预应力锚索抗滑桩设计与施工技术研究

硕士研究生读书报告

题目预应力锚索抗滑桩设计与施工技术研究

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2015年6月1日

预应力锚索抗滑桩设计与施工技术研究

摘要：随着我国基础建设的蓬勃发展，边坡的有效治理是工程实践中经常遇到的问题。边坡治理措施主要有挡土墙、抗滑桩、锚索及预应力锚索抗滑桩。预应力锚索桩是一种采用锚索和桩共同受力来抵抗滑坡推力的一种新型支挡结构。它能变一般抗滑桩的被动抗滑结构为主动抗滑结构，改善悬臂式抗滑桩不合理的受力状态。因此，预应力锚索抗滑桩的作用机理、计算理论、施工设计有待作进一步研究。

关键词：边坡；支挡结构；预应力锚索抗滑桩；作用机理；计算理论；施工设计

中图分类号：U418.52 文献标志码：A 文章编号：0000-0000（2015）00-0000-00 Research on design and construction technology of pre-stressed

anchor anti-slide piles

Abstract: Along with the vigorous development of the foundation construction, the effective management of the slope is a problem often encountered in the engineering practice. The control measures of slope mainly include retaining wall, anti slide pile, anchor cable and pre-stressed anchor anti-slide piles. The pre-stressed anchor anti-slide piles is a new type of structure which can resist the landslide thrust by the cable and the piles. It can become a general anti sliding piles of passive anti slide structure for active anti slip structure and improve the cantilever anti slide pile unreasonable stress state. Therefore, the mechanism、the calculating theory and construction design of the pre-stressed anchor anti-slide piles need to be further studied.

Key words: slope; supporting and retaining structure; pre-stressed anchor anti-slide piles; mechanism; calculation theory; construction design

1 预应力锚索桩的国内外研究动态及发展趋势

1.1 国外研究动态

19世纪中期，欧美国家就开始了对滑坡灾害防治措施的研究，但由于早期人们对滑坡性质和变化规律认识不深，对那些大、中型滑坡只能绕避，只对一些小型滑坡采取刷方减载、反压、以及抗滑挡土墙进行治理。第二次世界大战结束后，随着各国经济的发展和国土资源开发利用，遇到的滑坡也越来越多，用人为支挡工程治理大量滑坡才真正开始。60-70年代，在以应用排水工程和抗滑挡土墙为主的同时，大力开发应用抗滑桩工程，以解决抗滑挡土墙施工中的困难，1964年，英国铁路某处滑坡造成山体与挡土墙一起滑动，当采用抗滑桩对其进行加固后，随即达到稳定；70年代后期，在日本开始应用直径1.5-3.5m的挖孔抗滑桩[1]。从20世纪80年代开始，在小直径抗滑桩应用的同时，为治理大型滑坡，大直径挖孔抗滑桩开始使用。

在滑坡治理方面的国外研究多侧重于被动桩，对于承受土体侧向位移的被动桩，多侧重于土坡变形作用到桩体上的情况，尤其是对于海港工程、堤坝工程中承受软粘土变形的被动桩研究较多[2-4]。对于承受土体水平位移桩和桩群的设计计算，己提出了许多方法，并进一步将现有计算方法总结为压力法、位移法和有限差分法。同时在抗滑桩计算分析方面，国外一些研究主要针对软土、堤坝工程，坡体被认为是一种理想弹性或者塑性材料，作用于抗滑桩上的荷载较难确定，这些经验和方法适用范围比较有限。虽然提出了一些计算抗滑桩上作用的极限土压力的方法，但一般而言，抗滑桩支护坡体未必满足这些相应的极限条件，而只能作为一种控制设计方法进行验算。而对于预应力锚索抗滑桩这种新型的主动受力抗滑支挡结构，国外的研究资料更是匿乏。

1.2 国内研究动态

我国对滑坡灾害的系统研究和治理是从50年代才开始。根据我国国情研究开发了一系列有效的防治措施，总结出绕避、排水、支挡、减重、反压等治理滑坡的方法。我国对抗滑支挡结构的研

究和开发应用起步虽较国外晚，但其发展过程是比较迅速的。从50年代开始，我国多用挡土墙结构治理滑坡，这种支挡结构无论从理论还是施工方法上，都是既不合理也不经济的，而且只能治理小规模滑坡。用重力式抗滑挡土墙治理大型滑坡往往工程浩大，施工困难，虽然总结了“分段跳槽开挖基坑”的施工经验，有时还会造成滑坡加速滑动，危及施工安全。在60年代和70年代发展和完善了悬臂抗滑桩结构，由于抗滑桩具有比挡土墙开挖面小、施工速度快、工程量明显少等优点，很快在铁路内、外滑坡治理中被广泛应用，在治理大、中型滑坡中几乎取代了抗滑挡土墙。抗滑桩在治理滑坡方面有其独特的优点，但随着滑坡规模的增大、滑坡推力的增加，抗滑桩截面面积、埋深及总长度也越来越大，这就暴露出这种结构受力的不合理性，进而造成材料消耗量的浪费、施工进度减慢以及施工人员安全遭到威胁的可能性增大，人们便逐渐认识到其结构的缺陷：抗滑桩是大悬臂受力，主要是靠滑动面以下的桩身所受的地基反力来平衡滑坡推力，受力机制不合理，需要的桩截面大，材料消耗多，工程造价昂贵，为改善抗滑桩的受力状况，减小桩截面尺寸，缩短悬臂长度，增大抵抗力矩，工程技术人员不断研究新的抗滑支挡结构。

80年代以来，随锚索技术的发展，在滑坡防治工程中开始采用锚索工程。由于锚索是用高强度钢丝束锚固于滑体以下的滑床中，抗拉力大，预应力锚索变一般支挡结构物的被动受力为主动受力，对滑体扰动比较小，又是机械化施工，所以应用前景广阔。80年代后期出现和发展了一种新型抗滑结构—预应力锚索抗滑桩。

在抗滑桩理论研究、发展现状的基础上，国内外不少学者对预应力锚索抗滑桩的设计计算方法等进行了研究。程军勇[5]、周德培[6]、戴自航[7-8]、田景贵[9]、邹兴普[10]、余振锡[11]、申益民[12]、桂树强[13]、刘小丽[14]等都对预应力锚索抗滑桩设计计算进行过分析研究。总之，目前预应力锚索抗滑桩设计计算方法大致可分为两类，即不考虑锚索与抗滑桩的协调变形和考虑锚索与抗滑桩协调变形的方法，由于后者的合理性，预应力锚索抗滑桩的计算趋向于采用后者。

国内外对抗滑桩的数值模拟研究较多，唐志成、徐良德[15]采用有限元法进行了抗滑桩非线性分析，高永涛[16]等利用FLAC软件进行了抗滑桩的二维模拟，Jinohwon等[17]及GR.Martin等[18]采用FLAC软件进行了抗滑桩三维模拟。

2 预应力锚索桩的基本组成

预应力锚索桩是一种采用锚索和桩共同受力来抵抗滑坡推力的一种新型支挡结构。

图1 预应力锚索桩示意图

2.1 预应力锚索

预应力锚索是指由钻孔穿过滑动面，把一端锚固在坚硬的岩层中，然后在另一个自由端进行张拉，从而对岩层施加压力锚固不稳定岩体的方法。锚索结构一般由内锚头、外锚头和锚索体三部分组成。预应力锚索结构形式主要有：全长粘结型预应力锚索、压力分散型锚索、拉力型非粘结锚索、拉力分散型预应力锚索、拉压复合型预应力锚索等，见图2~6。