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　　錨桿混凝土框架植草防護(hù)是近年來在總結(jié)錨桿掛網(wǎng)噴漿（混凝土）防護(hù)的經(jīng)驗教訓(xùn)后發(fā)展起來的，各地梁按在坡體上的位置可分為縱梁（或肋柱）和橫梁，一般而言，縱、橫梁之間呈相互正交的關(guān)系。錨桿框架梁加固邊坡的作用通?？蓺w納為三種：①錨固效果；②抗剪效果；③虛擬重力擋墻效果[1]。

 

　　本文基于大型有限元軟件ANSYS，結(jié)合湖南某省道一級公路改建工程路段右側(cè)深路塹邊坡錨桿混凝土框架加固工程，對錨桿框架梁加固邊坡穩(wěn)定性及其受力機(jī)理進(jìn)行平面有限元分析，以指導(dǎo)設(shè)計與施工。

 

 

　　該段深挖方路基處于低山陵地貌區(qū)的剝蝕殘丘斜坡帶，地層情況為上覆第四系（Q）土層及下伏泥盆系長坳組（D3C1chl）泥質(zhì)灰?guī)r，泥質(zhì)灰?guī)r呈弱風(fēng)化狀。路線走向80O，巖層產(chǎn)狀140O，∠38O，路線與巖層走向夾角60O，節(jié)理三組240O，∠56O；30O，∠82O；300O，∠7O。表層1.50-10.00m亞粘土，硬塑，含少量碎石。坡口線最高處垂直高度達(dá)39.5m。為保證邊坡長期穩(wěn)定性，需進(jìn)行加固處理。坡比按一、二及三級1：0.5，四級1：1進(jìn)行設(shè)計，一、二級邊坡自然裸露，不作人工防護(hù)處理，三級邊坡設(shè)置框架錨桿結(jié)合掛組合網(wǎng)防護(hù)，第四級邊坡坡面掛鐵絲網(wǎng)噴播植草防護(hù)。

 

　　經(jīng)過工程設(shè)計方案分析，采用豎梁間距為4m，橫梁間距為3m（4m×3m）和豎、橫梁間距均為4m（4m×4m）的4排12m長的全長粘結(jié)型錨桿對第三級邊坡進(jìn)行加固。錨桿穿過節(jié)理面將風(fēng)化破碎巖體與穩(wěn)定巖體錨固為一整體。錨桿采用φ32螺紋鋼筋，錨桿鋼筋保護(hù)層厚度為2cm。注漿材料選用M30水泥砂漿，注漿壓力為0.2MPa。框架縱橫梁厚度30cm、寬度40cm，框架格梁為現(xiàn)澆C25鋼筋混凝土。橫梁每10～15m設(shè)一道伸縮縫，縫寬2cm，以瀝青麻絮填塞?？蚣茇Q梁延伸至坡頂及坡腳平臺，橫梁延伸至挖方區(qū)邊界，延伸長度大于2m時，梁上增設(shè)錨桿。

 

　　3有限元仿真分析研究

 

　　3.1有限元強(qiáng)度折減法原理

 

　　有限元強(qiáng)度折減法是本世紀(jì)70年代提出，其基本原理就是不斷降低巖土C、φ值，至破壞是C、φ降低倍數(shù)就是邊破穩(wěn)定安全系數(shù)[2]。

 

　　有限元中邊坡破壞的判據(jù)：邊坡達(dá)到破壞狀態(tài)時，滑動面上的位移將產(chǎn)生突變，產(chǎn)生很大的且無限制的塑性流動，有限元計算都不收斂，因此采用力或位移不收斂作為邊坡破壞的判據(jù)是合理的。有限元計算都不收斂時的塑性區(qū)便是邊坡滑動面位置[2]。

 

　　邊（滑）坡支擋結(jié)構(gòu)的設(shè)計原則：滑面上每點都達(dá)到極限應(yīng)力和極限應(yīng)變狀態(tài)，巖土體抗剪強(qiáng)度得到充分發(fā)揮，這就是破壞力學(xué)中的破壞準(zhǔn)則。此時，支擋結(jié)構(gòu)上承受主動土壓力，按此即能保證坡體安全，又能最大限度地節(jié)省經(jīng)費。這是工程界幾十年來一直采用的設(shè)計原則[2]。

 

　　本文中，巖土材料用PLANE2單元模擬，框架梁采用Beam3單元模擬，錨桿采用link1單元模擬，硬性結(jié)構(gòu)面采用面面接觸方式模擬。巖土材料結(jié)構(gòu)模型采用理想彈塑性模型，屈服準(zhǔn)則為摩爾-庫倉等面積圓屈服準(zhǔn)則[2]。

 

　　3.2邊坡穩(wěn)定性分析

 

　　本文選取該段最高邊坡（坡高39m，如圖2所示的邊坡剖面）進(jìn)行分析。計算采用的力學(xué)，有限元模型。分別對開挖前、開挖后未支護(hù)、開挖后支護(hù)的邊坡情況進(jìn)行有限元數(shù)值分析。

 

　　邊坡支護(hù)前后的穩(wěn)定安全系數(shù)如表2所示，邊坡開挖前的安全系數(shù)為1.35，滑面位置；開挖未支護(hù)時的安全系數(shù)為1.03，滑面位置開挖支護(hù)后的安全系數(shù)分別為1.31（采用4m×4m框架支護(hù)）和1.26（采用4m×3m框架支護(hù)）。支護(hù)后邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)大于1.2，滿足《公路路基設(shè)計規(guī)范》（JTGD30-2004）要求，表明此法改善了邊坡的穩(wěn)定性，對保持邊坡坡面的完整性是有效的；同時，邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)又小于1.35，表明采用此法加固邊坡是經(jīng)濟(jì)可行的。

 

　　3.3錨桿及框架梁內(nèi)力分析

 

　　經(jīng)ANSYS分析計算后，求出框架梁的彎矩分布，剪力分布、錨桿與框架梁的軸力分面?？梢钥闯觯炷量蚣芰旱淖畲髲澗貫?399Nm、剪力為6841N、軸力為-334608N，其軸力為負(fù)表示受壓。從圖8可以看出，靠坡腳下的下部錨桿的軸向力大于上部錨桿同一位置的軸向力。經(jīng)過驗算，混凝土框架梁和錨桿能滿足設(shè)計要求。

 

 

　　總結(jié)以上分析和現(xiàn)場實際的施工，可以得出下列結(jié)論：

 

　　4.1弱風(fēng)化泥質(zhì)灰?guī)r受氣候影響容易風(fēng)化崩解、巖體破碎并產(chǎn)生節(jié)理面，采用錨桿框架梁護(hù)坡可把風(fēng)化破碎巖體錨固為一整體，防護(hù)邊坡崩坍落石，并起虛擬擋土墻的作用。

 

　　4.2按有限元強(qiáng)度折減法對邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行分析求得的邊坡安全系數(shù)表明，該路塹邊坡經(jīng)加固后安全系數(shù)提高22%，可見該加固方法對邊坡穩(wěn)定性的改善作用顯著。因此，對巖體破碎的弱風(fēng)化泥灰?guī)r路塹邊坡，采用錨桿框架梁護(hù)坡是行之有效的方法。

 

　　4.3經(jīng)有限元計算分析結(jié)果表明，4m×3m錨桿框架梁在滿足邊坡穩(wěn)定的前提下更節(jié)約造價。

 

　　該一級公路改建工程某路段右側(cè)深路塹邊坡錨桿混凝土框架加固工程在進(jìn)行有限元分析并設(shè)計施工后，效果較顯著。證明此加固方法比較可靠，可供同類工程參考。