边坡中锚索框架结构加固机理浅析★

2011-02-06杨玉玲

山西建筑 2011年12期

杨玉玲

0 引言

近年来随着边坡锚固技术的发展，预应力锚索框架结构在边坡加固工程中被大量应用。作为一种轻型岩土支护结构，预应力锚索框架结构具有设计灵活、施工简便、外形美观、造价较低等优点。预应力锚索框架结构可以用于治理滑坡、坍塌等斜坡类地质灾害，加固潜在不稳定的边坡，以防止边坡发生破坏;适用于土质边坡和破碎基岩边坡。

1 定义

所谓预应力锚索框架结构，是指将平面框架和预应力锚索两种可以单独使用的构件按一定的方式组合起来，通过锚索和框架与边坡岩土体的相互作用形成支挡结构，共同承担由滑坡推力或边坡卸荷松弛产生的岩土压力，使边坡处于稳定状态(见图1)。

框架布置在边坡的表面、垂直临空面或边坡变形产生下滑力的方向;预应力锚索一端锚固在框架横梁和竖肋相交的节点上，另一端锚固在边坡体内部的稳定地层上，以达到加固边坡的目的。

2 工作机理

锚索框架加固的基本原理就是利用锚索周围地层岩土的抗剪强度来承受框架结构的拉力，以保持地层开挖面的稳定。

2.1 预应力锚索锚固机理

将预应力锚索插入边坡上预先钻好的孔内，锚索一端固定在框架结构上，另一端穿过滑裂面或潜在滑裂面，锚固在坡体内部稳定岩土体中。锚索的预应力使不稳定滑体处于高围压的三向应力状态，与在单轴压力及低围压条件下相比，岩土体的力学特性更好。此时结构面处于压紧状态，边坡岩土体的整体性得到显著提高。

锚索可以作用于框架结构上以提供承受荷载的抗力;可以使地层产生压力区并对加固地层起到加筋作用;可以改善地层的力学性能，使框架结构与地层形成共同工作的复合体，使其能有效地承受拉力和剪力。

锚索的锚固力直接改变了滑裂面上的应力状态和稳定条件。如图2所示，预应力锚索的锚固力增加的抗滑阻力增量Pl为:

其中，Pl为抗滑阻力增量;Ptv为垂直于滑裂面切向的分力; Ptn为平行于滑裂面切向的分力;α为滑裂面倾角;β为锚索与水平方向的夹角;φ为滑裂面的内摩擦角;Pd为锚索设计拉力值。

预应力锚索一方面可以直接在滑裂面上产生抗滑阻力Ptv，另一方面通过增大滑裂面上的正应力Ptn来增大抗滑摩擦阻力。从改善不稳定滑体的应力状态、提高边坡岩土体的整体性和滑面上的抗滑阻力来加固边坡。

由于能事先在锚索内施加预应力，因此预应力锚索框架结构能起到主动控制边坡的松弛和变形的作用。预应力的大小控制边坡的松弛变形，当锚索预应力提供的抗滑力大于边坡变形产生的下滑力时，边坡会向临空面松弛变形;框架结构在锚索的约束作用下，对变形体起框箍作用，使变形体保持整体性，同时控制坡体表面的局部变形，防止局部破坏导致整体破坏。

2.2 框架结构加固机理

框架平贴在坡面上，由平行于边坡走向的横梁和顺坡走向的竖肋组成，两者一般呈井字形布置。横梁和竖肋采用钢筋混凝土结构，顶梁主要起到保护分级平台或堑顶岩土体稳定的作用，不是主要受力构件。因为预应力锚索属于柔性受力杆件，只能受拉不能受压，只有变形岩土体具有一定的刚度，保持一定的形状，能在钢筋混凝土框架的协调下形成受力体系，因此把变形岩土体视为预应力锚索框架结构的一部分。只有在锚索、框架和边坡变形体的共同作用下，才能形成完整的支挡结构，发挥支挡功能，三者缺一不可。