框架錨桿支護(hù)結(jié)構(gòu)模型研究

引言
　　框架錨桿支護(hù)結(jié)構(gòu)是最近幾年隨著支護(hù)結(jié)構(gòu)的發(fā)展而被提出的一種新型支護(hù)結(jié)構(gòu)。它由框架、擋土板、錨桿和墻后土體組成，屬于輕型擋土結(jié)構(gòu)。擋土板的作用是擋土，它與一系列間距相等的框架剛性連接而成為連續(xù)板;框架的作用是其立柱為擋土板的支座，橫梁將兩側(cè)的擋土板連接成整體保持擋土墻的穩(wěn)定;錨桿的外端與框架連接，內(nèi)端錨固在土體中，擋土板所受的土壓力通過(guò)錨頭傳至鋼拉桿，再由拉桿周邊砂漿握裹力傳遞至水泥砂漿中，然后再通過(guò)錨固段周邊地層的摩擦力傳遞到錨固區(qū)的穩(wěn)定地層中，以承受土壓力或水壓力對(duì)結(jié)構(gòu)所施加的壓力，從而利用地層深處的錨固力。另外，框架與錨桿構(gòu)成空間框架，協(xié)同鋼筋混凝土擋土板一起共同承擔(dān)基坑或山體的土壓力，即墻后土體產(chǎn)生的土壓力通過(guò)框架橫梁和立柱傳給錨桿。事實(shí)上，在框架預(yù)應(yīng)力錨桿支護(hù)結(jié)構(gòu)中，錨桿在一定的錨固區(qū)域內(nèi)形成壓應(yīng)力帶，通過(guò)框架擋墻及擋土板形成壓力面，從根本上改善土體的力學(xué)性能，變傳統(tǒng)支護(hù)結(jié)構(gòu)的被動(dòng)擋護(hù)為充分利用土體本身自穩(wěn)能力的主動(dòng)擋護(hù)，有效地控制了土體位移，隨邊坡向外破壞力的增大，支護(hù)力隨之增大，直至超出極限平衡而破壞，支護(hù)力隨錨桿的拔出逐步減弱，形成柔性支護(hù)結(jié)構(gòu)。
　　2框架錨桿柔性支護(hù)結(jié)構(gòu)的作用機(jī)理
　　對(duì)邊坡工程而言，就支護(hù)結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)來(lái)劃分，常見(jiàn)的支護(hù)結(jié)構(gòu)類型有三類：
　　(l)被動(dòng)受力支護(hù)結(jié)構(gòu):其特點(diǎn)為支護(hù)結(jié)構(gòu)依靠自身的結(jié)構(gòu)剛度和強(qiáng)度被動(dòng)地承受土壓力，限制土體的變形，從而達(dá)到保持邊坡安全穩(wěn)定的要求。常用的方法多為傳統(tǒng)的支護(hù)技術(shù)，如人工挖孔灌注樁、鋼板樁等。
　　(2)主動(dòng)受力支護(hù)結(jié)構(gòu):其特點(diǎn)為通過(guò)不同的途徑和方法提高土體的強(qiáng)度，使支護(hù)材料和土體形成共同作用的體系，從而達(dá)到支護(hù)的目的。常用的方法為土釘墻支護(hù)技術(shù)、攪拌樁技術(shù)等，這些技術(shù)又被稱為補(bǔ)強(qiáng)類護(hù)坡技術(shù)。
　　(3)組合型支護(hù)結(jié)構(gòu):根據(jù)土體力學(xué)性質(zhì)將前兩種支護(hù)方法同時(shí)應(yīng)用于同一個(gè)基坑或者邊坡中。這類支護(hù)技術(shù)目前在許多工程中得到了廣泛的應(yīng)用，表現(xiàn)出很多的優(yōu)勢(shì)和潛力。
　　顯然，框架錨桿柔性支護(hù)結(jié)構(gòu)屬于主動(dòng)受力支護(hù)結(jié)構(gòu)。在框架錨桿結(jié)構(gòu)中，錨桿與框架梁柱共同作用，它們加固基坑和邊坡的機(jī)理是通過(guò)強(qiáng)大的預(yù)應(yīng)力對(duì)坡體起到預(yù)加固的作用，坡體在預(yù)應(yīng)力的作用下，首先是土體的物理力學(xué)性能得到一定程度的改善，充分利用土體的自身能力，增強(qiáng)坡體的穩(wěn)定性;其次，滑體垂直于滑面方向的壓力有較大的增加，如此增大了滑動(dòng)面上的摩擦力，從而增加了滑體抗滑移能力，提高坡體穩(wěn)定性?？蚣芰褐饕鸪惺懿鬟f錨固力的作用，同時(shí)加強(qiáng)了結(jié)構(gòu)的整體效能。
　　3框架錨桿柔性支護(hù)結(jié)構(gòu)的工作過(guò)程及受力分析
　　在框架錨桿支護(hù)結(jié)構(gòu)加固基坑和邊坡的工作期間，根據(jù)上述框架錨桿梁柱加固邊坡體的作用機(jī)理和具體的施工過(guò)程，可將其受力過(guò)程分為以下三個(gè)階段：
　　第一階段，錨桿預(yù)應(yīng)力張拉階段。該階段是根據(jù)預(yù)應(yīng)力錨桿施工過(guò)程劃分的，在此階段，為了防止框架梁柱出現(xiàn)局部過(guò)大受力而影響工程質(zhì)量，對(duì)框架梁上的錨桿按一定的順序分級(jí)施加預(yù)應(yīng)力到設(shè)計(jì)噸位。在此階段，由于施工時(shí)按順序分級(jí)張拉，-框架梁柱一般不會(huì)出現(xiàn)結(jié)構(gòu)上的破壞，可不對(duì)此階段的框架進(jìn)行內(nèi)力計(jì)算，因此此階段受力不作為框架內(nèi)力計(jì)算的依據(jù)。
　　第二階段，整個(gè)支護(hù)結(jié)構(gòu)施工結(jié)束，待錨桿預(yù)應(yīng)力張拉完畢后支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)入正常工作階段。由于框架預(yù)應(yīng)力錨桿加固坡體是一種主動(dòng)制約機(jī)制，所以當(dāng)錨桿預(yù)應(yīng)力通過(guò)框架梁傳遞到坡體上以后，對(duì)坡體提供了維持其穩(wěn)定性所需的潛在抗滑力。在通常情況下，在框架預(yù)應(yīng)力錨桿支護(hù)基坑和邊坡的穩(wěn)定性設(shè)計(jì)中，該抗滑力的值是根據(jù)自然狀態(tài)下邊坡體為了維持設(shè)計(jì)穩(wěn)定狀態(tài)所需的抗滑力計(jì)算。在框架預(yù)應(yīng)力錨桿對(duì)基坑或邊坡進(jìn)行加固后，由于基坑或邊坡周邊條件的惡化會(huì)使坡體產(chǎn)生更多的下滑力，降低坡體的穩(wěn)定性，但只要此時(shí)坡體穩(wěn)定性在設(shè)計(jì)考慮的范圍內(nèi)，則錨桿所提供的潛在抗滑力就可以抵消多余的下滑力，從而維持坡體的穩(wěn)定。上述過(guò)程，可稱為框架預(yù)應(yīng)力錨桿的正常工作階段。在此階段，作用于框架梁柱上的外力主要有:錨桿張拉力、梁下土體反力、框架梁柱自重和梁底的摩擦力。由于框架梁柱緊扣在坡面上，其下部支承于各級(jí)邊坡平臺(tái)、路基側(cè)溝表面或基坑底部，可以認(rèn)為梁柱自重和摩擦力能夠被下部的支承力所平衡。因此，框架結(jié)構(gòu)主要是承受預(yù)應(yīng)力錨桿的錨固力和梁底土體反力。
　　第三階段，框架錨桿的極限工作狀態(tài)階段。該階段是由于在框架錨桿加固邊坡體的設(shè)計(jì)計(jì)算中一些難以考慮的因素，或是一些未考慮到的坡體上作用外力的突然變化，最終導(dǎo)致框架錨桿所提供的潛在抗滑力喪失殆盡，這時(shí)框架預(yù)應(yīng)力錨桿對(duì)邊坡體的主動(dòng)加固機(jī)制變成了被動(dòng)加固機(jī)制。在實(shí)際工程中，只要此時(shí)坡體的變形在允許的范圍內(nèi)，并且框架錨桿具有足夠的承載力，就能憑借錨桿的抗滑能力，保持被支護(hù)坡體的穩(wěn)定性。所以，此時(shí)坡體的穩(wěn)定性主要取決于錨桿的承載力，框架設(shè)計(jì)應(yīng)與錨桿的承載能力相適應(yīng)。換句話說(shuō)，必須首先在滿足穩(wěn)定性設(shè)計(jì)的情況下，再進(jìn)行框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算。此階段稱為框架預(yù)應(yīng)力錨桿的極限工作狀態(tài)階段。在該階段，同第二階段一樣，可以不考慮框架梁柱的重力和梁底的摩擦力，框架結(jié)構(gòu)此時(shí)所受到的作用力除了第二階段的錨桿預(yù)應(yīng)力和由此而產(chǎn)生的梁底反力外，又增加了來(lái)自邊坡土體的土壓力引起的錨桿拉力增量。
　　此時(shí)，即可將錨桿施加的預(yù)應(yīng)力與后期滑移產(chǎn)生的錨桿拉力增量之和作為錨桿承載力以及框架設(shè)計(jì)計(jì)算的依據(jù)。由框架預(yù)應(yīng)力錨桿邊坡支護(hù)工作過(guò)程及受力分析可知，當(dāng)邊坡土體處于極限破壞狀態(tài)時(shí)，支護(hù)結(jié)構(gòu)處于被動(dòng)受力狀態(tài)，各層錨桿能充分發(fā)揮其抗拔力，此時(shí)邊坡應(yīng)處于最不穩(wěn)定狀態(tài)。因此，本文主要以該階段基坑或邊坡受力狀態(tài)作為穩(wěn)定性分析和結(jié)構(gòu)計(jì)算的依據(jù)。
　　結(jié)語(yǔ)
　　目前，在重大滑坡防治工程中，主要采用支撐體系（抗滑樁、擋土墻、阻滑鍵）、改良體系（加筋、注漿）、錨固體系（預(yù)應(yīng)力錨索、預(yù)應(yīng)力錨桿、非預(yù)應(yīng)力錨桿）等。每種支擋結(jié)構(gòu)體系都有它的適用條件。很多工程失效或失敗的根本原因是采用了不適合的支擋技術(shù)。各種支擋技術(shù)的原理和適應(yīng)性問(wèn)題，是滑坡災(zāi)害防治工程的基本研究?jī)?nèi)容之一。