框架錨桿支護結構模型研究

引言
　　框架錨桿支護結構是最近幾年隨著支護結構的發展而被提出的一種新型支護結構。它由框架、擋土板、錨桿和墻后土體組成，屬于輕型擋土結構。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板;框架的作用是其立柱為擋土板的支座，橫梁將兩側的擋土板連接成整體保持擋土墻的穩定;錨桿的外端與框架連接，內端錨固在土體中，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的穩定地層中，以承受土壓力或水壓力對結構所施加的壓力，從而利用地層深處的錨固力。另外，框架與錨桿構成空間框架，協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，在框架預應力錨桿支護結構中，錨桿在一定的錨固區域內形成壓應力帶，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，變傳統支護結構的被動擋護為充分利用土體本身自穩能力的主動擋護，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，形成柔性支護結構。
　　2框架錨桿柔性支護結構的作用機理
　　對邊坡工程而言，就支護結構受力特點來劃分，常見的支護結構類型有三類：
　　(l)被動受力支護結構:其特點為支護結構依靠自身的結構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定的要求。常用的方法多為傳統的支護技術，如人工挖孔灌注樁、鋼板樁等。
　　(2)主動受力支護結構: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、攪拌樁技術等，這些技術又被稱為補強類護坡技術。
　　(3)組合型支護結構:根據土體力學性質將前兩種支護方法同時應用于同一個基坑或者邊坡中。這類支護技術目前在許多工程中得到了廣泛的應用，表現出很多的優勢和潛力。
　　顯然，框架錨桿柔性支護結構屬于主動受力支護結構。在框架錨桿結構中，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應力對坡體起到預加固的作用，坡體在預應力的作用下，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，提高坡體穩定性。框架梁柱主要起承受并傳遞錨固力的作用，同時加強了結構的整體效能。
　　3框架錨桿柔性支護結構的工作過程及受力分析
　　在框架錨桿支護結構加固基坑和邊坡的工作期間，根據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，錨桿預應力張拉階段。該階段是根據預應力錨桿施工過程劃分的，在此階段，為了防止框架梁柱出現局部過大受力而影響工程質量，對框架梁上的錨桿按一定的順序分級施加預應力到設計噸位。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結構上的破壞，可不對此階段的框架進行內力計算，因此此階段受力不作為框架內力計算的依據。
　　第二階段，整個支護結構施工結束，待錨桿預應力張拉完畢后支護結構進入正常工作階段。由于框架預應力錨桿加固坡體是一種主動制約機制，所以當錨桿預應力通過框架梁傳遞到坡體上以后，對坡體提供了維持其穩定性所需的潛在抗滑力。在通常情況下，在框架預應力錨桿支護基坑和邊坡的穩定性設計中，該抗滑力的值是根據自然狀態下邊坡體為了維持設計穩定狀態所需的抗滑力計算。在框架預應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生更多的下滑力，降低坡體的穩定性，但只要此時坡體穩定性在設計考慮的范圍內，則錨桿所提供的潛在抗滑力就可以抵消多余的下滑力，從而維持坡體的穩定。上述過程，可稱為框架預應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，框架結構主要是承受預應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階段。該階段是由于在框架錨桿加固邊坡體的設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，最終導致框架錨桿所提供的潛在抗滑力喪失殆盡，這時框架預應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，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定性。所以，此時坡體的穩定性主要取決于錨桿的承載力，框架設計應與錨桿的承載能力相適應。換句話說，必須首先在滿足穩定性設計的情況下，再進行框架結構的設計計算。此階段稱為框架預應力錨桿的極限工作狀態階段。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，框架結構此時所受到的作用力除了第二階段的錨桿預應力和由此而產生的梁底反力外，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應力與后期滑移產生的錨桿拉力增量之和作為錨桿承載力以及框架設計計算的依據。由框架預應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時，支護結構處于被動受力狀態，各層錨桿能充分發揮其抗拔力，此時邊坡應處于最不穩定狀態。因此，本文主要以該階段基坑或邊坡受力狀態作為穩定性分析和結構計算的依據。
　　結語
　　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（預應力錨索、預應力錨桿、非預應力錨桿）等。每種支擋結構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。各種支擋技術的原理和適應性問題，是滑坡災害防治工程的基本研究內容之一。