[发明专利]一种预应力锚索埋入式桩计算方法

说明书

本发明提出了一种预应力锚索埋入式桩计算方法，其步骤为：首先，将埋入式桩与锚索视为一个整体，再根据桩后土体存在被动土压破裂面滑动和桩顶面滑动，建立被动土压破裂面平衡方程和桩顶面平衡方程，并计算埋入式桩在滑面以上的长度；最后，计算埋入式桩在滑坡推力作用下的最大剪力和最大弯矩。本发明根据土体摩尔库伦破坏准则和极限平衡法，降低了预应力锚索埋入式桩的计算复杂度，改变了受荷段桩长，减少了桩身内力，既可以与锚索普通桩一样承担较大推力，可以节约桩身材料，减少造价，为我国重要工程建设中遇到的特大型滑坡灾害治理提供借鉴参考。

技术领域

本发明涉及埋入式桩技术领域，特别是指一种预应力锚索埋入式桩计算方法。

背景技术

支挡结构是滑坡治理防治常采用重要措施，对工程建设安全起着决定性作用。挡土墙是滑坡防治最早采用的支挡结构，挡土墙主要依靠自身重力和墙底摩擦承担滑坡推力，一般在1000KN以内；抗滑桩是20世纪70年代应用的滑坡致当工程，其利用稳定地层中的锚固作用以平衡滑坡推力，推力越大，桩截面设计则越大、锚固段越长，承担滑坡推力一般在2000KN以内；预应力锚索抗滑桩是20世纪80年代开始应用及发展起来的抗滑结构，其最常见形式是在抗滑桩的桩头部位设置锚索并预先施加一定的预应力，其作用机理类似于简支梁，承担滑坡推力一般在4000KN以内；预应力锚索框架是继锚索抗滑桩之后应用于滑坡防治的轻型结构，具备施工速度快，对坡面扰动小特点，承担滑坡推力一般在1400KN左右；埋入式桩是21世纪初应用于滑坡防治的工程措施，其充分利用土体抗力，改变了受荷段桩长，减少了桩身内力计算结果，适合大推力滑坡防治，最早应用于铁路、公路坡整治中。

国内外众多的研究者对埋入式桩展开了研究，取得了较多的成果。文献[曾世仁.下沉式抗滑桩的设计[J].重庆建筑,2003(01):22-24]采用极限平衡法推导了下沉桩埋入段桩长计算方法；文献[宫大辉.内埋抗滑桩加固高填方边坡作用机理研究[D].中国地质大学(北京),2015]采用模型试验对埋入式桩与土的作用机理进行研究；文献[张乾翼.埋入式抗滑桩的设计计算方法研究[D].兰州交通大学,2014]采用有限元强度折减法模拟对埋入式抗滑桩的适用条件进行分析；文献[惠航.埋入式桩在宋家尧滑坡治理中的应用研究[D].长安大学,2018.]采用强度折减法对实际工程应用埋入桩自由段长度、桩间距、桩截面尺与滑坡稳定性关系进行分析，但是，目前的研究均没有涉及坡体组成对埋入式桩影响，实际上，在松散堆积层滑坡防治中应用埋入式桩，存在滑体沿桩顶挤出的可能。对于坡体结构松散、推力超过4000KN特大型堆积层滑坡威胁范围存在重要建设工程，采用埋入式桩存在极大安全风险。

发明内容

对于上述背景技术中的不足，本发明提出了一种预应力锚索埋入式桩计算方法，根据土体摩尔库伦破坏准则和极限平衡法，降低了计算复杂度，解决了现有技术中埋入式桩桩顶土体越顶风险的技术问题。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种预应力锚索埋入式桩计算方法，所述预应力锚索埋入式桩包括埋入式桩、锚索和锚礅，埋入式桩的桩顶设有锚索桩，锚索桩与锚索固定连接，锚索固定在锚礅上；

所述预应力锚索埋入式桩计算方法为：首先，将埋入式桩与锚索视为一个整体，并设定桩在滑面以上的桩长为h，桩顶埋入深度为a，桩间为b，测量滑面以上的土体厚度H；其次，根据桩后土体存在被动土压破裂面滑动和桩顶面滑动，建立被动土压破裂面平衡方程和桩顶面平衡方程，并计算埋入式桩在滑面以上的桩长h；最后，计算埋入式桩在滑坡推力作用下的最大剪力和最大弯矩。

所述被动土压破裂面平衡方程为：

其中，ff_EB为平衡参数，R_t为滑坡体推力，P为锚索拉力，W为被动土压破裂面EB以上的土体重量，且γ为土体重力密度，为土体内摩擦角，h₂为水平面以上的桩长，α为滑面与水平面的夹角。

所述桩顶面平衡方程为：