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预应力锚索抗滑桩设计与计算方法研究及工程应用

桂树强  
【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。在当前三峡库区地质灾害治理中以及一些基础设施建设中,例如修筑铁路、公路、水利设施等,都大量采用了这种技术。然而,其设计与计算方法仍然是一个亟待作深入研究的课题。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。普通抗滑桩的受力模式与悬臂梁十分相似,所计算得到的桩身弯矩和剪力往往很大,由此桩的截面尺寸也相当大。增加预应力锚索后,整个结构体系接近简支梁或其它超静定结构,随着约束的增加桩身的位移控制变得容易许多,同时桩身内力值也在一定程度上减少较多。 本文将从这种治理措施的地质与物理模型出发,建立其力学与数学模型,并最终得到其内力分布的解析解,为其结构设计奠定基础。本文将双参数法引入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。本文分别按刚性桩和弹性桩两种物理模式,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,计算出不同桩底条件下抗滑桩的内力分布。本文还探讨了作用在抗滑桩上的滑坡推力设计值的计算方法,以及锚索材料的选定、锚固深度计算、锚头类型选择、锚索与桩的连接设计、施工工艺与质量控制措施、检测与监测等等。最后结合三峡工程库区地质灾害治理的一个工程实例,本文介绍了上述计算与设计方法的实际应用,并与采用普通抗滑桩进行了技术与经济对比分析。 通过研究本文得到以下认识: 1、预应力锚索抗滑桩中的刚性桩模式和弹性桩模式只是一个相对概念。采用弹性桩方案时桩的埋深较大,但桩身截面可适当减小;而采用刚性桩方案,桩的埋深浅,但桩身截面大。到底哪一种方案更优越有时是很难判断的。实际设计中可分别按两种模式进行计算,综合技术和经济因素进行选择。 2、引入双参数法后,能够考虑土抗力的多种分布模式,常用的m法、K法、c法均被涵盖在其中,从而在计算桩的嵌固段内力分布时得到的计算表达式更具有代表性。其缺点 则表现在考虑双参数后,问题变得复杂化,且在实际操作中m和1/n这两个待定参数到底 取何值合适并非易事。 3、在实际应用中,预应力锚索抗滑桩可与砌石挡墙、喷锚支护、预制挡板(平板、 槽形板、拱形板等)联合作用,形成多种形式的组合结构,从而可扩大这种结构型式的应 用范围。 4、预应力锚索抗滑桩中的锚索有效防腐是这种结构形式可靠度得以提高的前提,因 而应加强锚索的防腐处理。本文建议采用具有双层保护的锚索体结构型式。同时建议锚索 与水平面的夹角应尽可能小,防止可能产生的应力腐蚀问题。 5、设置多排预应力锚索时,各排的预应力值可不同,建议上排预应力值略小于下排的。 这一结论对于刚性桩尤为重要。这样可使得各排锚索在工作状态下的应力水平大致相当。


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