式中:D为锚索最小间距(m);d为锚索钻孔孔径(m);L为锚索长度(m) 。
2)《长江三峡工程库区滑坡防治设计与施工技术规程》推荐的公式:
地质灾害防治技术
式中:T为设计锚固力(kN);ρ为修正系数(取105kN2·m);其他符号意义同前 。
6.锚索内端排列
相邻锚索不宜等长设计,可根据岩体强度和完整性交错布置,长短差在1~2m之间 。
7.锚索的预应力损失
锚索的预应力损失一般由3部分组成:
1)施加预应力时,在顶压工作锚夹片时造成的损失,是不可避免的,可根据顶压锚具夹片时高压油泵压力表的增加值算出这部分预应力损失,一般情况下在5%左右 。
2)施加预应力锁定后,在千斤顶卸荷过程中产生的预应力损失,这也是不可避免的 。锁定后,在千斤顶卸荷的瞬间,钢绞线失去了平衡,势必带着夹片向孔内回缩,做加速运动,可能产生轻微的滑移 。这部分损失可通过量测锚具处锚索钢绞线的回缩长度及反力墩位移计算出来 。
3)除上述以外,地层的蠕变、钢绞线的松弛、锚头的松动等因素均会造成预应力损失 。
8.锚索的防腐
锚索的腐蚀是影响锚索寿命的重要因素 。造成锚索腐蚀的主要因素是地层和地下水的侵蚀、锚索防护系统失效、双金属作用以及地层水存在杂散电流等 。它们可引起不同形态的腐蚀发生,如全面腐蚀、局部腐蚀和应力腐蚀 。除了由侵蚀介质引起的腐蚀外,高拉应力作用下的应力腐蚀及由此引起的破坏,可直接造成钢丝和钢绞线的断裂 。如法国朱克斯大坝几根承载力为1300kN的锚索预应力钢丝仅使用几个月就发生断裂,钢丝所用的应力为极限值的67% 。经多次试验后的结论是,处于高拉伸应力状态下的锈蚀是钢丝破坏的主要原因 。
锚索防腐的措施很多,但不管是国内还是国外,用水泥砂浆均匀地包裹钢绞线仍然是最基本也是最有效的措施 。也有采用双层防护的,即用波形金属管套在钢绞线外面,灌注砂浆、树脂水泥浆与波形管防护套共同形成双层防护,但造价较高,一般在重要工程且具有强烈侵蚀的环境条件下采用 。
9.外锚头和承压反力装置的设计
锚具是预应力锚索的重要组成部分,一定要选择质量可靠的定型配套产品 。下面主要说明承压反力装置———锚墩、地梁和框架的设计 。
(1)锚墩的设计
锚墩的具体尺寸由荷载大小和坡体的承载能力决定 。当滑体岩体完整、强度较高、承载力较大时,锚墩可设计为较小的尺寸;反之,当滑体表面为土层或破碎松散岩体时,应以其承载力大小控制锚墩底面的尺寸,以免因尺寸过小、承载力不足而造成锚索预应力损失 。
锚墩的尺寸应满足下式要求:
地质灾害防治技术
式中:P为单根锚索设计的抗拔力(kN);A为锚墩底面积(m2);σ0为滑体表面岩土的容许承载力(kN/m2) 。
此外,锚墩底面最好与锚索垂直以使受力均匀 。若有夹角时,应考虑锚墩受力不均及受力后沿坡面滑移的可能性 。
锚墩一般设置为上小下大的梯形断面以分散锚索对坡面的压力,减小表土因压缩变形而产生的预应力损失,一般为钢筋混凝土锚墩 。在锚头钢垫板下应适当加密钢筋布置,在锚墩和锚具之间加设钢质承压板或孔口设置螺旋钢筋 。对于土质边坡,由于表层土承载力小,常需很大的锚墩,外观不良,故一般采用地梁或框架作反力装置 。
(2)地梁的设计
地梁的截面尺寸受两个因素控制:一是锚索设计拉力的大小;二是坡面岩土的承载力 。当坡面岩土软弱、锚索拉力较大时,应加大梁的宽度以增大承载面积,防止预应力损失 。考虑锚固段的间距不能太近,故地梁间距一般为3~4m 。
梁的计算比较简单,仍按弹性地基梁计算,滑坡推力在梁长范围内按矩形均布,把锚索作为支点,一根梁上布两根锚索时按简支梁计算,布三根以上锚索时按连续梁计算,每根梁所承受的滑坡推力为相邻梁间距宽度的滑坡推力 。当滑坡推力较大时,地梁可设计为上、下多排 。梁的设计同钢筋混凝土梁设计,此处不详述 。值得注意的问题是以下5个方面:
1)地梁按两种受力阶段进行设计计算和配筋 。第一种为滑坡处于相对稳定状态,没有或只有很小的滑坡推力作用在地梁上,地梁主要承受锚索上施加的预应力,即预应力阶段,此时梁中部的外侧弯矩大,配筋多;第二种是预应力施加后滑坡推力达到设计推力时,滑坡推力为主要外荷载(当滑坡推力未达最大值时,有时主动土压力也可成为主要外荷载),即地梁工作阶段,此时梁中部靠山一侧出现最大弯矩,控制配筋 。故地梁需双面配筋 。
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