[发明专利]一种预加应力检测岩溶路基顶板承载能力的方法

权利要求书

1.一种预加应力检测岩溶路基顶板承载能力的方法，其特征在于按以下步骤进行：对岩溶路基的顶板进行受力分析，根据岩溶路基顶板的受力分布情况，得到最大弯矩设计值M_max和最大剪力设计值Q_max；构建由均布荷载和集中荷载组成的简化力学模型，求取施加预应力集中荷载值；根据预应力集中荷载值确定锚固长度、锚杆材料和锚杆直径参数；在溶洞中部钻孔，插入锚杆并注浆锚固，设置混凝土底座和钢板作为承载板；利用预应力张拉设备施加集中荷载，锁定后监测应力变化并观察周边基岩和土体的状况，判定岩溶路基顶板的承载能力；

具体步骤如下：

步骤1、对岩溶路基顶板的受力进行分析，根据岩溶路基顶板的受力分布情况，得到最大弯矩设计值M_max和最大剪力设计值Q_max；

步骤2、构建由均布荷载和集中荷载组成的简化力学模型，求取施加的预应力集中荷载值；

简化力学模型采用简支梁结构，均布荷载q由岩溶路基顶板和覆盖层简化构成，预应力集中荷载值P_d作用于简支梁结构中间，预应力集中荷载值P_d通过以下公式求取，关系式为：

q＝∑hi·γi

P₁＝2Q_max-q·l

P_d＝K·max(P₁，P₂)

式中：q—由顶板和覆盖层产生的单位长度均布荷载，单位KN/m

γ_i—顶板和覆盖层的容重，单位KN/m³

h_i—顶板和覆盖层的厚度，单位m

l—溶洞的跨度，单位m，由物探勘察确定

M_max—最大弯矩设计值，由受力分析取得，单位KN·m

Q_max—最大剪力设计值，由受力分析取得，单位KN

P₁—最大剪力设计值对应集中荷载值，单位KN

P₂—最大弯矩设计值对应集中荷载值，单位KN

K—安全系数，取1.2～2.0

P_d—施加预应力集中荷载值，单位KN

步骤3、根据预应力集中荷载值P_d选取锚杆材料并确定相关锚固参数；

锚杆截面积由下式求取：

式中：A—锚杆截面积，单位mm²

F_Ptk—锚杆材料抗拉强度标准值，由相关标准或规范查得，单位MPa

K₁—安全系数，取1.2～1.8

P_d—施加预应力集中荷载值，单位KN

锚固段长度Lm由基岩与注浆体间黏结长度L_r和注浆体与锚杆之间的黏结长度L_g确定；

基岩与注浆体间黏结长度L_r，单位m，由下式求取：

式中：d—钻孔直径

f_rb—基岩与注浆体间的黏结强度设计值，由相关标准、规范查得或由试验确定，单位KPa

K₂—安全系数，取1.8～2.0

P_d—施加预应力集中荷载值，单位KN

注浆体与锚杆之间的黏结长度L_g，单位m，由下式求取：

式中：d_g—锚杆直径，由锚杆截面积A计算求取，单位mm

f_b—注浆体与锚杆间的黏结强度设计值，由相关标准、规范查得或由试验确定，单位KPa

n—锚杆根数 ，单位根

K₂—安全系数，取1.8～2.0

P_d—施加预应力集中荷载值，单位KN

锚固段长度L_m取基岩与注浆体间黏结长度L_r和注浆体与锚杆之间的黏结长度L_g的较大值；

步骤4，在溶洞中心区域开挖检测基坑，开挖至岩溶路基顶板的顶面，在溶洞中心位置钻孔，钻孔需要穿过溶洞伸入底部基岩内，长度不小于步骤3确定的Lm+1 ，单位m；

步骤5，在钻孔中插入锚杆，直至钻孔底部，直径d_g和根数根据步骤3确定，插入时应每隔1～2m设置隔离架；

步骤6，灌注水泥浆将锚杆锚固；

步骤7，在岩溶路基顶板面设置混凝土底座，设置横向和纵向钢筋，混凝土底座顶部设置15cm×15cm的钢板，混凝土底座和钢板均应留有Φ50～100mm孔洞，便于锚杆钢筋穿过；

步骤8，待锚固水泥浆和承载板混凝土达到设计强度后，利用预应力张拉设备施加预应力P_d，张拉分5级进行，每级荷载分别为0.2Pd，0.4Pd，0.6Pd，0.8Pd和P_d，每级张拉后应稳定10min以上再进行下一级张拉，期间注意观察周围地面和应力变化情况；

步骤9，最后一级张拉稳定10min后，锁定锚杆，观察周围土体变化和锚杆应力变化情况48h以上，如周边土体及岩溶路基顶板未出现塌陷、隆起或开裂变形病害，预应力损失微小，则判定岩溶路基顶板承载力满足路基设计荷载要求，不进行处理，否则说明岩溶路基顶板承载力不足，应进行相应的处理；

步骤10，试验检测完成，撤除预应力张拉设备，采用C40混凝土回填钻孔，将基坑回填夯实。