[发明专利]一种预应力锚杆复合土钉加固边坡的优化设计方法

说明书

本发明涉及深基坑边坡工程及滑坡防治工程加固治理技术与方法领域，具体涉及一种预应力锚杆复合土钉加固边坡的优化设计方法。本发明主要解决目前的相关建筑基坑设计支护没有一个科学的理论分析与设计依据，加固工程往往凭借经验值进行的问题。本发明通过开挖前对预应力锚杆和土钉的边坡复合加固机理有机耦合分析与优化，根据土钉支护整体稳定性系数值及其演化规律，在土钉支护不足以满足基坑稳定性条件下，用预应力锚杆进行补偿，同时改变预应力锚杆的锚固入射倾角，找出能发挥预应力锚杆和土钉的最大加固潜能时的分层点。本发明为基坑边坡的支护提供了一种新的更为经济有效，更能节省工期的复合分层优化加固设计方法。

技术领域

本发明涉及深基坑边坡工程及滑坡防治工程加固治理技术与方法领域，具体涉及一种预应力锚杆复合土钉加固边坡的优化设计方法。

背景技术

基坑边坡失稳破坏是基坑工程施工中的常见问题，常常会带来诸如降低地基持力层的承载力、危及施工安全、危及周边建(构)筑物的稳定和安全、延长施工工期、增加工程处理费用等危害，因此对不稳定基坑边坡应当采取必要的支护方式进行加固以减小灾害的发生。土钉墙作为具有安全可靠、施工简单、成本较低、较少的占有施工空间等优点的基坑边坡支护方式已在边坡工程中得到广泛应用。虽然土钉墙是基坑支护中非常经济、有效的支护形式，但由于支护体系主要依赖于土体自身稳定性及土体强度，受力主要为土体变形产生的被动拉力，限制土体变形的能力较差，使其支护的深度受到限制。另外，由《建筑基坑设计支护规程》JGJ120-2012第5.1和5.2条可知，土钉设计的方法为各层的土钉的极限抗拔承载能力标准值R_k，j与土钉轴向拉力标准值N_k，j比值大于土钉抗拔安全系数Kt，同时整个支护后边坡稳定性系数Fs大于稳定安全系数Ks，工程上使用土钉加固边坡时往往采用等长度设计施工，就使得在多数部位土钉的设计长度大于需要的长度，设计结果过于保守，造成了不必要的浪费。

与土钉支护相同，锚杆支护在国外发展较早，它的出现时间与土钉相差不多，1872年在英国北威尔士露天页岩矿边坡加固工程中土钉支护被首次成功应用。现如今大量深基坑支护采用了锚杆支护，预应力锚杆支护得到了空前的发展，在边坡加固工程中已被广泛的应用，产生了巨大的经济效益和社会效益。尤其是在深基坑边坡加固中，预应力锚杆以其使用灵活、加固深度大、能充分发挥岩土自身的强度、施工中不破坏原有边坡的整体性、占用空间少、见效快和造价低、限制土体变形的能力好等特点显示了极大的优越性。由于岩土工程的施工，大量的基坑边坡需要加固处理，因此，为了获得良好的边坡稳定性加固效果，降低加固成本，必须充分发挥锚杆的加固作用。锚杆支护设计主要依据《岩土锚固与喷射混凝土支护工程技术规范》GB50086-2011第4.6.11条规定的锚杆锚固段长度等锚固参数估算公式计算，仅仅考虑了锚杆本身材料的性能和土体的参数的影响，未考虑滑移面倾角对锚杆预应力的影响。由于锚杆加固预应力等加固参数的特殊要求，与土钉加固工程相比，其锚杆支护加固成本、施工要求、施工难度及施工工期等都要高于土钉支护，因此在保证边坡安全条件下其相同条件下，锚固工程无疑在一定程度上会造成加固工程浪费及工期延长。

针对上述土钉与锚杆的优点与局限性，目前工程设计上经常采用的设计形式为土钉锚杆复合支护方式，采用预应力锚杆复合土钉墙支护结构,既能够降低成本、缩短工期、不占有施工空间，同时对基坑变形控制较好，是目前基坑边坡支护中使用最为广泛的复合土钉支护方式。目前常用的锚固结构稳定性计算是《建筑基坑设计支护规程》JGJ120-2012中的相关规定，锚固结构体系的外部稳定性可采用圆弧滑动法或折线滑动法验算；内部稳定性可采用Kranz法验算。由于边坡滑移面并不是一个简单的平面，而是近似的圆弧面，实际工程施工时也只是根据施工经验，考虑基坑边坡的上部和下部坡体土压力的不同，对局部做出简单的定性调整。对于基坑边坡预应力锚杆复合土钉墙支护结构，如何进行优化设计与布局以充分发挥出锚杆和土钉加固特点，并尽量避免锚杆和土钉加固工程的不足与局限，目前的相关建筑基坑设计支护还没有一个科学的理论分析与设计依据，加固工程往往凭借经验值进行分层加固设计，这样设计与施工的弊端必然导致预应力锚杆复合土钉墙支护加固工程不能完全充分发挥出加固边坡的效果，并造成工程成本与工期的浪费。