力、樁與巖土間摩擦力以及錨索與樁背后巖土的相互作用。(2考慮錨索系統(tǒng)的伸長變形與樁的位移,假定坡體內(nèi)潛在破裂

4、面為庫侖破裂面,土壓力按庫侖主動土壓力計(jì)算,土壓力分布簡化為梯形或者三角形。(3將樁、錨固段樁周巖土及錨索系視為一整體,為超靜定結(jié)構(gòu),錨索與樁連接處樁的位移與錨索的伸長變形相等。1.2錨索拉力的確定將樁與錨索視為一整體,樁簡化為橫向變形受約束的彈性地基梁,根據(jù)位移變形協(xié)調(diào)原理,按地基系數(shù)法確定錨索拉力及樁身內(nèi)力。圖1為錨索樁結(jié)構(gòu)計(jì)算圖示。假定樁上設(shè)置n 排錨索,則樁為n 次超靜定結(jié)構(gòu)。樁錨固段頂端O 點(diǎn)處樁的彎矩M 0及剪力Q 0計(jì)算如下:M 0=M -nj =1R jLj(1收稿日期:2007-05-20基金項(xiàng)目:貴州省教育廳自然科學(xué)研究項(xiàng)目(黔教科2004106.作者簡介:黃質(zhì)宏(1961

5、-,男,教授,主要從事巖土工程方面的研究工作。圖1錨索結(jié)構(gòu)計(jì)算圖示Q 0=Q -nj =1Rj(2式中:M ,Q 分別為滑坡推力或巖土壓力作用于樁O 點(diǎn)的彎矩、剪力;R j 第j 排錨索拉力;L j 第j 排錨索錨拉點(diǎn)距O 點(diǎn)的距離。由位移變形協(xié)調(diào)原理,每根錨索伸長量i 與該錨索所在點(diǎn)樁的位移f i 相等,建立位移平衡方程。i =f i (3f i =X 0+0L i +iq -nj =1ij(4i =i (R i -R io (5式中:X 0,0分別為樁錨固段頂端O 點(diǎn)處樁的位移、轉(zhuǎn)角;iq ,ij 分別為滑坡推力(或巖土壓力及其錨索拉力R j 作用于i 點(diǎn)樁的位移;R io 第i 根錨索的

6、初始預(yù)應(yīng)力;i 第i 根錨索的柔度系數(shù),即單位力作用下錨索的彈性伸長量。i =l iN E g A s(6L i ,A s 分別為錨索自由段長度及每束錨索截面積;E g 錨索的彈性模量;N 每孔錨索的束數(shù)。當(dāng)滑坡推力(或巖土壓力為梯形分布時(shí)(見圖1,在其作用下,i 點(diǎn)樁的位移為:ij 為第j 根錨索拉力R j 作用于樁上i 點(diǎn)的位移系數(shù),可由結(jié)構(gòu)力學(xué)中有關(guān)計(jì)算公式確定。當(dāng)j i 則ij =L 3j6EI (2-3+y 3,=1-L j L i 1(7當(dāng)j i 則ij =L 2j 6EI (2-3+y 3,=L jL i(8由此地基系數(shù)法(簡化為多層“K ”法可計(jì)算確定:X 0、0.X 0=Q

7、03EI1+M 02EI 2(90=Q 03EI2+M 02EI3(10式中:1,2,3樁的無量綱系數(shù);E ,I 分別為樁的彈性模量、截面慣性矩;樁的變形系數(shù)。X 0+0L =13EI +22EI L i Q 0+22EI +3EIL i M 0(11令A(yù) i =13EI +22EI L i(12i =22EI +3EI L i(13則X 0+0L =A i Q 0+B i M 0(1437第1期黃質(zhì)宏,等:關(guān)于預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁內(nèi)力計(jì)算方法的討論將上述相關(guān)公式代入式(1-3得:A i Q -nj =1Rj+B i M -nj =1R jLj+ij -nj =1R j ij=i (R i -R

8、io 整理得nj =1(Ai+B j L j +ij R j +j R i =A i Q +B i M +iq +i R io令ij =A i +B i L j +ij(15C j =A i Q +B i M +iq +i R io(16則nj =1ijR j+i R i =C i(17線性方程組(1-17,可確定各排錨索拉力R jR j =D KD(18其中:D =11+112ij1n 2122+22j 2n MMMMn 1n 2nj n +nD K =11+1121(j -1C 11(j +1MMMMMMn1n21(j -1C n n (j +11.3抗滑樁樁身內(nèi)力的計(jì)算1.非錨固段OA

9、樁身內(nèi)力令L 0=0、L n +1=L 、R n +1=0當(dāng)=L -L i 時(shí),取K =n +1-i (i =1,2,n Q -y=Q (y -Kj =1R n +2-jQ +y=Q (y -Kj =1Rn +1-jM y =M (y -Kj =1Rn +1-j y -(L -L n +1-j (19當(dāng)L -L i -1>y L -L i 時(shí),取K =n +2-i (i =1,2,n +1Q y =Q (y -Kj =1Rn +2-jM 2=M (y -K j =1Rn +2-j y -(L -L n +2-j (20式中:Q y ,M y 樁身剪力、彎矩;Q (y ,M (y 僅巖土壓

10、力作用于樁上的剪力、彎矩;K 從樁頂往下數(shù)錨索支承點(diǎn)個(gè)數(shù)。2.錨固段樁身內(nèi)力計(jì)算錨固段樁身內(nèi)力按照普通抗滑樁計(jì)算,采用多段地基系數(shù)法,將錨固段樁身等分成若干小段,每小段地基系數(shù)視為矩形分布,引入樁的變形系數(shù):按“K ”法或者“m ”法計(jì)算。2工程實(shí)例與現(xiàn)場實(shí)測結(jié)果的分析某公路路基直立超高邊坡支擋工程,其巖層走向N45°W -EW ,與路線走向的夾角約為0-30°,巖層傾47貴州工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版2008年角21-29°,傾向路線,巖性為石英砂巖和砂巖,中至厚層狀,節(jié)理較為發(fā)育,層間結(jié)合差,有泥化夾層。由于地形和規(guī)劃的需要,形成了高達(dá)28m 的直立超高邊坡,采

11、用預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁支護(hù)結(jié)構(gòu),設(shè)置錨索抗滑樁共13根,樁長39.00m ;每根樁上設(shè)5排錨索,最大懸臂高度28米,抗滑樁樁間設(shè)置土釘墻,錨桿長6.0m ,間距1.0 m. 圖2抗滑樁樁頂位移隨開挖深度變化曲線選取該工程中編號為A4#、2#、7#三根錨索樁的靠山側(cè)和靠河側(cè)鋼筋最大應(yīng)力區(qū)進(jìn)行監(jiān)測。三根樁共42個(gè)測點(diǎn)。了解抗滑樁在施工開挖過程中的內(nèi)力變化情況,在邊坡施工開挖過程中。根據(jù)抗滑樁兩側(cè)的實(shí)測鋼筋計(jì)應(yīng)力,可以換算出錨索抗滑樁(7#樁在每個(gè)開挖斷面下的彎矩,即是動態(tài)施工過程中抗滑樁的彎矩值的變化情況(如下圖所示。按照預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁內(nèi)力計(jì)算方法,計(jì)算抗滑樁的內(nèi)力值,其計(jì)算結(jié)果與實(shí)測結(jié)果對比如下:

12、圖3彎矩實(shí)測值與計(jì)算值(7#樁圖4彎矩的實(shí)測值與計(jì)算值(2#樁在錨索施工結(jié)束后(即張拉完成對錨索的預(yù)應(yīng)力進(jìn)行了監(jiān)測,錨索預(yù)應(yīng)力損失情況如下圖所示:7號樁上錨索隨時(shí)間變化曲線2號樁上錨索隨時(shí)間變化曲線圖5錨索預(yù)應(yīng)力損失隨時(shí)間變化曲線錨索預(yù)應(yīng)力值的變化反映了施工的外界因素對錨索預(yù)應(yīng)力值的影響,圖5為7#和2#抗滑樁上錨索預(yù)應(yīng)力變化曲線圖。從圖中可以看出,在錨索張拉完成后的20天內(nèi),錨索的預(yù)應(yīng)力處于不斷的變化過程中,但總體呈下降趨勢,這種預(yù)應(yīng)力損失主要來三個(gè)方面,即張拉過程中的損失、錨索鎖定過程中的損失和時(shí)間延續(xù)而引起的預(yù)應(yīng)力損失,這一現(xiàn)象是客觀存在的,也是無法避免的。因此在錨索張拉鎖定后20天左右

13、進(jìn)行57第1期黃質(zhì)宏,等:關(guān)于預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁內(nèi)力計(jì)算方法的討論67貴州工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版2008年補(bǔ)償張拉是對預(yù)應(yīng)力補(bǔ)償?shù)淖钣欣麜r(shí)機(jī)。3結(jié)語(1采用橫向變形約束彈性地基梁法進(jìn)行預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁的設(shè)計(jì),將樁、錨索,樁周巖土體視為一個(gè)整體,按照變形協(xié)調(diào)原理計(jì)算錨索拉力、樁的位移及其內(nèi)力,計(jì)算結(jié)果較為合理,也較好反映了樁的受力狀態(tài),該計(jì)算方法與抗滑樁通用程序相比較,計(jì)算簡便。(2現(xiàn)場實(shí)測結(jié)果表明,雖然內(nèi)力計(jì)算結(jié)果與實(shí)測數(shù)據(jù)存在一定差異,但基本上能夠真實(shí)反映錨索抗滑樁內(nèi)部的應(yīng)力應(yīng)變情況,說明該內(nèi)力計(jì)算方法的合理性和可行性。參考文獻(xiàn):1周德培.軟弱高邊坡工程的信息化施工J.巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào),1

14、998,17(4:373-377.2楊志發(fā),柯天河,肖竹生,等.五強(qiáng)溪水電站船閘邊坡開挖監(jiān)控設(shè)計(jì)的理論與實(shí)踐J.工程地質(zhì)學(xué)報(bào),1995,(2:1-11.3楊志發(fā),劉大安,劉英,等.關(guān)于綜合地質(zhì)信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用研究J.巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào),1999,18(8:1226-1229.4李燕東.二灘水電站二號尾渠內(nèi)側(cè)邊坡穩(wěn)定監(jiān)測J.巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào),1998,17(2:667-673.5王在泉.邊坡動態(tài)穩(wěn)定預(yù)測預(yù)報(bào)及工程應(yīng)用研究J.巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào),1998,17(2:117-122.6二灘水電站開發(fā)有限責(zé)任公司.巖土工程安全監(jiān)測手冊M.北京,水利電力出版社,1999.Prestressed a

15、rchoring cable with anti-sliding pile calculation ofinternal forces of discussion Discussion of Internal Force C alculationof Prestressed archoring cable with anti-sliding pileHUAN G Zhi-hong1,GUO Jian-qiang1,ZHAN G Jian1,DU Bin2(1.School of Civil Engineering and Architecture,Guizhou University,Guiy

16、ang550003,China;2.Schoolof Civil Engineering,Southwest Jiaotong University,Chendu610031,ChinaAbstract:In the construction process of a highway deep road cut slope,it was reinforced by means of anti -sliding piles and pre-stressed anchorages,in the course of construction and operation,long term mon2 itoring of anti-sliding piles and prestressed anchorages was carried out.The monitoring information was analyzed and fed back in time.the influence factors of landslide deformation were researched and the de2 formati