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[分享]路提高边坡桩锚与悬臂式挡墙联合支护特性分析与监测！
我国幅员广大、山区面积大，随着根底设备建立加快，高陡、环境复杂的边坡数量剧增，单一支护构造对特殊工程地质条件和特殊空间运用条件无法满足请求，因而寻求多种构造组合支护管理成为研讨热点.其中桩锚构造与悬臂式挡墙组成一种新型组合支挡构造，它能很好地处理高陡边坡土体易失稳、施工过程平安性差和地基承载力缺乏等问题.特别关于填方边坡，这种复合构造可减少桩长，从而优化桩身受力，同时可充沛应用悬臂式挡土墙优点.它从构造方式可分为单排桩、双排桩、多排桩复合挡墙，从桩基类型可分为半刚性桩和刚性桩复合挡墙，从桩基的布置方式可分为不平均和平均散布桩基复合挡墙.
实践工程设计时，通常将两种支护构造分开单独停止计算设计，与实践受力相差较大.设计计算方面,由于两种支护构造受力模型不同,其计算模型如何树立有待进一步完善，特别是两种构造受力变形的谐和及毁坏形式有待进一步研讨.可见，桩锚与悬臂式挡墙结合支护构造作为一种应用越来越提高的组合构造其设计理论滞后于工程理论.
马对等采用数值模仿研讨了桩锚与土钉墙组合构造在工程设计上形成的差别，本文采用相似办法分离某工程案例应用有限元模仿对桩锚与悬臂式挡墙组合构造不同工况停止受力计算,并剖析其特性，最后将模仿结果与现场监测停止比照.研讨结果可为桩锚与挡土墙结合支护构造的工程设计提供经历和自创.
1 工程概略和模型剖析
1.1 工程概略
某边坡为衡阳市某道路路堤填方高边坡，坡顶为拟建交通要道，车道宽8 m，坡高约16 m，填方高度约5 m，填土下覆强风化粉砂质泥岩.经计划研讨，最后采用桩锚+悬臂式挡墙组合支护，其中设计桩长16 m，嵌固深度5 m，桩尺寸为1.5 m×1.2 m矩形桩，桩间距4 m，桩身共设置三道锚杆，第一道设置在桩顶以下0.5 m位置，第二道设置在桩顶以下3.5 m位置，第三道设置在桩顶以下6.5 m位置，桩间采用挂网砼锚喷支护;桩顶以上填土局部采用悬臂式挡土墙支护，墙高5 m，立板和底板厚均为0.5 m.
1.2 模型剖析与简化
目前组合构造工程设计中悬臂式挡土墙设计局部先不思索下部桩锚支护局部土体开挖的影响，把下部桩锚局部看做稳定的;构造设计过程中，将挡墙以上人群荷载、道路荷载与建筑物换算成相应荷载停止土压力计算，使挡墙设计满足抗滑、抗倾覆稳定性与整体稳定性请求.抗滑桩构造设计中将挡墙及其以上土体局部处置成荷载和一个等效集中力,再依照抗滑桩设计理论停止下部桩锚支护体系计算.
这种设计处置办法，虽然能分别满足部分稳定性请求，但是对其整体稳定性和组合构造受力状况无法肯定，与实践受力有一定差别.故为系统研讨桩锚与悬臂式挡墙组合构造，依据分开单独设计与结合支护设计的做法同边坡实践开挖支护思绪分离，分别树立单独设计和结合设计模型，共3个模型.模型1为桩锚与悬臂式挡墙结合支护模型，如图1所示;模型2为单独桩锚设计模型，如图2所示;模型3为单独悬臂式挡墙设计模型，如图3所示.经过剖析比照不同设计办法坡顶位移、桩顶位移、墙身弯矩、锚杆拉力和桩身弯矩等反映组合支护构造的特性.
图1 桩锚与悬臂挡墙结合支护设计模型
Fig.1 Combined support model of pile anchor and cantilever retaining wall
图2 单独桩锚设计模型
Fig.2 Separate pile anchor model
图3 单独悬臂设计模型
Fig.3 Separate cantilever retaining wall model
2 模型树立和计算参数
应用软件对三种模型停止剖析，模仿中假定挡墙、桩、锚杆均为线弹性资料，模型中土体采用平面应力单元和摩尔—库仑本构模型.悬臂挡墙立面板和底板简化为宽1 m的梁，高度为构造厚度，桩也看作梁单元.土体采用Mohr-Coulomb强度原则，由于公开水埋藏深度大，计算不思索公开水问题.
边坡剖析模型计算范围普通按影响范围设定：竖向剖析深度为2～3倍边坡开挖深度，程度剖析宽度为边坡宽度外向两侧延伸1～2倍边坡开挖深度，为了思索计算效率、人工边境对计算结果的影响以及比照剖析的需求，单独悬臂挡墙设计模型选取10 m×25 m的有限元模型区域，上部约5 m填土深度，下覆5 m强风化砂质泥岩，道路荷载取25 kN/m.单独桩锚设计模型中悬臂挡墙和填土局部折算成荷载计算，因而路宽范围内总空中超载取110 kN/m，桩顶其他区域空中超载取90 kN/m.同时，将填土局部作用在墙身立面板上的主动土压力折算成集中力等效作用在单独桩锚设计模型的桩顶，取75 kN计算.模型选取25 m×50 m的有限元模型区域，区域内均为强风化砂质泥岩.桩锚与悬臂式挡墙结合支护模型选取30 m×50 m的有限元模型区域，上部约5 m填土深度，下覆25 m强风化砂质泥岩，道路荷载取25 kN/m计算.
停止这三种模型有限元剖析时，采用相同的土层参数、桩参数、挡墙参数(见表1)与锚杆参数如表2所示.
表1土层参数
Table1Soilparameters
表2锚杆参数
Table2Boltparameter
3 作用机理和数值模仿结果
3.1 作用机理剖析
该复合构造中悬臂式挡土墙除了自身变形以外，还产生下部抗滑桩变形，故复合构造的挡土墙实践位移更大，而土压力与变形息息相关，招致挡土墙实践遭到的土压力会更小.设计抗滑桩局部时，除了思索受土压力和滑坡推力作用，简化后还将遭到桩顶挡土墙传送的程度力和弯矩.
模仿计算完成后，将三种设计模型坡顶程度位移、竖直位移、墙身弯矩、支护桩弯矩和锚杆轴力结果停止比照剖析，并在坡顶设置监测点，应用实践监测数据来检验模仿效果的牢靠性和精确性.
3.2 墙身立面板弯矩值比照
图4所示的单独悬臂挡墙设计模型中立面板的弯矩值稍大于结合支护设计模型中立面板弯矩值，但两者的变化规律根本坚持分歧.
单独悬臂挡墙设计模型计算结果中立面板弯矩稍高于结合支护设计模型，可能是结合支护设计模型中支挡构造位移大于单独悬臂挡墙设计模型计算的位移，从而招致结合支挡构造背侧主动土压力略低，故结合支护设计模型计算更为合理.
图4 悬臂挡墙立面板弯矩图
Fig.4 Vertical panel bending moment diagram
3.3 墙身底板弯矩值比照
图5所示的底板弯矩图标明：在离立面板底端4 m范围内，单独悬臂挡墙设计模型和结合支护设计模型弯矩值均很小，简直为零;在靠近底板端部位置，两者的弯矩值均快速增大，且前者增幅更大，其中单独悬臂式挡墙设计模型底板最大弯矩值为99.24 kN·m，结合支护模型最大弯矩值为12.77 kN·m，停止单独设计时比结合设计底板所接受的弯矩更大.故在工程设计上采用单独悬臂挡墙设计办法会使底板配筋量远大于实践需求配筋量.
图5 底板弯矩图
Fig.5 Floor bending moment diagram
3.4 支护桩弯矩值比照
图6所示的单独桩锚设计模型与结合支护设计模型桩身弯矩值变化规律大致相同，两者均在抗滑桩桩身中部左近位置呈现最大负弯矩值，值分别为-409.61 kN·m和-311.44 kN·m，最大正弯矩均呈现在桩顶以下6.5 m位置.单独桩锚设计模型在桩顶位置弯矩接近于零，结合支护设计模型弯矩值为351.55 kN·m，阐明单独设计模型容易过小估量桩顶弯矩，会招致桩顶变形偏于风险，故单独设计偏于激进.图中显现单独设计模型呈现了5个弯矩零点，结合设计模型呈现了4个弯矩零点，其中两个弯矩零点均呈现在桩身第一道、第二道锚杆左近和桩端底部，阐明锚杆对桩身起到了一定锚拉和控制变形的作用.在抗滑桩5 m长嵌固段局部弯矩值很小且逐步减小为零，这标明支护桩嵌固段发挥了支承固定的作用.
图6 支护桩弯矩图
Fig.6 Floor bending moment diagram
3.5 锚杆轴力比照
剖析图7、8、9可知，单独桩锚设计模型比结合支护设计模型第一道锚杆初始轴力值要稍小，但两者的变化规律根本分歧，在离锚头6.5 m位置左近随着深度的增加锚杆轴力逐步减小，最终轴力值也根本相近;同样地，第二道锚杆初始应力值前者大于后者，其中结合支护设计模型锚杆最终轴力降低为初始值的10%，而单独桩锚设计模型增大为初始轴力的150%，显然单独设计办法高估了最终轴力;第三道锚杆所受初始应力值最大，分别为652.31 kN·m、492.82 kN·m，且第三道锚杆所处位置位于支护桩中部左近，阐明普通状况下，第三道锚杆初始轴力值最大的缘由在于它所处位置在桩锚支护局部土体的中间，即便对锚杆施加预应力，桩锚支护受力最大位置也位于中部左近.
图7 第一道锚杆轴力图
Fig.7 The first anchor axis force diagram
图8 第二道锚杆轴力图
Fig.8 The second anchor axis force diagram
图9 第三道锚杆轴力图
Fig.9 The third anchor axis force diagram
3.6 坡顶和桩顶位移、沉降比照与监测
剖析数值模仿得到的位移可知，单独悬臂式挡墙设计模型中坡顶处最大程度位移值为18.2 mm，最大沉降值为6.2 mm;而单独桩锚设计模型在桩顶处的最大位移为15 mm，最大沉降值为5.83 mm;而结合设计模型最大位移位于坡顶为15.18 mm，拟建道路区域内坡顶最大沉降值为5.4 mm.
为了检验模仿效果的牢靠性，在坡顶设置2个主要监测点，自施工起至完工完成共18个月时间内监测结果如图10和图11所示，坡顶位移变形较小，其中最大程度位移值为13.7 mm，最大沉降值为8.3 mm，显然，结合支护设计模型位移变化更契合实践监测.依据相关边坡监测标准，坡顶的位移量均契合平安请求.
图10 边坡程度位移变化与时间关系
Fig.10 Relationship between horizontal displacement of slope and time
图11 边坡垂直位移变化与时间关系
Fig.11 Relationship between vertical displacement of slope and time
4 结 论
1)工程上桩锚悬臂式挡墙组合构造分开单独设计办法得到的墙身立板弯矩大小和变化规律根本坚持分歧，而底板弯矩计算偏激进，招致底板配筋量将远大于实践需求配筋量，形成资料的糜费.
2)与结合支护设计模型比拟，单独桩锚设计会使桩身位移和变形计算偏于风险，不利于桩锚支护构造的平安.同时，高估了锚杆锚固段轴力，使得锚杆设计偏于激进.
3)以现场监测结果为参考，单独悬臂式挡墙设计坡顶的程度位移偏高，而低估了坡顶沉降.
4)结合支护设计模型同时思索了上部悬臂式挡墙和下部桩锚构造，模仿过程中思索了两种支护构造的协同作用，且真实反映了在该路堤边坡开挖支护填方过程中的空间时空效应，剖析结果根本接近实践状况，结论可为相似工程设计提供参考。
来源于：鸿业市政
