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第36卷第36期 2010年12月
山
西建筑 Vo.l36No.36
Dec. 2010SHANXI ARCHITECTURE
文章编号:1009 6825(2010)36 0068 03
预应力锚索受力分析及设计计算实例
辛文栋
摘 要:结合兰青铁路高边坡采用预应力锚索加固工程实例,介绍了预应力锚索的受力分析及设计计算,经过工程实践,
该设计计算理论能较好地反映现场实际情况,为完善预应力锚固技术奠定了基础。关键词:预应力锚索,受力分析,设计计算中图分类号:TU472
文献标识码:A
1 工程概述
兰青铁路DK60+800~DK60+880段位于既有线右侧,山南侧坡脚处,路基以挖方形式通过。工点范围内主要出露地层为第三系中新统泥岩夹砂岩,泥岩为主,夹0.1m~0.5m厚的砂岩层。泥岩棕红色,表层强风化,呈土颗粒状碎块状,手可掰碎,无层理,泥质胶结;砂岩灰绿色,强风化捶击易碎,节理发育,呈碎块状。风化层:厚度约3m~10m, 级硬土, 0=300kPa,完整基岩 软石, 0=500kPa。砂岩岩层产状:N74W/64N。节理产状:N26E/88S,N80W/42S。工点内未见地下水露头,地震动峰值加速度为0.10g,地震烈度为7度,最大冻结深度为1.03m。
原施工图设计路堑右侧边坡设置了重力式挡土墙,现场按原设计进行了施工,施工期间及竣工后,因挡土墙以上边坡风化严重、节理发育、易受自然应力影响,边坡存在安全隐患,且DK60+799处涵洞局部有小型崩塌,堵塞涵洞,影响了后续工序的施工和将来的运营安全。
为防止路堑右侧边坡滑塌,降低边坡高度,维护山体平衡,保护环境,防止开挖坡面风化,挡土墙以上边坡采用了预应力锚索十字面板及挂网喷混凝土防护工程。
∃1=!-i=35∀-28.74∀=6.26∀;
∃2=!+∀-#-i=35∀+35∀-34.61∀-28.74∀=6.65∀;tan(%+i)=tan∃2#12=2+4.293
-4.527
%+i=76.89∀,即%=76.89∀-28.74∀=48.15∀;
(1-tan#tani)(tan%-tan#)cos(%+!)
=0.0818;
(1-tan%tani)sin(%+∃2+i)1Ea= H2&.51kN/m;a=5372
Ex=Eacos(∀-#)=537.49kN/m;&a=
Ey=Easin(∀-#)=3.66kN/m。
锚索墙承受的侧向土压力按主动土压力的1.2倍~1.4倍计算,即:
E∃=1.4Ex=1.4%537.49=753.12kN/m;x
2 初步拟定边坡参数及锚索间距
边坡坡度设为1!0.5,每级边坡高度10.0m,边坡之间设2.5m宽平台。第一排锚索打在距挡土墙墙顶高程以上1.5m
处。锚索按矩形排列,水平和垂直间距均采用3.5m。锚具采用OVM15 5型,钻孔与水平面的夹角为15∀,采用钢绞线强度级别为1860MPa。预应力锚索边坡坡面挂机编低镀锌双纽铁丝网,铁丝网用 20螺纹钢短锚杆固定,锚杆长度为1.0m,间距2.0m,喷射混凝土护坡采用机械喷射。
3 作用于锚索墙上的墙背土压力计算
作用在锚索结构物上的荷载包括土压、水压、上覆荷载、滑坡荷载、地震荷载及其他荷载等。预应力锚索设计时,一般情况可只计算主力,在浸水和地震等特殊情况下,尚应计算附加力和特殊力。
预应力锚索作为承受侧向土压力的支挡工程或用于边坡加固时,其设计荷载应按重力式挡土墙的有关规定计算,结构物承受的侧向土压力应按主动土压力的1.2倍~1.4倍计算。计算过程如下:
锚索墙后土容重 =19kN/m;内摩擦角!=35∀;土与墙背间摩擦角∀=!=35∀;墙顶以上地面与水平面夹角i=28.74∀;假想墙背与垂直面夹角#=34.61∀;假想墙背边坡坡率为1!0.69,见图1。
收稿日期:2010 08 29
(1976 ),男,,,陕西西安 3
作用于墙后的水平地震力FhE计算:
墙后破裂面以内土块的质量m=235.12%1.0%19/10=446.73t;
水平地震力作用修正系数∋=0.25;
地震动峰值加速度Ag=0.1gm/s2;
水平地震力FhE=∋&Ag&m=0.25%0.1%9.8%446.73=109.45kN/m;
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辛文栋:预应力锚索受力分析及设计计算实例
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所以作用于墙后的主动土压力的水平力为:
Eh=E∃.12+109.45=862.57kN/m。x+FhE=753
中的大值,宜为4m~10m。
a.根据水泥砂浆与锚索张拉钢材粘结强度确定的锚固段长度lsa可按下式计算:
lsa=
Fs2&Pt
。
su
4 锚固力的设计计算
预应力锚索作为承受侧向土压力的支挡工程或用于边坡加固时,对岩质边坡以及坚硬、硬塑状粘土和密实、中密砂土内边坡,当采用逆作法施工的多层锚索挡墙时,侧压力分布可近似的按图2确定。
对岩质边坡:ehk=
EhEh
对土质边坡:ehk=,ehk
0.9H0.875H
当锚索锚固段为枣核状时:
Fs2&Pt
lsa=n&∗&d&+u
b.根据锚固体与孔壁的抗剪强度确定的锚固段长度可按下式计算:
Fs2&Pt
h其中,ds为张拉钢材外表直径,m;d为单根张拉钢材直径,m;
la=
dh为锚固体(即钻孔)直径,根据设计的锚固力、地基性状、锚固类型、张拉材料根数、造孔能力等因素确定,宜采用100mm~150mm;+u为锚索张拉钢材与水泥砂浆的粘结强度设计值,kPa;+为锚孔壁与注浆体之间粘结强度设计值,kPa。
计算过程如下:
Fs2&Pt3%617.92lsa===4.4m;
su3.14%39.4%10-33la=
Fs2&Pt3%617.92
==9.1m。
h3.14%130%10-3%0.5%103
为侧向岩土压力水平分力标准值,kN/m;H为锚索墙边坡高度,m。
锚索水平拉力标准值为:Htk=ehk&Sx&Sy;其中,Sx为锚索水平间距,m;Sy为锚索垂直间距,m;
锚索轴向拉力标准值:Nak=Htk/cos(;其中,(为锚索与水平面的夹角;
每孔锚索设计锚固力:Pt= &Nak,其中, 为荷载分项系QQ数,可取1.30,当可变荷载较大时按现行的荷载规范确定。
Eh862.57ehk===37.48kN/m2;
0.875H0.875%26.3
Htk=ehk&Sx&Sy=37.48%3.5%3.5=459.13kN;Nak=Htk/cos(=459.13/cos15∀=475.32kN;
Pt= .3%475.32=617.92kN。Q&Nak=1
5 每孔锚索钢绞线的根数n
1)根据设计的锚固力Pt和所选用的钢绞线强度,可按下式计算每孔锚索钢绞线的根数n。
Fs1&Ptn=Pu
其中,Pu为锚固钢材极限张拉荷载,kN;Fs1为安全系数,取1.7~2.2,腐蚀地层中取大值。
计算过程如下:
钢绞线选用由7根钢丝构成的)15.2mm,Pu=259kN,Py=220kN,所以:
F&Pt2.0%617.92n=s1==4.78∋5根。
Pu259
2)设计锚固力Pt应小于容许锚固力Pa,锚固钢材容许荷载应满足:设计荷载作用时:Pa(0.6Pu或Pa(0.75Py,即:
Pa(0.6Pu=0.6%259=155.4kN;
Pa(0.75Py=0.75%220=165.0kN。
所以Pa=155.4%5=770kN;
即Pt
Pa(0.7Pu=0.7%259=181.3kN;Pa(0.85Py=0.85%220=187.0kN。最大张拉吨位为181.3%5=906.5kN=90.65t。
4)预应力锁定中时,Pat(0.8Pu或0.9Py,即:
Pa(0.8Pu=0.8%259=207.2kN;Pa(0.9Py=0.9%220=198.0kN。
最大锁定吨位为198%5=990kN=99.0t。
锚固长度取lsa,la中的大值,即为9.1m,设计中取10.0m。
7 锚索总长度
锚索总长度由锚固段长度、自由段长度及张拉段长度组成。锚索自由段长度受稳定地层界面控制,在设计中应考虑自由段伸
入滑动面或潜在滑动面的长度不应小于1m,自由段长度不应小于3m~5m。张拉段长度应根据张拉机具决定,锚索外露部分长度宜为1.5m。本算例中锚索长度的选择见表1。
表1 锚索长度的选择
锚索排数/排
1234567
自由段长度/m
4466899
锚固段长度/m
[1**********]010
锚索总长度/m
15.515.517.517.519.520.520.521.5
81010
注:排数自坡脚至坡顶计数,最底排为第1排,依次往上类推
8 锚索的预应力及超张拉
1)对于永久性预应力锚索的拉力锁定值不应小于设计锚固力,施加张拉力时,锚索中的各股钢丝或钢绞线的平均应力不应大于钢筋极限抗拉强度的60%;当施加超张拉力时,各股钢绞线的平均应力不宜大于钢材极限抗拉强度的70%。对锚索施加的预应力的大小还应根据锚索的使用目的、被加固岩土体及地基性质与状态而定。对于施加主动预应力来阻止下滑力为目的的锚索设计,可按设计锚固力施加预应力,如锚索加固滑坡、加固松动岩体。对于允许变形的锚索复合支挡结构,设计时应考虑锚索与结构物的变形协调,使两者能充分发挥作用,一般对锚索施加初始预应力为设计锚固力的30%~80%,如预应力锚索桩,通常施加的初始预应力为设计锚固力的50%~80%。当锚索结构加固松散岩体时,由于张拉作用会引起被加固土体产生较大的蠕动和塑性变形,通常应进行张拉试验来决定初始预应力值,一般对锚~80%。少被加
6 锚固体设计计算
1)锚固体应确定锚索锚固长度、孔径、锚固类型。锚固体的
承载能力应通过锚固体与锚孔壁的抗剪强度、钢绞线束与水泥砂浆的粘结强度以及钢绞线强度三部分控制,设计应取其小值。
2)锚固体抗拔安全系数Fs2不应小于2.5。
锚固按下,采用la,la
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第36卷第36期 2010年12月
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西建筑 Vo.l36No.36
Dec. 2010SHANXI ARCHITECTURE
文章编号:1009 6825(2010)36 0070 02
地铁施工期间对周围建筑物的影响
闫海生 李永刚 李俊伟
摘 要:以某市地铁施工为例,分析了地铁施工对周围建筑物的影响及措施,为了掌握地铁施工过程中的力学动态,制定
了沉降监测方案,通过采取相应的监测方案,实现了对建筑物沉降的控制,保证了地铁施工的顺利进行。关键词:地铁施工,建筑物,沉降监测中图分类号:U231.3
21世纪初是城市地下铁道、各种隧道工程以及地下空间工程大发展的重要时期。为解决城市交通、停车、贸易、通讯、供水以及供电等工程项目占地的重大难题,人们将大力开发利用地下空间[1]。近年来,许多大中城市发展的步伐加快,以至于给城市交通带来很大的压力,为了缓解中心城市的交通拥堵状况,开发地下交通设施就显得尤为重要,这也就使得地铁在城市交通中占有很重要的地位,并且得到迅速发展。但在市区修筑地下工程,尤其是在地面建筑密集、地下管线复杂的城市中心地区,地铁施工引起地面沉陷很可能危及地面建筑物的安全,因此地铁施工对周围邻近建筑物的影响成为地铁施工的重点和难点。这些影响包括以下几个方面:1)由于地面变形造成周边建筑物沉降、倾斜、甚至倒塌;2)引起路面与其他地面设施的破坏;3)造成地下管线的破裂。在地铁施工过程中需要采取有效措施,并且根据建筑物的沉降控制标准,对地铁施工过程进行有效的管理,严格控制地固岩土体的蠕变量,可对地基施加0.9Py以内,且为设计锚固力的1.2倍~1.3倍的张拉力,通过一定周期的几次反复张拉,可减少蠕变量。2)预应力损失主要由钢绞线松弛、地层压缩蠕变及锚具的楔滑三部分组成。预应力锚索的损失主要发生在张拉至锁定的瞬间,锁定后预应力损失为所施加预应力的10%~20%,其中钢绞线的松弛约占4.5%,锚具的楔滑约占1%,地层的压缩蠕变约占4%~10%。为减少预应力损失,设计中应选用高强度低松弛的钢绞线和高质量的锚具,另外还应对锚索进行补偿张拉或超张拉。一般情况,锚索自由段为土层时超张拉值宜为15%~25%,为岩层时宜为10%~15%。
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文献标识码:A
表沉降,保证周边建筑物的安全和使用。
本文通过对某市地铁施工过程中邻近建筑物的沉降监测,分析引起建筑物沉降的主要影响因素,通过采取相应的施工方案,达到对建筑物沉降的控制,可用于指导地铁工程的施工,保证工程的顺利进行,为其他地铁工程施工提供参考。
1 背景
地铁施工区间位于城市道路沿线,北侧商业、餐饮建筑密集。区间采用浅埋暗挖法施工,区间隧道右线地板埋深20.288m,隧道顶板埋深14.082m,区间隧道为单拱马蹄形断面,采用台阶法施工。隧道穿越地层为中风化板岩(中风化碎裂岩),属于)级围岩,次坚石,采用爆破法开挖。距暗挖隧道最近的建筑为1层,3层砖混居民楼,1层底商,距暗挖隧道右线结构外缘最近距离仅11 04m,如果隧道施工处理不当,易引起该居民楼的大幅沉降或倾斜。
加固体稳定和限制变形的目的。预应力锚固技术最大的特点是能够充分利用岩土自身强度和承载力,大大减轻结构自重,节省工程材料,是高效和经济的加固技术,施工中采用机械化作业,工艺灵巧、施工进度快、工期短、施工安全等。根据设计荷载在锚索结构物上的分配,通过计算确定锚索设计锚固力,针对不同的外锚结构形式可采用不同的计算方法,如连续梁法、简支梁法、弹性地基梁法等,其计算方法仍然是一个需要深入研究的课题,有待进一步的研究,以使计算结果更切合实际,节约工程投资。参考文献:
[1] 李海光.新型支挡结构设计与工程实例[M].北京:人民交通出版社,2003.
[2] TB10025 2006,J127 2006,铁路路基支挡结构设计规范[S].
[3] 彭振斌.锚固工程设计计算与施工[M].北京:中国地质大
学出版社,1997.
9 结语
预应力锚索是通过对锚索施加张拉力以加固土体使其达到稳定状态或改善内部应力状态的支挡结构。锚索是一种主要承受拉力的杆状构件,通过钻孔及注浆体将钢绞线固定于深部稳定地层中,在被加固体表面使钢绞线张拉产生预应力,从而达到被
Prestressedanchorcableforceanalysisanddesignandcalculationcase
XINWen dong
Abstract:CombiningwithprestressedanchorcablereinforcingengineeringcaseadoptedinLan Qingrailwayhighslope,thisarticledescribesforceanalysisanddesignandcalculationofprestressedanchorcable.Afterengineeringpractice,thisdesignandcalculationtheorycanbetterre flectfieldactualsituation,whichhaslaidfoundationofprestressedanchorcablereinforcingtechnology.Keywords:prestressedanchorcable,forceanalysis,designandcalculation
收稿日期:2010 08 22
作者简介:闫海生(1985 ),男,太原理工大学水利科学与工程学院硕士研究生,山西太原 030024
李永刚(1958 ),男,硕士生导师,教授,太原理工大学水利科学与工程学院,山西太原 030024李俊伟(1976 ),男,博士,工程师,北京城建设计研究总院有限责任公司,北京 100000