總第128期西部探礦工程series No.1282006年第12期WEST-CHINA EXPLORATION ENGINEERINGDec. 2006文章編號(hào):1004--5716(2006)12- -0025- -02中圖分類號(hào):TD 854.7文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A錨桿的優(yōu)化設(shè)計(jì)王巍,張家生(中南大學(xué)土建院,湖南長(zhǎng)沙410075)摘要:根據(jù)錨桿在邊坡加固中的主動(dòng)加因機(jī)理,分別討論了考慮錨固段、自由段及同時(shí)考慮自由段和錨固段時(shí)錨桿的最優(yōu)方位角和最優(yōu)錨固長(zhǎng)度的確定方法。結(jié)合工程實(shí)例，介紹了它們的確定過程。從現(xiàn)場(chǎng)反饋回來的信息以及分析表明，該設(shè)計(jì)方法較為合理，可供設(shè)計(jì)單位參考。關(guān)鍵詞:錨桿;加囤;最優(yōu);方位角;錨固長(zhǎng)度! 概述錨固技術(shù)加固巖體從被動(dòng)地阻止巖體再變形再破壞轉(zhuǎn)向主動(dòng)地利用巖體本身去加固巖體，是- -種 主動(dòng)加固方法。錨桿加固巖體在工程中已被廣泛應(yīng)用,尤其是在高陡邊坡加固中,錨桿以pP其使用靈活、加固深度大、能充分發(fā)揮巖土自身的強(qiáng)度、施工中不破壞原有邊坡的整體性、占用空間少、見效快和造價(jià)低等特點(diǎn)顯ka示了其極大的優(yōu)越性。由于巖土工程的施工.大量的自然邊坡和人工邊坡需要加固處理,因此為了獲得良好的加固效果,降低技圖1錨桿加固滑坡示意圖術(shù)成本.必須充分發(fā)揮錨桿的加固作用。而錨桿安設(shè)的方位角及錨固長(zhǎng)度對(duì)加固力的大小與經(jīng)濟(jì)效益有很大影響，所以在邊坡P=P.tanq+ P, =P[sin(a+β)anφ+cos(a+β)](1)加固設(shè)計(jì)與施工中受到了充分重視。本文介紹的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法式中:P - -增加的抗滑阻力增量;對(duì)提高經(jīng)濟(jì)效益有著重要的意義,采用本設(shè)計(jì)方法一般能減少P.--- 錨桿設(shè)計(jì)預(yù)應(yīng)力值;總投資的8%~ 12%。P---P沿滑動(dòng)面的法向分力;2錨桿的加固機(jī)理.P,沿滑動(dòng)面的切向分力;錨桿加固邊坡就是將錨桿插人預(yù)先鉆好的孔內(nèi),-端固定滑動(dòng)面傾角;在滑動(dòng)面或潛在滑動(dòng)面以內(nèi)的穩(wěn)定巖體中,另-端固定在坡面錨桿與水平方向的夾角;上,然后通過預(yù)張拉對(duì)錨桿施加預(yù)應(yīng)力。錨桿使巖體直接受到人φ一滑動(dòng)面的內(nèi)摩擦角。為施加的外力作用,從而使不穩(wěn)定滑體處于較高圍壓的雙向應(yīng)由上式可知,錯(cuò)桿-方面可直接在滑動(dòng)面上產(chǎn)生抗滑阻力;力狀態(tài),滑坡的整體性就得到了加強(qiáng),變形受到約束,巖土體的力另 -方面通過增大滑動(dòng)面上的正應(yīng)力來增大抗滑摩阻力。總之，學(xué)性質(zhì)也相應(yīng)得到了改善,研究表明,軟弱面上的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)錨桿是從改善不穩(wěn)定滑體的應(yīng)力狀態(tài)、提高邊坡巖體的整體性(C、p)-般可提高16%和11%;再就是錨桿的加固力直接改變和增加滑動(dòng)面上的抗滑阻力來加固邊坡的。了滑動(dòng)面上的受力狀態(tài)(如圖1所示)。3最優(yōu)方位角和最優(yōu)錨固長(zhǎng)度的確定由于錨桿的加固所增加的抗滑阻力增量P為:眾所周知,錨固角主要影響錨桿長(zhǎng)度的確定,在確定錨固角錄入速度;制，比如圖框、里程等;(2)當(dāng)層號(hào)相同，而巖.土名稱不一至?xí)r;在數(shù)檢時(shí)不應(yīng)選擇(3)在項(xiàng)目建立過程中,如果已經(jīng)打開其它項(xiàng)目,這時(shí)建立新“巖性是否統(tǒng)-”進(jìn)行數(shù)檢;否則會(huì)出現(xiàn)數(shù)檢不通過;項(xiàng)目,則在數(shù)據(jù)輸人操作中會(huì)出現(xiàn)沒有此數(shù)據(jù)表的現(xiàn)象;(3)此軟件支持層號(hào)重疊和層號(hào)混排情況。但如果要進(jìn)行(4)在圖表中的鉆孔柱狀圖，如果分層較多時(shí),會(huì)造成特征描數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，則會(huì)在統(tǒng)計(jì)時(shí)出現(xiàn)錯(cuò)誤:述丟失;(1)允許用戶自己建立圖例。但須對(duì)AutoCAD較熟。(5)在室內(nèi)測(cè)試資料和標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)資料中,如果出現(xiàn)巖、土5存在問題樣或標(biāo)準(zhǔn)貫人試驗(yàn)剛好在分層界線上時(shí),資料匯總會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤。(1)本軟件與-些打印機(jī)驅(qū)動(dòng)程序不兼容;比如在出圖時(shí)與6 結(jié)束語EPSON MJ]1500K的打印機(jī)驅(qū)動(dòng)程序不兼容,經(jīng)常會(huì)造成死機(jī);行處理可以提高工作效(2)高版本的理正工程地質(zhì)勘察CAD在土層數(shù)據(jù)輸人過程率,保中國煤化工致，為資料的長(zhǎng)期保存中不能一行進(jìn)行復(fù)制;并且高版本中對(duì)一些實(shí)用功能進(jìn)行了限提供可:TYHCNMHG.Dec. 2006 .西部探礦工程26No, 12時(shí),應(yīng)對(duì)不同錯(cuò)固角所提供的最大抗滑力與最少投資-并考慮。為 -寬30m的鞍形地帶,以上橫坡變陡,坡角65°左右,地層總體錨桿方位角的確定主要依賴于滑動(dòng)面或可能滑動(dòng)的滑動(dòng)面產(chǎn)傾向西北,傾角20°~35°,極不穩(wěn)定。路槽以上為強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉狀、粗糙程度及其力學(xué)性質(zhì),所以設(shè)計(jì)和施工前應(yīng)做必要的現(xiàn)場(chǎng)砂巖 ,巖體極破碎,幾乎呈棋盤狀。巖質(zhì)極軟, 90%的巖石手即可調(diào)查和理論分析,以便查明滑動(dòng)面的產(chǎn)狀及其相關(guān)性質(zhì)。掰斷。K38+953~K39 +023段巖體呈強(qiáng)-全風(fēng)化狀?？v橫裂3.1 僅考慮錨固段時(shí)隙發(fā)育,特別是發(fā)育了大量隱蔽節(jié)理。將巖體完全分割成10cm錨桿提供的抗滑力為(1)式，將(1)式對(duì)(a+R)求導(dǎo),并令其左右小塊狀。 巖體本身鳳化特別嚴(yán)重，強(qiáng)度極低。為0,得到a+β= p,此時(shí)錨桿可獲得最大抗滑力T物mx為:4.2滑動(dòng)面基本參數(shù)工滑動(dòng)面的綜合指標(biāo)取值為C= 18. 6MPa,q=15.7°,安全系Tho= cosp數(shù)取值為Fs= 1.15,每單位沿米下滑力為976. 183kN。即β= φ-a時(shí)錨桿可獲得最大的抗滑力。4.3治理措施3.2 僅考慮自由段時(shí)采用錨桿加固該邊坡。共采用錨桿180根錨桿?？紤]到坡由(1)式可知:要獲得最大抗滑力的最優(yōu)錨固角為:β=φ-a。面巖層破碎,采用井字形錨座。錨固長(zhǎng)度、鉆孔直徑.每根錨桿承但是.此時(shí)錨桿長(zhǎng)度最大。為獲得最經(jīng)濟(jì)鋪固角,聯(lián)合求解下式，受的荷載見表1.錨桿的平面布置如圖2所示。并令F(a+b)=p/L,取F(a+β)極大值即可。| max[ P(a+β) = P'sin(a+β)tanφ+P' cos(a+β)] .表1錨固長(zhǎng)度及最優(yōu)錨圊角表I min(L,)= L'/sin(a+β)坡段最優(yōu)角(°) 最優(yōu)長(zhǎng)度(m) 實(shí)取長(zhǎng)度(m)承載力(kN)由上式可解得最優(yōu)錨固角為:一、二級(jí)坡34.8.761200u≈其+罷-a(3)三、四級(jí)坡27.57. 821000五級(jí)坡256. 68003.3同時(shí)考慮錨固段和自 由段時(shí)由理論分析可知:15+2k+1-。(4)式中:k錨桿的錨固段長(zhǎng)度與 自由段長(zhǎng)度之比。(5)~(4)式即為同時(shí)考慮錨固段和自由段時(shí)的最優(yōu)錨固角。.般情況下,錨桿的錨固長(zhǎng)度在錨固力確定之后就不會(huì)改變多少,所以最終影響錨桿長(zhǎng)度的因素是自由段長(zhǎng)度,因此,最優(yōu)錨固角的確定應(yīng)以考慮自由段時(shí)的最優(yōu)錨固角為標(biāo)準(zhǔn)，即:團(tuán)2錨桿橫斷面布置圖=開+界-a3.4內(nèi)錨固段最優(yōu)長(zhǎng)度的確定經(jīng)過分析比較,采用優(yōu)化設(shè)計(jì)方法比采用常規(guī)的設(shè)計(jì)方法內(nèi)錨固段長(zhǎng)度是錨桿設(shè)計(jì)的一個(gè)重要指標(biāo)，直接影響工程的總投資減少了10. 3%,而且,此滑坡自從2001年9月治理之造價(jià)。研究表明:錨桿軸力、剪力的分布集中在內(nèi)錨固段外端后 ,到目前為止，尚無任何要破壞的跡象。因此,介紹的優(yōu)化設(shè)計(jì)2. 0m范圍內(nèi)。方法無論在技術(shù)上還是在經(jīng)濟(jì)效益上都切實(shí)可行。設(shè)剪力為:τ=f{(Lm,N)(5) 5 結(jié)論內(nèi)粘結(jié)力為:T= xDL_C(6通過理論分析和比較，從錨桿提供給滑動(dòng)面的抗滑阻力的式中:τ剪力;大小和提高邊坡巖體整體性的效果等方面考慮.提出的錨桿設(shè)1內(nèi)錨固段的直徑;計(jì)中最優(yōu)錨固長(zhǎng)度和最優(yōu)方位角的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)反內(nèi)錨固段長(zhǎng)度,m;饋的信息表明,無論在技術(shù)上還是在經(jīng)濟(jì)效益上都確實(shí)可行,可巖錨之間的粘結(jié)強(qiáng)度。供設(shè)計(jì)部門參考使用。可由下式求得內(nèi)錨固段長(zhǎng)度:"rDLm.Cdl參考文獻(xiàn):(7) [1] 顧湘生. 錨桿在施治鐵路病害高邊坡中的應(yīng)用路基1.程, 1992.」。”f(Im.N)dl(6);9~ 13.式中:F。.安全系數(shù)(根據(jù)工程重要性所確定,其它符號(hào)同上)。[2] Jun Kanda, Haresh Shah. Engincering role in failure lost valuationfor building U]. Structural safy, 1997, 19(1):79~90. .4工程應(yīng)用4.1邊坡工程地質(zhì)概況[3]封金財(cái).錨桿在整治滑坡中的應(yīng)用[J]有家止鐵道學(xué)院報(bào)，200(6):74~77.鵝山?jīng)_滑坡位于貴州省凱麻高速公路第五標(biāo)段K38+ 860~[4]F1].路站1程,2002,(3).11K39+ 140段挖方路塹右側(cè),有40多萬立方米的塌方。該路段區(qū)中國煤化工橫坡40°~65*，主線從半山挖方通過，橫坡在高于路基125m處.YHCNMHG