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:1004--5716(2006)12- -0025- -02中圖分類號:TD 854.7文獻標識碼:A錨桿的優(yōu)化設計王巍,張家生(中南大學土建院,湖南長沙410075)摘要:根據錨桿在邊坡加固中的主動加因機理,分別討論了考慮錨固段、自由段及同時考慮自由段和錨固段時錨桿的最優(yōu)方位角和最優(yōu)錨固長度的確定方法。結合工程實例，介紹了它們的確定過程。從現場反饋回來的信息以及分析表明，該設計方法較為合理，可供設計單位參考。關鍵詞:錨桿;加囤;最優(yōu);方位角;錨固長度! 概述錨固技術加固巖體從被動地阻止巖體再變形再破壞轉向主動地利用巖體本身去加固巖體，是- -種 主動加固方法。錨桿加固巖體在工程中已被廣泛應用,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、見效快和造價低等特點顯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成本.必須充分發(fā)揮錨桿的加固作用。而錨桿安設的方位角及錨固長度對加固力的大小與經濟效益有很大影響，所以在邊坡P=P.tanq+ P, =P[sin(a+β)anφ+cos(a+β)](1)加固設計與施工中受到了充分重視。本文介紹的優(yōu)化設計方法式中:P - -增加的抗滑阻力增量;對提高經濟效益有著重要的意義,采用本設計方法一般能減少P.--- 錨桿設計預應力值;總投資的8%~ 12%。P---P沿滑動面的法向分力;2錨桿的加固機理.P,沿滑動面的切向分力;錨桿加固邊坡就是將錨桿插人預先鉆好的孔內,-端固定滑動面傾角;在滑動面或潛在滑動面以內的穩(wěn)定巖體中,另-端固定在坡面錨桿與水平方向的夾角;上,然后通過預張拉對錨桿施加預應力。錨桿使巖體直接受到人φ一滑動面的內摩擦角。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由上式可知,錯桿-方面可直接在滑動面上產生抗滑阻力;力狀態(tài),滑坡的整體性就得到了加強,變形受到約束,巖土體的力另 -方面通過增大滑動面上的正應力來增大抗滑摩阻力。總之，學性質也相應得到了改善,研究表明,軟弱面上的抗剪強度指標錨桿是從改善不穩(wěn)定滑體的應力狀態(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面上的抗滑阻力來加固邊坡的。了滑動面上的受力狀態(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度的確定,在確定錨固角錄入速度;制，比如圖框、里程等;(2)當層號相同，而巖.土名稱不一至時;在數檢時不應選擇(3)在項目建立過程中,如果已經打開其它項目,這時建立新“巖性是否統(tǒng)-”進行數檢;否則會出現數檢不通過;項目,則在數據輸人操作中會出現沒有此數據表的現象;(3)此軟件支持層號重疊和層號混排情況。但如果要進行(4)在圖表中的鉆孔柱狀圖，如果分層較多時,會造成特征描數據統(tǒng)計，則會在統(tǒng)計時出現錯誤:述丟失;(1)允許用戶自己建立圖例。但須對AutoCAD較熟。(5)在室內測試資料和標準貫入試驗資料中,如果出現巖、土5存在問題樣或標準貫人試驗剛好在分層界線上時,資料匯總會出現錯誤。(1)本軟件與-些打印機驅動程序不兼容;比如在出圖時與6 結束語EPSON MJ]1500K的打印機驅動程序不兼容,經常會造成死機;行處理可以提高工作效(2)高版本的理正工程地質勘察CAD在土層數據輸人過程率,保中國煤化工致，為資料的長期保存中不能一行進行復制;并且高版本中對一些實用功能進行了限提供可:TYHCNMHG.Dec. 2006 .西部探礦工程26No, 12時,應對不同錯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面或可能滑動的滑動面產傾向西北,傾角20°~35°,極不穩(wěn)定。路槽以上為強風化泥質粉狀、粗糙程度及其力學性質,所以設計和施工前應做必要的現場砂巖 ,巖體極破碎,幾乎呈棋盤狀。巖質極軟, 90%的巖石手即可調查和理論分析,以便查明滑動面的產狀及其相關性質。掰斷。K38+953~K39 +023段巖體呈強-全風化狀?？v橫裂3.1 僅考慮錨固段時隙發(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(a+R)求導,并令其左右小塊狀。 巖體本身鳳化特別嚴重，強度極低。為0,得到a+β= p,此時錨桿可獲得最大抗滑力T物mx為:4.2滑動面基本參數工滑動面的綜合指標取值為C= 18. 6MPa,q=15.7°,安全系Tho= cosp數取值為Fs= 1.15,每單位沿米下滑力為976. 183kN。即β= φ-a時錨桿可獲得最大的抗滑力。4.3治理措施3.2 僅考慮自由段時采用錨桿加固該邊坡。共采用錨桿180根錨桿。考慮到坡由(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。錨固長度、鉆孔直徑.每根錨桿承但是.此時錨桿長度最大。為獲得最經濟鋪固角,聯合求解下式，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)長度(m) 實取長度(m)承載力(kN)由上式可解得最優(yōu)錨固角為:一、二級坡34.8.761200u≈其+罷-a(3)三、四級坡27.57. 821000五級坡256. 68003.3同時考慮錨固段和自 由段時由理論分析可知:15+2k+1-。(4)式中:k錨桿的錨固段長度與 自由段長度之比。(5)~(4)式即為同時考慮錨固段和自由段時的最優(yōu)錨固角。.般情況下,錨桿的錨固長度在錨固力確定之后就不會改變多少,所以最終影響錨桿長度的因素是自由段長度,因此,最優(yōu)錨固角的確定應以考慮自由段時的最優(yōu)錨固角為標準，即:團2錨桿橫斷面布置圖=開+界-a3.4內錨固段最優(yōu)長度的確定經過分析比較,采用優(yōu)化設計方法比采用常規(guī)的設計方法內錨固段長度是錨桿設計的一個重要指標，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。研究表明:錨桿軸力、剪力的分布集中在內錨固段外端后 ,到目前為止，尚無任何要破壞的跡象。因此,介紹的優(yōu)化設計2. 0m范圍內。方法無論在技術上還是在經濟效益上都切實可行。設剪力為:τ=f{(Lm,N)(5) 5 結論內粘結力為:T= xDL_C(6通過理論分析和比較，從錨桿提供給滑動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1內錨固段的直徑;計中最優(yōu)錨固長度和最優(yōu)方位角的優(yōu)化設計方法。經過現場反內錨固段長度,m;饋的信息表明,無論在技術上還是在經濟效益上都確實可行,可巖錨之間的粘結強度。供設計部門參考使用?？捎上率角蟮脙儒^固段長度:"rDLm.Cdl參考文獻:(7) [1] 顧湘生. 錨桿在施治鐵路病害高邊坡中的應用路基1.程, 1992.」?！眆(Im.N)dl(6);9~ 13.式中:F。.安全系數(根據工程重要性所確定,其它符號同上)。[2] Jun Kanda, Haresh Shah. Engincering role in failure lost valuationfor building U]. Structural safy, 1997, 19(1):79~90. .4工程應用4.1邊坡工程地質概況[3]封金財.錨桿在整治滑坡中的應用[J]有家止鐵道學院報，200(6):74~77.鵝山沖滑坡位于貴州省凱麻高速公路第五標段K38+ 860~[4]F1].路站1程,2002,(3).11K39+ 140段挖方路塹右側,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