公路锚索桩板墙锚固桩承载力施工措施与研究_龙小锋.pdf

总第195期Abstract:The anchor cable pile-board wall effectively combines the advantages of geotechnical anchoring technology and tradi-tional retaining structure,which can effectively reduce the construction cost and improve the construction efficiency,and is widely usedin the high fill roadbed of the mountain expressway.The bearing capacity of the anchoring piles of the anchor cable pile-board wall isoneofthekeyfactorsaffectingtheretainingeffectoftheentirepre-stressedanchorcablepile-boardwall.Basedontheloadtransferlawofthepile-soilsystem,thispaperintroducesthecalculationmodeofthebearingcapacityoftheanchoringpilesoftheanchorcablepile-boardwallinhighwayengineering,andsummarizestheinfluencingfactorsofanchoringbearingcapacityoftheanchoringpiles.Combin-ingwiththeconstructiontechnologyandqualitycontrolofmanuallyexcavatedanchorpileunderthespecificgeologicalconditionsofac-tual engineering,and the construction quality control measures based on the size of the anchoring pile and the strength of the pile bodyareputforward.Theresearchresultshavecertainreferencevaluefortheconstructionqualitycontrolandbearingcapacityresearchoftheartificialdigholeanchoringpileoftheanchorcablepile-boardwallinhighwayengineering.Key words：highway engineering,anchor cable pile-board wall,manually excavated anchor pile,bearing capacity,construc-tion technology文章编号：1005-0574-（2023）03-0005-04DOI:10.19332/ki.1005-0574.2023.03.002公路锚索桩板墙锚固桩承载力施工措施与研究龙小锋（甘肃公航旅路业有限公司，甘肃兰州730314）摘要：锚索桩板墙高效的结合了岩土锚固技术与传统支挡结构的优势，能有效降低施工成本，提高施工效率，在山区高速公路高填方路基中应用广泛。锚索桩板墙锚固桩的承载力是影响整个预应力锚索桩板墙支挡效果的关键因素之一。基于桩土体系的荷载传递规律，文章介绍了公路工程锚索桩板墙锚固桩的承载能力计算模式，总结了锚固桩的锚固承载能力影响因素，结合实际工程特定地质条件下锚索桩板墙人工挖孔锚固桩的施工工艺与质量控制，提出了基于锚固桩尺寸、基于桩身强度的施工质量控制措施。研究成果对公路工程锚索桩板墙人工挖孔锚固桩施工质量的控制及承载能力的研究具有一定的借鉴。关键词：公路工程；锚索桩板墙；人工挖孔锚固桩；承载能力；施工工艺中图分类号：U213文献标识码：A作者简介：龙小锋（1988-），男，甘肃陇南人，工程师，研究方向：公路工程。1引言我国西南地区高山峡谷分布较多，境内地势高低参差，河流交错，部分地区的山地面积占比高达所在地区总面积的90%以上1。上述地区由于地质条件较为复杂，加之自然环境多变，气候条件复杂，工程结构受多种地质应力的复合作用，增加了工程建设的难度1-3。而我国经济的飞速发展及西部大开发战略的稳步实施，诸多基建项目诸如高速公路、铁路等逐年增加，尤其是高等级公路的修建，对路基宽度和线路平顺性要求较高，在西南地区施工时会不可避免地遇到较多深挖及高填区域1-3。若通过这些深挖高填区域的高速公路均采用架设桥梁及开挖隧道的方式连接，必然会极大地增加建设成本与施工投入。随着岩土工程理论及锚固技术的发展，出现了结合传统支护结构与锚固技术的新型支挡结构锚索桩板墙，主要由锚固桩、锚索、挡土板三部分构成。锚索桩板墙结合了传统支挡结构的优点及岩土锚固技术在边坡防护中的应用优势，极大地拓宽了传统支挡结构的应用范围，在高速公路的路堑及填方路堤边坡的支护中应用较广3-5。锚固桩上设置由高强度低松弛的预应力筋组成的预应力锚索，一端锚固在稳定地层内，另一端与锚固桩稳固连接。因此，锚索桩板墙通过锚索提供的水平方向拉力，与锚固桩共同抵抗土压力4，6。锚索能通过自身与土体的机械互锁作用有效调节岩土体的自身强度，增强其自稳定能力，在实现二者协调与平衡状态的基础上，有效减小了锚固桩的截面尺寸，减轻了支护结内蒙古公路与运输HighwaysTransportation in Inner Mongolia5内蒙古公路与运输HighwaysTransportation in Inner Mongolia2023 年第 3 期构的自重。对于传统支挡结构的挡土板而言，随着填方高度的增加对基础承载要求不断提高，规范规定挡土板的高度限值为8 m，悬臂式桩板墙的最大高度可以依据现场条件调整为15 m。虽然锚索桩板墙可以突破这种高度尺寸的限制，但锚固桩的施工质量与极限承载能力依然是锚索桩板墙整体设计的主要参照标准之一4-7。因此，本文以我国西南地区某高速公路项目的锚索桩板墙施工为例，在分析了锚索桩板墙人工挖孔锚固桩的承载能力计算的基础上，进一步分析了其影响因素，并通过对实际工程中施工质量的把控，介绍了施工过程中锚索桩板墙人工挖孔锚固桩的质量保证措施。2锚索桩板墙锚固桩承载能力影响因素及计算2.1锚固承载能力计算锚索桩板墙人工挖孔锚固桩的竖向承载能力时，需分析桩-土体系的荷载传递规律。由于挖孔桩在成桩后与桩周土紧密贴合，互相挤压、持力，一般岩土力学的研究认为，人工挖孔桩与其周围分布的桩周土和桩端提供支撑，而后与持力作用的土体相互共同作用，从而使得桩产生了足够的承载能力。挖孔桩与周围的土体形成桩侧阻力和桩端阻力的过程，也是桩土体系竖向荷载传递的过程8。图1为桩土体系荷载传递规律的分析示意图，（a）图表示单桩体系受压状态下的受力分析，（b）图为对应截面的位移发展过程，（c）图为桩身轴力分布，（d）图为桩身摩阻力分布。如图1所示，当桩的顶部承受来自挡土板自重、土体重力等竖向荷载作用时，桩身上部由于被压缩而产生了位移，如果以桩周土作为参考系，则桩身产生的该位移向下，与荷载作用方向一致。同时，桩身向下的位移会导致桩的侧面与桩周土之间产生向上的摩擦力，则桩顶部所受荷载通过桩的侧摩擦阻力传递给桩周土。当桩底受到的竖向荷载足够大，使得摩擦阻力达到极限，桩端持力层的土体会被大量的压缩，最终被塑性挤出，此时桩身受到的竖向荷载的值，被认为是桩身的极限承载能力8。由图可知，当桩顶作用竖向荷载时，在桩身任意深度取一个截面z，则该深度的截面上的荷载（z）可以表示为：（1）竖向位移可以表示为：式（1）所述的可以通过微分段的竖向平衡条件表示为：而微分段在竖向荷载作用下的压缩量为：则有：将式（5）代入式（3）可得：式中，A为锚固桩的桩身截面积，m2；E0为锚固桩的弹性模量，MPa；U为锚固桩对应的桩身总周长，m。式（6）所述的微分方程即为公路工程锚索桩板墙锚固桩的桩土体系的基本荷载传递规律，实际工程中结合设计资料，并在桩身埋设测试元件即可计算得到不同深处的摩阻力和桩身截面位移理论值，清晰地判断桩身实际所达到的承载状态，进而为锚索桩板墙人工挖孔锚固桩的极限承载能力判别提供依据。依据 建筑桩基技术规范（JGJ 942008）和 建筑地基基础设计规范（GB 500072011）规定，锚索桩板墙人工挖孔锚固桩的单桩竖向承载力特征值按照式（7）进行计算：（7）式中，为锚固桩的桩端面积，m2；为锚固桩桩周第层土的厚度，m；为锚固桩第层土对应的摩阻力特征值，kPa；为锚固桩的桩端阻力特征值，kPa；、分别为大直径桩的侧阻与端阻对应的尺寸效应系数，见表1，表中D为锚固桩的桩身直径。图1桩土体系荷载传递规律图示（2）（3）（4）（5）（6）2 锚索桩板墙锚固桩承载能力影响因素及计算2.1 锚固承载能力锚固承载能力计算锚索桩板墙人工挖孔锚固桩的竖向承载能力时，需分析桩-土体系的荷载传递规律。由于挖孔桩在成桩后与桩周土紧密贴合，互相挤压、持力，一般岩土力学的研究认为，人工挖孔桩与其周围分布的桩周土和桩端提供支撑，而后与持力作用的土体相互共同作用，从而使得桩产生了足够的承载能力。挖孔桩与周围的土体形成桩侧阻力和桩端阻力的过程，也是桩土体系竖向荷载传递的过程8。图 1 为桩土体系荷载传递规律的分析示意图，（a）图表示单桩体系受压状态下的受力分析图示，（b）图为对应截面的位移发展过程，（c）图为桩身轴力分布，（d）图为桩身摩阻力分布。图图 1 桩土体系荷载传递规律图示桩土体系荷载传递规律图示如图 1 所示，当桩的顶部承受来自挡土板自重、土体重力等竖向荷载作用时，桩身上部由于被压缩而产生了位移，如果以桩周土作为参考系，则桩身产生的该位移向下，与荷载作用方向一致。同时，桩的侧面会受到来自桩周土作用的向上的摩擦力，所以桩身受到的竖向荷载会通过桩的侧面与桩周土产生摩擦力而传递到桩周土，并随着竖向荷载水平的增加而逐步向下传递。当桩底受到的竖向荷载足够大，使得摩擦阻力达到极限，桩端持力层的土体会被大量的压缩，最终被塑性挤出，此时桩身受到的竖向荷载的值，被认为是桩身的极限承载能力8。由图可知，当桩顶作用竖向荷载 Q 时，在桩身任意深度取一个截面 z，则该深度的截面上的荷载()Q z可以表示为：()0()ZQ zQUfz dz=-（1）竖向位移()S z可以表示为：()0001()ZS zSQ z dzE A=-（2）式（1）所述的()fz可以通过微分段()d z的竖向平衡条件表示为：1()()dQ zf zUdz=-（3）而微分段()d z在竖向荷载作用下的压缩量为：()0()Q z dzdS zE A=-（4）则有：()0()dS zQ zE Adz=-（5）将式（5）代入式（3）可得：202()()E A d S zf zUdz=（6）2 锚索桩板墙锚固桩承载能力影响因素及计算2.1 锚固承载能力锚固承载能力计算锚索桩板墙人工挖孔锚固桩的竖向承载能力时，需分析桩-土体系的荷载传递规律。由于挖孔桩在成桩后与桩周土紧密贴合，互相挤压、持力，一般岩土力学的研究认为，人工挖孔桩与其周围分布的桩周土和桩端提供支撑，而后与持力作用的土体相互共同作用，从而使得桩产生了足够的承载能力。挖孔桩与周围的土体形成桩侧阻力和桩端阻力的过程，也是桩土体系竖向荷载传递的过程8。图 1 为桩土体系荷载传递规律的分析示意图，（a）图表示单桩体系受压状态下的受力分析图示，（b）图为对应截面的位移发展过程，（c）图为桩身轴力分布，（d）图为桩身摩阻力分布。图图 1 桩土体系荷载传递规律图示桩土体系荷载传递规律图示如图 1 所示，当桩的