预应力锚索框架梁支护结构的研究

【关键词】边坡工程；加固；框架梁；锚索 

　　预应力锚索框架梁在边坡的治理中应用广泛，锚索作为一类柔性的支护方法，其与刚性的框架梁结合，能够起到良好的支护效果。这项技术一般应用在公路和水利边坡的治理中，防止土体的滑动，实现对表层岩土的加固，起到了水土保持的作用。在运用框架梁护坡时，能够保护边坡的植被，提高边坡工程的绿化面积。运用锚索和框架梁结合的方法治理边坡，能够建立美观大方的护坡工程，提高边坡的整体性能。 

　　一、预应力锚索框架梁的受力分析 

　　展示的是锚索和框架梁的复合结构，在这个结构中，框架梁不仅仅能够起到固坡的效果，而且还能够促进力的传递，在使用锚索进行固坡时，如果锚索的产生较大的拉力，就会导致边坡出现变形，而且如果边坡产生了较为严重的变形，也会导致锚索预应力的减小。在固坡的过程中，将预应力锚索和框架梁联合使用，框架梁起到的是固定的作用，而且框架梁与边坡会产生大面积的接触，所以，锚索的拉力不会对边坡产生过大的作用力，不会使边坡发生变形[1]。 

　　预应力锚索与框架梁的示意图 

　　预应力锚索和框架梁在边坡治理的过程中，主要是分成两个步骤，第一个步骤是张拉，第二个步骤是工作状态。二者在运行时都要确保框架梁具有良好的弹性，而且预应力锚索的拉力是比较集中的，确保锚索的拉力能够集中在框架梁的节点上。 

　　在锚索的张拉过程中，确定好锚索的拉力，如果边坡的稳定性比较差，那么，在坡体还没有发生变形的前提下，锚索的拉力也不会发生太大的变化，但是锚索的受力是主动的，所以，土体的表面的任何一个点在受力后都会产生沉静[2]，压力强度和沉降的关系运用公式p（x）=ky计算。在公式中，k代表的是基床的系数。在锚索的工作过程中，如果坡体出现了变形的问题，那么土体的下滑就会导致推力，运用框架梁进行固定，能够在一定程度上减少推力，这时，锚索的受力是被动的，锚索上拉力的大小会随着坡体的移动发生变化，框架梁的内力也会发生变化。现在，在对框架梁的土压力进行计算的过程中，一般使用的是对锚索拉力的计算方法。 

　　二、框架梁的内力计算 

　　框架梁分为水平方向和垂直方向的，为了能够充分地将力分配，就要运用文克尔的模型，将静力的平衡条件进行分析。 

　　（一）张拉工作 

　　锚索的拉力分配在水平方向和垂直方向的框架梁上，然后分析土体的表现得压力强度与沉降的关系，建立微积分方程，计算出作用在框架梁上的荷载，按照框架梁上节点的距离，从而能够将框架梁分成长梁和半无限长梁[3]。 

　　（二）工作阶段 

　　如果锚索处于工作的阶段，那么，锚索的张力就使一直变化的，其初始张拉力也不问的哥，不分析锚索的张拉是否会对滑体产生抑制的作用，按照滑坡的推力分析框架梁上产生的土压力，运用倒梁法，将锚索的张力计算出来。 

　　如果框架梁的垂直梁之间的距离与边坡的范围不大，所以，就能够分析框架梁垂直梁上的土压力是相同的，不用在分析垂直梁之间的土压力，只要计算出一个垂直梁的土压力即可[4]。 

　　三、预应力锚索的设计 

　　在对预应力锚索框架梁设计时，应该分析预应力锚索在使用的过程中岩土的深度，从而能够运用岩土本身的强度起到护坡的效果。 

　　（一）锚固角 

　　锚索对岩土体产生的抗滑力会受到锚固角的制约，为了能够提高锚索的固定效果，应该提高抗滑力，减少锚索在使用中的成本，因此要合理的分析锚固角。 

　　为了能够确保锚固角提供的岩土体的抗滑能力比较好，应该在最大的锚固角处安装滑动面，分析滑动体的内摩擦角和滑动面倾角的关系，可以得出最大的抗滑力。 

　　锚索的长度会对锚索的造价产生重要的影响，如果锚索的长度越大，其造价也就越高。锚索是由自由张拉段和固定段构成的，要实现锚索制造成本的降低就要在抗滑力最大的时候确定安装的角度。应该全面地分析最大的抗滑力以及锚索的成本问题，按照最大的抗滑力锚固角的分析，从而能够使锚索的使用最经济实惠[5]。 

　　（二）锚固段的长度 

　　在使用预应力锚索对深层的岩土加固的过程中，锚索应该在基层的岩土处，应该使锚索锚固的深度达到最大的数值，从而能够起到良好的锚固效果。锚索的锚固长度一般是由锚索的直径、单根的系数等决定的，所以，在确定锚固长度的时候，应该结合不同的因素综合考虑。 

　　四、预应力锚索框架梁支护的实际应用 

　　在某高速公路上，施工点的边坡深度为40米，其边坡的等级供设计了6个级别，运用了抗滑桩和预应力锚索抗滑桩以及预应力锚索框架梁来支护。预应力锚索框架梁进行加固的边坡的角度为30度，而且在边坡处存在天然的滑移面，其角度为22度，边坡在受力的影响下产生严重的变形，边坡的土质是炭质泥岩，内摩擦角为20度。 

　　在对边坡加固的过程中，使用的是六节点的加固方式，坡体的加固采用的是框架梁的方式，基岩的加固采用的是锚索加固的方式。通过计算，框架梁产生的下滑力为800kN/m，滑坡推力的产生是在框架梁的垂直方向，而且实现水平方向力的分解，土压力能够沿着框架梁垂直的方向呈线性分布。在水平方向的框架梁上，土压力与垂直方向的框架梁上的土压力是相同的，所以可以判断土压力的集度是不变的。运用倒梁的方法，计算出锚索的内力。 

　　通过对现场的监测结果进行分析，其误差比较小，而且土压力和框架梁的内力相同，所以，使用锚索框架梁支护的可靠性是比较高的。 

　　结语 

　　预应力锚索框架梁是一种科学的边坡支护技术，本文分析了二者的受力情况，按照框架梁和预应力锚索的配合，得出了结论，当锚索在工作的阶段时，如果不分析锚索的作用，可以按照滑坡产生的推力确定框架梁上的土压力，分析土压力的荷载的分布情况，然后可以借助倒梁法分析锚索的拉力。在实际的应用中，还要分析锚索的张力情况，所以，可以运用静定梁的模式分析框架梁的内力。预应力锚索在设计时，应该考虑到经济性因素，分析锚索的长度和锚固角，确定锚索之间的间距，使锚索的锚固效果达到最佳。 

　　参考文献 

　　[1]梁瑶，周德培，赵刚. 预应力锚索框架梁支护结构的设计[J]. 岩石力学与工程学报，2011，02：318-322. 

　　[2]邵勇，覃仁辉. 预应力锚索框架梁边坡支护数值模拟[J]. 地球科学与环境学报，2010，03：307-310. 

　　[3]王光勇，冉隆飞. 软岩高边坡预应力锚索框架梁支护结构的试验研究[J]. 铁道科学与工程学报，2010，05：20-24. 

　　[4]马迎娟，彭社琴. 现浇钢筋混凝土格构锚固结构研究应用现状及展望[J]. 水土保持研究，2015，01：116-118. 

　　[5]王绵珊. 浅议锚索框架梁与锚杆框架梁施工技术[J]. 商情（财经研究），2012，03：103.