框架錨桿支護結(jié)構(gòu)模型研究

引言
　　框架錨桿支護結(jié)構(gòu)是最近幾年隨著支護結(jié)構(gòu)的發(fā)展而被提出的一種新型支護結(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基坑或山體的土壓力，即墻后土體產(chǎn)生的土壓力通過框架橫梁和立柱傳給錨桿。事實上，在框架預(yù)應(yīng)力錨桿支護結(jié)構(gòu)中，錨桿在一定的錨固區(qū)域內(nèi)形成壓應(yīng)力帶，通過框架擋墻及擋土板形成壓力面，從根本上改善土體的力學性能，變傳統(tǒng)支護結(jié)構(gòu)的被動擋護為充分利用土體本身自穩(wěn)能力的主動擋護，有效地控制了土體位移，隨邊坡向外破壞力的增大，支護力隨之增大，直至超出極限平衡而破壞，支護力隨錨桿的拔出逐步減弱，形成柔性支護結(jié)構(gòu)。
　　2框架錨桿柔性支護結(jié)構(gòu)的作用機理
　　對邊坡工程而言，就支護結(jié)構(gòu)受力特點來劃分，常見的支護結(jié)構(gòu)類型有三類：
　　(l)被動受力支護結(jié)構(gòu):其特點為支護結(jié)構(gòu)依靠自身的結(jié)構(gòu)剛度和強度被動地承受土壓力，限制土體的變形，從而達到保持邊坡安全穩(wěn)定的要求。常用的方法多為傳統(tǒng)的支護技術(shù)，如人工挖孔灌注樁、鋼板樁等。
　　(2)主動受力支護結(jié)構(gòu):其特點為通過不同的途徑和方法提高土體的強度，使支護材料和土體形成共同作用的體系，從而達到支護的目的。常用的方法為土釘墻支護技術(shù)、攪拌樁技術(shù)等，這些技術(shù)又被稱為補強類護坡技術(shù)。
　　(3)組合型支護結(jié)構(gòu):根據(jù)土體力學性質(zhì)將前兩種支護方法同時應(yīng)用于同一個基坑或者邊坡中。這類支護技術(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)勢和潛力。
　　顯然，框架錨桿柔性支護結(jié)構(gòu)屬于主動受力支護結(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理是通過強大的預(yù)應(yīng)力對坡體起到預(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性能得到一定程度的改善，充分利用土體的自身能力，增強坡體的穩(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，同時加強了結(jié)構(gòu)的整體效能。
　　3框架錨桿柔性支護結(jié)構(gòu)的工作過程及受力分析
　　在框架錨桿支護結(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理和具體的施工過程，可將其受力過程分為以下三個階段：
　　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)力錨桿施工過程劃分的，在此階段，為了防止框架梁柱出現(xiàn)局部過大受力而影響工程質(zhì)量，對框架梁上的錨桿按一定的順序分級施加預(yù)應(yīng)力到設(shè)計噸位。在此階段，由于施工時按順序分級張拉，-框架梁柱一般不會出現(xiàn)結(jié)構(gòu)上的破壞，可不對此階段的框架進行內(nèi)力計算，因此此階段受力不作為框架內(nèi)力計算的依據(jù)。
　　第二階段，整個支護結(jié)構(gòu)施工結(jié)束，待錨桿預(yù)應(yīng)力張拉完畢后支護結(jié)構(gòu)進入正常工作階段。由于框架預(yù)應(yīng)力錨桿加固坡體是一種主動制約機制，所以當錨桿預(yù)應(yīng)力通過框架梁傳遞到坡體上以后，對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)力錨桿支護基坑和邊坡的穩(wěn)定性設(shè)計中，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)計穩(wěn)定狀態(tài)所需的抗滑力計算。在框架預(yù)應(yīng)力錨桿對基坑或邊坡進行加固后，由于基坑或邊坡周邊條件的惡化會使坡體產(chǎn)生更多的下滑力，降低坡體的穩(wěn)定性，但只要此時坡體穩(wěn)定性在設(shè)計考慮的范圍內(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，其下部支承于各級邊坡平臺、路基側(cè)溝表面或基坑底部，可以認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)計計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，這時框架預(yù)應(yīng)力錨桿對邊坡體的主動加固機制變成了被動加固機制。在實際工程中，只要此時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，保持被支護坡體的穩(wěn)定性。所以，此時坡體的穩(wěn)定性主要取決于錨桿的承載力，框架設(shè)計應(yīng)與錨桿的承載能力相適應(yīng)。換句話說，必須首先在滿足穩(wěn)定性設(shè)計的情況下，再進行框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計計算。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，又增加了來自邊坡土體的土壓力引起的錨桿拉力增量。
　　此時，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)計計算的依據(jù)。由框架預(yù)應(yīng)力錨桿邊坡支護工作過程及受力分析可知，當邊坡土體處于極限破壞狀態(tài)時，支護結(jié)構(gòu)處于被動受力狀態(tài)，各層錨桿能充分發(fā)揮其抗拔力，此時邊坡應(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)計算的依據(jù)。
　　結(jié)語
　　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)性問題，是滑坡災(zāi)害防治工程的基本研究內(nèi)容之一。