高速铁路预应力锚索框架梁的设计与分析及论大学生写作能力

西南交通大学本科毕业设计(论文)第Ⅰ页西南交通大学本科毕业设计(论文)第页第1章绪论问题的提出滑坡是指斜坡上的土体(岩体)，在河流冲刷、地下水活动、地震及人工切坡等因素影响下，沿着一定的软弱面或者软弱带，整体地或者分散地顺坡向下滑动的自然现象。滑坡是高速铁路建设中遇到的常见地质灾害现象之一。其发生的后果通常是中断交通、侵占河道、造成人身财产的损害，而且它的分布面广、发生比较频繁、产生条件复杂，作用因素繁多使得治理滑坡的费用昂贵。由于地质环境和自然条件的区域性的特点，从而决定了滑坡的分布具有区域集中的特点。因此在许多山区，滑坡多是成群状分布，这无疑给滑坡的治理方面带来了巨大的困难。在高速铁路交通运输方面，滑坡的危害主要表现在：（1）破坏铁路线路，造车中断行车；（2）危害铁路站场、站房，严重威胁车站安全；（3）造成桥梁墩台的推移以及隧道明洞摧毁；（4）中断铁路交通运输，影响国民经济建设；（5）造成行车事故和人身伤亡；（6）加大维修费用，增加了财政支出。随着我国社会经济的不断发展，西部大开发的不断推进，边坡治理在国民经济建设中占有着举足轻重的地位，如何有效地加固边坡是滑坡防治至关重要的核心内容。支挡结构的发展在边坡的治理方面，支挡结构的形式是多种多样的，比如预应力锚索、锚杆、抗滑桩、挡土墙等等。但其发展过程大致可以分为以下几个阶段：第一阶段（20世纪50年代以前），采用抗滑挡墙结合支撑锚杆，取得了一定效果。但由于滑坡的推力较大，致使抗滑挡墙的体积庞大，墙基须置于滑面以下一定深度，施工开挖对滑体的稳定影响大。第二阶段（20世纪70年代），采用抗滑桩支挡，工程效果比较明显。国外则多采用钢筋混凝土钻孔桩，用群桩和承台共同受力。而国内采用矩形截面的钢筋混凝土挖孔桩，由于抗滑桩提供的抗力大，施工对滑体的扰动小、安全、见效快，因此曾被广泛采用。第三阶段（20世纪80年代以后），随着锚固技术的发展，预应力锚索在边坡加固中得到了广泛的应用，在不断的工程实践中演化出了各种各样的结构形式，主要有：①预应力锚索抗滑挡墙；②预应力锚索抗滑桩；③预应力锚索抗滑桩板墙；④预应力锚索框架梁。预应力锚索在工程中的应用大大地改善了抗滑结构的受力状态，降低了工程造价。常见支挡结构类型随着我国交通运输基础建设的不断发展，支挡结构在边坡工程中的运用是变得越来越广泛。在许多的山区地带，由于沿线的地形陡缓交错频繁，一般的支挡结构的高度有限，就很难满足设计要求。因此需要开发使用高轻型支挡结构，以降低工程造价，下面简单介绍这两种支挡结构：一般支挡结构一般的支挡结构包括各种类型的挡土墙和其他具有承重能力的支撑结构，主要形式有：重力式挡土墙、锚索（杆）挡土墙、锚定板挡土墙、抗滑桩、土钉支护、桩板式挡土墙等等。它们适用于墙高不超过一定高度的支挡工程，在一般的公路工程中使用比较广泛。高轻型支挡结构高轻型支挡结构是指在一般支挡结构的基础上使用了新材料、新技术、新工艺的结构形式，专指高度大于12m的支挡工程，目前在我国现行的公路、铁路规范中还没有明确规定的一类支挡结构物。它的主要形式包括：高轻型预应力锚索桩板墙、高轻型锚定板挡土墙、高轻型预应力锚索框架梁。这几种形式相比于一般支挡结构而言，由于采用了预应力锚索，使得桩（板、框架）的受力形式发生改变，使得桩（板、框架）的内力分布更加合理，从而极大地发挥了材料和结构的性能。预应力锚索框架梁是随着预应力锚索技术近年来在滑坡治理和边坡加固工程中大量应用而发展起来的一种新型支挡结构。因此，在边坡治理方面，预应力锚索框架梁的应用空间会随着科技的不断进步变得越来越广。应用研究现状预应力锚索框架梁作为一种新型的轻型支挡结构，由于其具有加固边坡同时还能进行植物美化的效果，近几年来在边坡加固中被广泛使用。但是这种新型支挡结构的使用条件、设计计算方法等方面的理论研究已经明显落后于生产实践。预应力锚索框架梁的设计理论已经取得了一定的成果，但是仍然处于探索和研究的阶段。在我国的相关设计规范中，还没有对其具体设计计算原则和方法做出相应的规定和说明。而目前，大多数设计单位都是按照自己的设计方法并结合工程实践进行设计。目前，对预应力锚索框架梁的计算方法多是采用一般地基梁的算法，将锚索框架梁拆分为横梁和纵肋来计算，在若干假设的基础上建立起来的分析计算。文献中的反梁法，是将坡面的反力视为作用在框架梁上的均布荷载，将预应力锚索作用点视为支座，将框架梁看做是倒置的交叉格构梁来进行设计，并且假设横梁和纵肋是相互独立的。但是，这种方法忽略了巨大锚索力作用下框架的变形，引起了底部反力的不均匀分布。支挡结构发展前景边坡支挡技术是高速铁路路建设，特别是山区高速铁路建设所面临的一个重大问题。我国在这方面既没有计算公式可依，也没有自主知识产权的计算程序，仅依靠大量施工经验来设计，理论研究远远落后于工程实践。随着新材料、新工艺的不断使用，高强度低松弛预应力锚索在工程中的应用促进了锚固技术的发展。在未来，高轻型支挡结构的理论研究、应用关键技术必将得到进一步的发展。第2章工程简介设计范围K117+950～K118+090左侧路堑高边坡，长140.0m，高度约为40m，路肩标高为528.29m。该边坡为永久性边坡，边坡工程重要性等级为一级。地形地貌本段路线处于威远背斜北西翼地区，呈切脊状低山，为侵蚀构造低山地貌。坡体内灌木丛生，植被繁茂；坡顶地势宽缓平坦。斜坡四周呈椅状沟槽地形，沟槽内坡残积层发育。地质概况根据钻孔揭露及野外工程地质测绘，勘察区出露的地层主要有：新生界第四系全新统残坡积层（）、三叠系上统须家河组（）。新生界第四系全新统残坡积层（）<6-1>低液限黏土：黄色，硬塑状，土质不匀，可见植物根系，含约占5%的砂、泥角砾，厚0~2m，主要分布于斜坡表层。三叠系上统须家河组（）<14-2-1>泥岩、砂质泥岩、砂岩夹煤层强风化层：褐黄色，青灰色，薄-中层状，泥质结构为主，泥质胶结，节理裂隙发育，岩层产状120°∠12°。已风化呈碎块石状。一般厚2~6m，属Ⅳ级软石。<14-2-2>泥岩、砂质泥岩、砂岩夹煤层中风化层：绿灰、灰、灰黑色，薄-中层状，泥质结构为主，泥质胶结，节理裂隙发育，岩层产状145°∠6°。遇水易崩解软化，暴露易风化剥落，具饱脱水风化特征。属Ⅳ级软石。水文地质区内第四系松散土层孔隙潜水具浅埋藏，短流径，缓流速之特点。基岩裂隙含水层之地下水径流、补给条件差，较为贫乏，且在空间上分布不均匀。区内总体水文地质条件简单。区内环境水对混凝土具有中等结晶类腐蚀性，对混凝土结构中钢筋具微腐蚀性，对钢结构有弱腐蚀性。气候条件该地区属亚热带湿润季风气候，年均气温17.8℃，一月均温7.4℃，七月均温27.2℃。极端高温39℃，最低零下5.5℃。活动积温6570℃。无霜期329天，日照1192小时。年平均降雨量985.2毫米，多集中于6-9月，常有春旱。设计参数表2.6设计参数岩土层重度γ（kN/m3）黏结强度c（kPa）内摩擦角φ（°）泊松比μ泥岩夹砂岩强风化层2326220.3泥岩夹砂岩中风化层24.530280.3其它设计参数边坡坡率安全系数1:0.751.3设计原则1、本边坡工程为永久性支护，边坡等级为一级。2、边坡剩余下滑力的计算采用传递系数法。3、框架梁内力计算“倒梁法”，并进行配筋计算。4、设计本着安全、经济、适用的原则进行。

第3章基本理论边坡的类型和特征边坡类型（1）按构成边坡的物质种类分：=1\*GB3①土质边坡，整个边坡主要由土体所构成，按土体的种类通常又可分为粘性土边坡、黄土边坡、膨胀土边坡、堆积土边坡、填土边坡。②岩质边坡，整个边坡主要由岩石所构成，按岩体的强度又可以分为硬岩边坡、软岩边坡、风化岩边坡等。③岩土混合边坡，边坡下部为岩层，而上部为土层的边坡结构。（2）按边坡的高度分：①一般边坡，岩质边坡总高度在30m以下，土质边坡总高度在15～20m。②高边坡，岩质边坡总高度大于30m，土质边坡总高度大于15～20m。通常情况下，容易发生变形破坏和滑坡的边坡多为高边坡，因此，加强对高边坡的研究将是边坡治理的重点，对边坡治理的成功也将起到关键作用。（3）按边坡使用年限分：①临时边坡，一般只在施工期间存在的边坡，如基坑边坡。②短期边坡，存在时间为10～20年的边坡，如露天矿边坡。③永久边坡，长期使用的边坡，如铁路路堑边坡。边坡的特征（1）边坡的自然特征人工边坡是将自然边坡部分改造成为人工构筑物，其边坡特征和稳定性很大程度取决于自然边坡的地形地貌特征、地质结构、构造特征。由于自然边坡的地层岩性、地下水分布、地质构造和风化程度的不同，在自然力作用下形成了不同的形态，如有直线坡、凸形坡、台阶状坡等。对于岩质边坡，其特殊的结构特征．可保持较为高陡的边坡。由于高陡边坡容易发生滑动，因此必须设置支挡工程才能保持其稳定。通常高陡边坡坡体容易被冲刷，需要设置坡面防护工程。对于地下水较多、雨水丰沛的地区，土体重度增加，发生滑坡的危险增大。因此，需要做好排水工程，疏通地下水、截流雨水等。（2）边坡的滑面特征无论是土质边坡还是岩质边坡，在坡体没有开挖或填筑之前，坡体内不存在明显滑面，即使坡体中存在软弱土夹层或软弱结构面，也不能视作滑面，因为它们没有滑动的趋势。这正是边坡与滑坡的不同之处。边坡破坏形式边坡广义的破坏形式包括有崩塌、坍塌、滑塌、倾倒等，下面简单讲解下其含义。崩塌，是指陡峭边坡上的巨大岩石或土体，在重力和其他外力作用下，发生突然崩落的现象。整个过程中岩石（或土体）猛烈的翻滚、跳跃、相互撞击，最后堆积于坡脚，原岩石（或土体）结构受到严重的破坏。坍塌，是指土层、堆积层或风化破碎岩层斜坡，由于土壤的水和裂隙水的作用、河流冲刷等作用而产生逐层塌落的变形现象。滑塌，是指斜坡上的岩体或土体，在重力和其他外力作用下，沿坡体内新形成的滑面发生整体向下以水平滑移为主的现象。它与坡体滑坡现象十分类似，滑坡是沿坡体内一定的软弱面（或软弱带）整体向下滑动的现象。倾倒，是指陡倾的岩体由于其他外力作用，绕着底部的某点向临空方向倾倒的现象，它可以发展转化为崩塌或滑塌，也可以停止在倾倒变形阶段。边坡稳定性分析的意义对边坡进行稳定性分析通常具有以下两方面的意义：一是定性的确定边坡周围的岩体对边坡稳定性的影响，用于评价岩体质量，初步评判边坡稳定性，为工程的设计、施工、运行提供依据，减少边坡破坏给人民带来的人身财产损失；二是通过工程类比方法来定量确定作用于支挡结构上的岩石压力，为支挡结构设计提供适当的数据，以便进行支挡结构的设计。影响边坡稳定性的因素影响边坡稳定性的因素主要有地理条件、地质条件、气候条件、水文和水文地质条件、土的类别等。其中影响岩石边坡稳定性的因素为岩石的结构类型与完整性、结构面的结合程度、结构面产状、地下水及岩石的强度等。其中最主要的影响因素是岩体的完整性、结构面的结合程度与结构面产状，水对边坡稳定性的影响与边坡岩体性质有关，有时是主要影响因素，有时又影响不大。边坡稳定性与结构面产状密切相关，当结构面走向与边坡走向相近时，外倾结构面对边坡是不利的。对倾向与边坡倾向相同，走向与边坡走向的夹角小于的结构面称为外倾结构面。但不是所有的外倾结构面都会发生滑动，只有结构面的倾角在之间（为结构面内摩擦角）时，结构面才有可能发生滑动。外倾结构面倾角越是接近时，边坡越容易产生滑动，因而这是一个最不利的倾角，此时岩体的稳定性最差。结构面结合状况，包括裂隙张开度、充填物的厚度与性质。结构面的粗糙情况，也是影响边坡稳定性的一个主要因素。边坡稳定性分析边坡稳定性分析是一个相当复杂的过程，其计算通常采用土力学中的极限平衡法来分析。极限平衡方法的基本特点是只考虑了静力平衡条件和土的摩尔库仑破坏准则，也就是说通过分析土体在破坏时的力的平衡来求解。然而多数情况下问题是静不定的，极限平衡方法处理静不定问题的对策是引入一些简化假定，使问题变得静定可解。由于简化假定的引入，使得分析计算工作量大大的简化，因而在工程中获得广泛应用。近年来，随着计算机和有限元分析方法的发展，应用严格的应力应变分析方法来分析边坡的变形和稳定性已成为可能。因此有限元法也被广泛应用于边坡稳定分析。然而有限元方法也拥有一些局限性，主要是在确定边坡的初始应力状态把握边坡临近破坏时的弹塑性本构关系等方面遇到的难题。这里主要介绍一下极限平衡法在工程中的运用，根据边坡失稳时破裂面的形状又可分为：直线破裂面和圆弧状破裂面。直线破裂面边坡稳定性分析直线破裂面是指边坡破坏时其破裂面近似为平面，断面近似为直线，这种情形通常发生在均质砂土、透水的砂石边坡中。如下图3.5.1所示，坡体重，坡角，抗剪强度指标为、，破裂面倾角为，滑面长度，沿边坡长度方向取单位长度作为平面分析。图3.5滑面上由重力产生的下滑力和土的抗剪强度产生的抗滑力分别为：则边坡稳定系数或安全系数，可用抗滑力与下滑力之比表示，即（3.5.1为了保证边坡的稳定性，通常安全系数值一般不小于1.25，特殊情况下可以减小至1.15。对于的砂性土坡，公式又可以简化为（3.5.2从上式我们可以看出，当时，值最小，此时边坡表面土体最容易发生滑动，有（3.5.3圆弧破裂面边坡稳定性分析据大量观测表明，黏性土山坡、人工填筑或开挖的边坡在发生破坏时，其破裂面多呈圆弧状，由于黏性土黏聚力的存在，黏性土边坡在破坏时，滑动面近似于圆柱面。工程中为了简化计算，通常假定滑动面为圆弧面，建立在这一假定上的土的稳定性分析方法叫做圆弧滑动法。其中，最为常用的就是瑞典条分法。条分法是将滑动土体在竖向分为若干土条，将土条视为刚塑体，分别求得作用于各个土条上的力对圆心的滑动力矩和抗滑力矩，由抗滑力矩与滑动力矩之比求得安全系数。条分法假定不计条间力的影响，将土条两侧的条间力的合力看做大小相等、方向相反、作用在同一直线上。实际上，每个土条两侧的条间力是不平衡的，但经验表明，忽略条间力的作用对计算结果影响不大。如图3.5图3.5则垂直于滑面法向的分力与沿着滑面的切向分力分别为：，其中起抗滑作用的切向分力用表示，则整个滑弧上的抗滑力矩与滑动力矩分别为：安全系数为抗滑力矩与滑动力矩之比，即（3.5.4剩余下滑力的计算目前，计算滑坡剩余下滑力的方法比较多，使用较多的有瑞典条分法、毕肖普法、传递系数法、分块极限平衡法等，其中传递系数法是验算山区土层沿岩面滑动最常用的边坡稳定验算方法，本次设计即采用传递系数法进行边坡剩余下滑力进行计算。计算推力时假定：滑坡体是不可压缩的介质，不考虑滑体的局部压缩变形，块体间只传递推力而不传递拉力。块间作用力（即推力）以集中力表示，它的作用线平行于前一滑块的滑动方向。计算时将滑体沿滑面变坡点垂直分块，然后由上至下逐块计算推力。在滑体中取第块土条，如图3.6所示，假定第块土条传来的推力方向平行于第块土条的底滑面，而第块土条传递给第块土条的推力平行于第块土条的底滑面。也就是说，假定每一分界面上推力的方向平行于上一土条的底滑面。将各作用力投影到底滑面上，其平衡方程如下：图3.6传递系数法（3.6.1）式中，为法向反力；——第块滑体剩余下滑力；——第块滑体剩余下滑力；——第块滑体的自重；——第块滑床反力；——第块滑块的法向反力；——第块滑体滑面的倾角；、——第块滑体滑面的抗剪强度指标；——边坡稳定安全系数；——第块滑体的滑面长度；，称为传递系数。通常情况下，在铁路支挡规范中，出于安全考虑，要通过增大下滑力来提高安全系数，考虑安全系数后，设计推力应为：（3.6.2）（1）若为正值，说明边坡具有下滑力，是不稳定的，应该传递给下一个滑体；若为负值，说明第块滑体是稳定的，不能传递，下一块计算时按无上一块推力考虑。（2）如果计算断面中有逆坡时，即滑面倾角为负值的时候，分块为负值，即它不再是下滑力，而是抗滑力了。推力计算时，就不该乘以安全系数。预应力锚索框架梁的结构组成预应力锚索框架梁是20世纪90年代新兴的一种支挡结构，被广泛运用于铁路、公路滑坡治理和边坡加固中。该结构是将钢筋混凝土框架和预应力锚索这两种可以单独使用的结构组合在一起，通过预应力锚索、框架和边坡岩土的相互作用，共同承受边坡变形时产生的外力。预应力锚索框架梁的组成主要由主体结构和附属结构两个部分。其中，主体结构是承受边坡变形产生的外力的主要受力构件，主要由预应力锚索、框架和边坡岩土共同组成；附属结构是指为保证主体结构正常工作、发挥主要功能的一些附属设施，其中包括为了保证土体稳定和绿化美化而设置的植被防护结构，排水设施，以及为了保证梁顶平台稳定的顶梁。这些结构对主体结构长久发挥稳定性有着重要的作用。作用机理由土体极限平衡理论得知，边坡变形后边坡变形部分在重力作用下，会沿着破裂面向下成滑动趋势。而在破裂面上存在着阻止变形体下滑的抗力和法向力，如果变形体在自重作用下的下滑力大于抗力时，变形体就会沿着破裂面向下滑动，此时边坡就会发生失稳破坏。预应力锚索框架的作用机理就是在此基础上通过锚索拉力共同作用在框架梁上，与破裂面上的摩擦力和法向力共同作用，平衡边坡下滑产生的下滑力。如图3.8所示，预应力锚索主要是承受边坡下滑产生的下滑力，而框架梁则是使变形体保持整体稳定性。图3.8变形体的受力示意图预应力锚索产生的锚固力主要是使破裂面上的法向力增加，从而使得破裂面上的摩擦力增大，相当于增大了抗滑力。另一方面，框架梁的紧箍作用，使得变形体变得更加固结、稳定，相当于减小了下滑力。结构特点预应力锚索框架梁在工程中得到了广泛的应用，自然跟其自身的特点密不可分，其特点主要有：（1）预应力锚索框架梁体系充分利用了边坡岩体自身的强度；（2）结构容易和其他抗滑结构如抗滑桩等组合使用；（3）结构布置位置灵活，不受地形的限制，适用于高陡边坡的加固；（4）易于改善边坡土体的受力状态，使边坡土体趋向处于三向受力状态；（5）减少边坡开挖量，有效降低了边坡的开挖高度；（6）施工简便，技术风险较低；（7）结构轻便，施工速度较快，施工造价低。预应力锚索的设计预应力锚索的设计包括边坡锚固力的确定、锚固力的分配、锚索间距和倾角的确定、锚固段长度的确定。要使预应力锚索框架梁发挥作用，必须将预应力锚索锚固在稳定的地层中，其次还要保证结构的整体稳定性。总锚固力的确定预应力锚索设计时，对于滑坡加固，宜采用锚索预应力（抗滑力）的方法计算，通过边坡稳定性分析、计算滑坡的下滑力从而确定锚固力。对边坡进行稳定性计算的时候，锚固力可以简化为作用于坡面上的一个集中力，由《铁路路基支挡结构设计规范》确定的方法计算可按下式：如图3.图3.（3.10式中——滑坡下滑力（kN）；——设计总锚固力（kN）；——滑动面内摩擦角（°）；——锚索与滑动面相交处滑动面倾角（°）；——锚索与水平面的夹角。对单一滑面，式（3.10.（3.10式中为边坡下滑力的水平分量，为锚索与水平面的夹角。锚固力分配原则为了简化计算，需要明确总锚固力是如何分配到各级预应力锚索框架梁上，同时锚固力是如何分配到每一根锚索上的，分配原则如下：（1）根据现场试验的规律，单根锚索的加载对于同一框架上的其他锚索的拉力的影响极小。因此，可以做出结论：作用在同一框架上的总锚固力可以近似的平均分配到各个节点上的预应力锚索上。（2）同一变形体上的总锚固力是平均分配到各级边坡预应力锚索上的。（3）同一孔位下的锚固力是平均分配到该孔位下每根预应力锚索上的。锚索间距与倾角的确定锚索间距的确定应当以设计的锚固力能对地基提供最大的张拉力为标准，预应力锚索存在群锚机制，锚索间距过大时，起不到安全锚固的作用。但如果锚索间距过小时，受群锚机制的影响，单根锚索的承载力会降低。根据长期施工经验，锚索间距取值宜大于1.5m或5倍孔径。设计时还应该考虑施工偏差而造成锚索的相互影响。因此规范规定锚索间距宜采用3～6m,最小不应小于1.5m。预应力锚索与水平面的夹角称为锚固角，从施工工艺方面考虑，认为锚索设置方向以水平向下倾为宜。通过技术经济的综合分析，按照单位长度锚索能够提供抗滑增量最大时的锚索下倾角为最优锚固角。另一种方法按以下经验公式计算最优锚固角：（3.10.3）规范规定锚索设计下倾角为15°～30°锚固体的设计对于拉力型锚索，锚索的锚固段长度取值一般在4～10m间。通过大量试验研究数据，锚固段必须置于良好的地基之中。拉力型锚索锚固段的破坏通常是从靠近自由段处开始的，灌浆材料与地基之间的黏结力逐渐被剪切破坏。当锚固段的长度超过8～10m后，锚固力的增量很小，几乎不可能提高锚固效果。当锚固段的计算长度超过10m时，通常采用增大孔径或减小锚索的间距或增加锚索孔数等来调节。锚索的锚固段长度采用计算值、中的大值。（1）按水泥砂浆与锚索张拉钢材黏结强度确定锚固段长度，即（3.10.4）当锚索锚固段为枣核状时，（3.10.5）（2）按锚固体与孔壁的抗剪强度确定锚固段长度，即（3.10.6）式中——锚固体拉拔安全系数，对于临时性锚固采用，永久性锚固采用QUOTEFs2≥2.5；——单孔锚固力设计值；——张拉钢材外表直径（m）；——单根张拉钢材直径（m）；QUOTEdh——锚固体（即钻孔）直径（m）；QUOTEτu——锚索张拉钢材与水泥砂浆的极限黏结应力，按砂浆标准抗压强度QUOTEfck的10%取值（kPa）；——锚孔壁对砂浆的极限剪应力（kPa）。框架梁的设计目前，计算预应力锚索框架梁的设计理论和设计方法都在不断的完善和成熟的过程中，结构受力模型主要有：（1）弹性地基框架梁结构模型，此方法主要是基于弹性地基梁的假设，将框架梁下的土体视为弹性地基，将锚索力视为是作用在框架梁的集中力来计算。实际计算时，通常考虑框架本身的对称性，对框架梁进行简化，根据梁的节点力的平衡、连续条件、边界条件等建立方程组，解得作用于横梁和纵肋上的力。（2）刚性支座连续梁模型，该方法是假设框架梁纵肋和梁底的接触应力，把预应力锚索作用点视为刚性支座，按照连续梁进行设计计算。本次计算主要采用弹性地基梁模型，下面主要介绍其方法。节点荷载的分配原则为了简化计算，由基础工程相关知识，当节点间距较大时，不考虑荷载的相互作用。此时，横梁和纵肋应该满足静力平衡条件和变形协调条件，用公式表达为：（3.11.1）（3.11.2）式中——横梁和纵肋节点处的竖向荷载；——方向（横梁）分担节点处的竖向荷载；——方向（纵肋）分担节点处的竖向荷载；——节点处在作用下方向的产生的竖向变形；——节点处在作用下方向的产生的竖向变形；节点荷载的分配方法（1）内柱节点，当节点间距较大时，可以将横梁和纵肋看做是受单个集中力作用的无限长梁，由（3.11.2（3.11.3）联立（3.11.3）和（3.11.（3.11.4）（3.11.5）式中——地基土的基床系数；、——、方向梁的宽度；、——、方向梁的特征长度，、。（2）边柱节点，在方向将梁视为无限长梁，方向将梁视为半无限长梁。由（3.11.2）得：（3.11.6）联立（3.11.6）和（3.11.（3.11.7）（3.11.8）（3）角柱节点，在、方向都将梁视为半无限长梁，由（3.11.2）得：（3.11.9）联立（3.11.9）和（3.11.（3.11.10）（3.11.11）当角柱节点在两个方向的梁均无外伸时，。钢筋混凝土设计原理根据作用在框架梁上的内力，可以对混凝土构件进行配筋计算。从《钢筋混凝土设计原理》中，我们可以知道钢筋混凝土受弯构件正截面破坏形式主要有：（1）少筋梁破坏，纵向受力钢筋配置过少，受拉区混凝土开裂后，受拉钢筋的应力突然增大，当应力增加超过钢筋的屈服强度时，钢筋会屈服发生破坏。而这种破坏是突然的，属于脆性破坏，工程中应该尽量避免。（2）超筋梁破坏，与少筋梁相反，超筋梁是纵向受拉钢筋配置过多，受拉区混凝土开裂后，应力由钢筋来承受。随着应力的增大，钢筋应力也增大，但受压区混凝土应力也随着增大。受压区混凝土首先被压坏，而此时，钢筋尚未屈服。由于混凝土石脆性材料，破坏时没有明显预兆，属于脆性破坏。（3）适筋梁破坏，纵向受拉钢筋配置适量，受拉区混凝土开裂后，应力由钢筋来承受。随着应力的增大，钢筋应力也增大，直到钢筋首先发生屈服。此时裂缝宽度增大、挠度增加，而混凝土尚未发生破坏。这种破坏具有明显的预兆，破坏不突然，属于塑性破坏。单筋矩形截面梁抗弯设计如下图3.12.1所示，对于单筋矩形截面梁可以进行计算简化，由此便可以建立平衡方程，如下：图3.12.1单筋矩形截面梁计算简图，（3.12.1），（3.12.2）或（3.12.3）式中——计算截面上产生的弯矩设计值；——混凝土轴心抗压强度设计值；——钢筋的抗拉强度设计值；——纵向受拉钢筋的截面面积；——截面宽度；——混凝土受压区高度；——截面有效高度，即受拉钢筋合力作用点到截面受压区边缘的距离，其值为，为纵向受力钢筋合力作用点到截面受拉边缘的距离。令，称为相对受压区高度，则式（3.12.2）又可以改写为：（3.12.4）式中，称为截面抵抗矩系数。验算截面适用条件时，满足一下条件：（非超筋）（3.12.5）（非少筋）（3.12.6）式中为相对界限受压区高度，其值通常由下表取值：表3.12.1相对界限受压区高度取值混凝土强度等级钢筋级别0.6140.5500.5180.5940.5310.499双筋矩形截面梁抗弯设计当梁的截面尺寸受到限制，在选用最大截面下，设计为单筋梁仍出现超筋或是梁的截面受到变号弯矩作用时，需要采用双筋截面梁，其设计原理如下：图3.12.2双筋矩形截面梁计算简图如图3.12.2所示，由静力平衡条件，可以建立以下方程：，（3.12.7），（3.12.8）式中为纵向受压钢筋的面积；为受压钢筋到受压区边缘的距离。验算适用条件时，应该满足：（3.12.9）（3.12.10）斜截面抗剪设计梁斜截面的抗剪承载力主要是由以下三部分构成的，即：（3.12.11）式中——斜截面抗剪承载力；——剪压区混凝土的抗剪能力；——箍筋抗剪能力总和；——弯起钢筋抗剪能力总和。为了防止发生斜压破坏，设计时应该满足截面限制条件：对于一般梁（）有：（3.12.12）式中——构件最大剪力设计值；——混凝土强度影响因素，当混凝土强度不超过时，取；其余符号意义同上。当时，说明理论上混凝土本身能够抵抗其剪力，无需按计算设置腹筋，只需按构造要求配置箍筋即可。箍筋的最小直径和最大间距应该满足规范要求，如下表3.12.2和3.12.3所示。当时，说明混凝土不能提供足够的抗剪能力，需要按计算配置箍筋，同时应该满足最小配箍率的要求：（3.12.13）表3.12.2箍筋最小直径要求梁高箍筋最小直径梁高箍筋最小直径有计算的纵向受压钢筋时表3.12.3箍筋最大间距要求项次梁高1150200220030032503504300400

工程实例工程实例一马岭山滑坡（一）工程概况马岭山滑坡位于四川汶川县境内，阿坝州草坡水电厂引水隧道进口段位于滑坡体内，1989年小金县及邛崃地区相继发生地震后，古滑坡复活造成进口地段长约48m的隧道变形错断，钢筋混凝土拱圈开裂、压碎，洞内的引水大量向滑体内渗透。滑坡主轴断面见图3.13.1。图3.13.1马岭山滑坡主轴断面该滑坡为占滑坡，上宽下窄，主轴长约310m，宽120～180m，厚约35m，滑坡体约117万，为上部顺根据滑坡稳定性计算，每延米设计下滑力为1130kN。在隧洞的下方共布置5排72孔预应力锚索，锚索采用1×7×15的4束钢绞线制作，单根锚索长度为36～53m。锚索水平间距1.5～4.5m，垂直间距2～3m，下倾角30°，锚固段置于滑床下泥盆系片岩中。锚索外锚结构采用钢筋混凝土垫墩，垫墩尺寸为1.5m×1.5m（二）施工工艺1、锚索制作采用4束15的钢绞线组装，锚固段钢绞线设计成棱形(枣核状)。自由段采用三道防护措施，即钢绞线上涂防护油，用聚乙烯塑料套管隔离，再用水泥砂浆裹护。2、锚索钻孔由于滑坡体岩层破碎．呈碎块石土状，在滑体中采用了套管跟进钻孔，钻过滑面后，钻锚固段时，停止套管跟进。并根据岩性及完整性确认通过滑动面破碎带至稳定地层中，有足够锚固长度后终孔。最后采用高压风洗孔。3、锚索安装将制作好的锚索放人孔内。个别孔因坍孔设锚困难，采用钻机重钻后再置人锚索证锚索在孔内居中，在锚固段锚索每隔lm设置弹性定位片。4、注浆采用孔底注浆的方式。注浆材料为水泥砂浆，采用525号普通硅酸盐水泥。砂为清洁的河砂，筛分粒径的中砂。水泥：砂：水＝1：1：0.45～0.5，注浆压力600。为提前施加预应力，在水泥砂浆中加入了2.5%的MZS常温型早强减水剂。5、锚索张拉为防止锚固段上端拉裂段过长，一般在灌浆28天龄期后进行张拉。本工程采用了与各排锚索施工速度相匹配的张拉间隔时间，需提前张拉的锚索分两次进行张拉，第一次张拉在灌浆后7天进行，施加张拉力约为设计张拉力的60％，第二次张拉在28天龄期后进行。本工程采取了分级间隔张拉，分5级施加预应力，每级张拉力为120kN。每根锚索上每次加力的稳定时间为10～15min或千斤顶张拉头位移变化在0.1～0.2mm以内，即可移至下一个锚索。从现场张拉情况看，地层压缩徐变等变形在张拉时可大量完成，停止加力。约3.5min后，即可稳定。（三）工程效果锚索于1991年9月全部张拉完成，滑坡上缘滑壁下错从每月180～220mm减小到每月18～20mm，并趋于稳定。隧洞及渠道9处水泥观测标在张拉后有3处完好，6处仅出现细小的闭合裂缝，说明变形已得到控制。隧洞补漏后．原滑坡的缘的泉水已干枯．隧洞至今也未再进行补漏。锚索加固技术在马岭山隧洞进口段滑坡整治应急工程中发挥了工期短、经济效应好等优势，锚索竣工后，滑坡及隧洞变形已被控制，确保了隧洞正常引水发电。工程实例二内昆铁路李子沟特大桥11号墩岸坡加固工程（一）工程概况李子沟特大桥位于贵州省威宁县境内，是内昆铁路重点控制工程。11号墩高103m，昆明端岸坡在施工前为45°的稳定斜坡，坡面植被茂盛。桥墩边坡开挖时未及时加固防护，多次出现坍塌，形成约80m高的陡坡，边坡处于不稳定状态，严重影响11号墩的施工，而且将危及12号墩基础的稳定。岸坡位于3条断层交汇处附近，河谷又处于李子沟背斜的轴部，岩性为灰岩与炭质页岩互层，岩层非常破碎，灰岩呈碎块石状，风化严重的炭质页岩呈土状，且具有弱膨胀性。桥墩边坡开挖时正值雨季，雨水下渗，加剧了页岩软化，而开挖边坡过高过陡，暴露面积过大，加固防护工程未及时施作，致使11号墩边坡发生变形、开裂、坍塌。（二）工程措施根据边坡的工程地质条件、工程的重要程度，经稳定性分析，综合确定该边坡稳定坡角为40°。经多方案比选，设计最终采用预应力锚索结合喷锚支护加固边坡，如图3.13.2所示。加固高度为桥墩基底至开挖边坡坡顶，高约80m。一级平台以上12号墩基础范围内，岩层风化破碎严重，应力集中，是加固的重要坡段。设计7排预应力锚索加固。边坡下部，为加强坡脚，采用3排预应力锚索补强。其余坡段采用5～10m长锚杆加固。图3.13.2边坡工程整治断面示意图锚索间距均为4m，上部长37～47m，下部长16～20m。单孔锚索由6根1860MPa级直径15.24mm的钢绞线组成．设计每孔张拉力为800为防止边坡表层坍塌，边坡采用喷锚网防护，锚杆长5～10m，间距1.5m。坡面喷射15cm厚混凝土，喷层中部设置8钢筋网（三）工程施工车子沟特大桥11号墩边坡加固施工正值雨季，边坡加固工程具有边坡高、地质构造复杂、工期紧、技术难度大等特点，在施工组织设计前进行了详细的工程地质调查。根据边坡出露岩层特点进行岩组划分，共划分为9个工作区，其中厚层炭质页岩区在雨水作用下易软化而导致边坡坍塌，施工抢险时作为重点及时进行加固。锚索造孔采用无锡探矿机械厂MD-50型及重庆MJG-50型潜孔冲击钻成孔，孔径114、钻进中采用高压风力排碴和清洗孔壁，成孔后将预制外的锚索立即下入扎底，如遇坍孔，再用钻机重新扫孔，直到锚索下入孔底为止。注浆采用M35水泥砂浆，通过锚索中间的注浆管，自孔底一次性灌浆至孔口溢浆，注浆压力0.6～0.8MPa，若漏浆严重，采用间隙注浆，待次日补灌，直至注浆饱满为止。锚索张拉时，第一次张拉200kN将钢绞线先行拉伸，第二次张拉在垫蹬及孔内砂浆强度达到90％以上时，分三级进行张拉，考虑预应力损失，按设计张拉力的20％进行超张拉。（四）整治效果锚索、锚杆加固工程实施后，高边坡得以稳定，确保了11号墩的施工安全和工期，也确保了12号墩基的稳固，保证了李子沟特大桥顺利施工。由以上两个工程实例可以看出，预应力锚索用于工程加固是安全可靠的，施工方面也是简单易行。因此，本设计采用预应力锚索和框架梁复合结构加固边坡，经工程实例证实也是安全可行的。

第4章设计计算书设计思路本次设计为某高速铁路预应力锚索框架梁的设计，首先阅读相关资料，根据具体的边坡现状进行支挡设计。预应力锚索框架梁的设计过程主要分为以下几点：①首先按照锚索所在位置，计算出边坡的剩余下滑力，从而得知所需要的锚固设计力；②然后根据锚索间距来求得单孔锚索的锚固设计力，然后再根据安全系数及极限抗摩阻力来计算锚索根数；③对于锚索中框架的计算，主要把框架视为十字交叉基础梁，把锚固力分配到横梁和纵肋上，然后利用“倒梁法”来求得横梁（纵肋）的弯矩和剪力，最后进行配筋。坡体特征从路堑边坡断面图上可以看出，开挖之后该处坡高为40m，长140.0m。设计分三级开挖，每级开挖坡比为1：0.75，每级设1.5m的台阶，并设置排水沟。开挖后边坡一级露出岩层为泥岩夹砂岩中风化层，二级露出泥岩夹砂岩中风化层、泥岩夹砂岩强风化层。三级仅露出泥岩夹砂岩强风化层。由于开挖后存在三处潜在滑动面，第一处在三级边坡处，由于岩石风化严重，岩体力学性质较差，易在产生圆弧形滑坡；第二处在两风化岩层交界处，容易沿分界面产生直线形滑坡；第三处在中风化岩层中产生折线形滑坡。剩余下滑力的计算按传递系数法计算边坡剩余下滑力，由于地下水对边坡稳定性影响较小，暂时忽略地下水的影响。利用Excel工具计算各滑面的剩余下滑力。按式（3.6.2），由上至下，按滑块顺序逐一计算剩余下滑力，若为负值，说明第块滑体是稳定的，不能传递，下一块计算时按无上一块推力考虑。对于第一潜在滑动面，如下图4.3图4.3计算表格如下表4.3表4.3第一潜在滑动面块段编号土块体积(m3/m)土体容重(kN/m3)土块重量（kN/m）滑面长度（m）滑面倾角（°）粘聚力（kPa）内摩擦角（°）传递系数稳定系数剩余下滑力（kN/m）17.8323180.097.842262201.30210.0723231.613.93826220.9691.310.232314.223326.604.13626220.9851.346.290417.3223398.3643526220.9931.3107.152516.5223379.963.33126220.9691.3140.886617.1523394.453.13126221.0001.3187.785718.7623431.482.92826220.9771.3217.571815.9623367.0832826221.0001.3232.655911.9623275.085.72426220.9691.3121.251从表中，我们可以看出，第一潜在滑动面的剩余下滑力为121.25kN/m，下滑力较小，加固时可以采取客土喷播的形式。

第二潜在滑动面如下图4.3图4.3第二潜在滑动面剩余下滑力计算如下表4.3表4.3第二潜在滑动面块段编号土块体积(m3/m)土体容重（kN/m3)土块重量（kN/m）滑面长度（m）滑面倾角（°）粘聚力（kPa）内摩擦角（°）传递系数稳定系数剩余下滑力（kN/m）115.923365.709.125262201.30233.4123768.436.925262211.3-38.60355.48231276.047.625262211.3-2.39473.14231682.228.525262211.384.85574.45231712.358.625262211.3175.00677.92231792.168.925262211.3271.98750.56231162.888.725262211.3258.86813.1623302.686.525262211.3145.32第二潜在滑动面的剩余下滑力为145.32kN/m，下滑力也较小，加固时可以采取客土喷播的形式。

第三潜在滑动面如下图4.3.3所示：图4.3.3第三潜在滑动面示意图第三潜在滑动面剩余下滑力计算如下表4.3.3所示：表4.3.3第三潜在滑动面下滑力计算第三潜在滑动面块段编号土块体积(m3/m)土体容重(kN/m3)土块重量（kN/m）滑面长度（m）滑面倾角（°）粘聚力（kPa）内摩擦角（°）传递系数稳定系数剩余下滑力（kN/m）141.524.51016.7515.558302801.30272.624.51778.709.14930280.9051.3851.65385.524.52094.757.54330280.9391.31617.274152.524.53736.258.13730280.9391.32612.05597.124.52378.956.73230280.9501.32846.21675.824.51857.106.32730280.9501.32730.70754.624.51337.706.12330280.9601.32464.53824.824.5607.604.21930280.9601.32192.81913.224.5323.405.11630280.9711.31926.37由此表可以看出，边坡的最大剩余下滑力为1926.37kN/m，该滑动面处于滑动状态。需要对其采用预应力锚索框架梁方法进行支护处理。

锚固力的计算确定钢绞线的规格由《铁路路基支挡结构设计规范》规定方法，选定边坡锚固使用的钢绞线规格，便可得知其极限张拉荷载。预应力钢绞线规格如下表所示：表4.4.设计本路段采用直径15.2mm、公称抗拉强度1860MPa、截面积139mm2钢绞线，每根钢绞线极限张拉荷载为259kN，屈服张拉荷载为220kN。锚索间距与倾角的确定根据《铁路路基支挡结构设计规范》推荐的方法，锚索间距应以所设计的锚固力能对地基提供最大的张拉力为标准。锚索间距宜采用3～6m,最小不应小于1.5m。本设计锚索间距取4m锚索设计中自由段伸入滑动面长度不应小于1m，本设计取1.5m。锚索布置在滑坡前缘。最优锚固角一般通过技术经济综合分析，按单位长度锚索提供抗滑增量最大时的锚索下倾角为最优锚固角。另一种方法按以下经验公式计算最优锚固角β：规范规定锚索设计下倾角为15°～30°。本设计取值20°。总锚固力的计算根据长期工程经验，路堑边坡的水平推力对边坡才具有破坏作用，竖向推力对路堑边坡的破坏作用很小，故锚索设计锚固力可以简化计算，由式（3.10.锚索根数的确定根据总锚固力可以推算出每孔锚索设计锚固力，根据现场试验的规律，单根锚索的加载对于同一框架上的其他锚索的拉力的影响极小。因此，可以做出结论：作用在同一框架上的总锚固力可以近似的平均分配到各个节点上的预应力锚索上。设计锚索间距4m，锚索支护段斜长度为37.5m，故设计=根据每孔锚索设计锚固力和所选用的钢绞线强度，可按下式计算每孔锚索钢绞线的根数，其中安全系数取1.8。所以，根，为安全起见，该处单孔锚索钢绞线取7根。锚索锚固段长度的确定设计采用锚索钻孔直径，单根钢绞线直径，张拉钢材外表直径；注浆材料采用水泥砂浆，查《铁路路基支挡结构设计规范》,锚索张拉钢材与水泥砂浆的极限黏结应力；锚索锚固段置于中风化的岩层中，锚孔壁对砂浆的极限剪切应力；锚固体设计安全系数。由（3.10.4）节确定的方法计算得：（1）按水泥砂浆与锚索张拉钢材黏结强度确定锚固段长度，即（2）按锚固体与孔壁的抗剪强度确定锚固段长度，即锚索的锚固段长度采用、中的最大值，规范规定锚索的锚固段长度通常在4～10m。所以，根据规范要求取锚固段长度为8m。由锚索总长度=锚固段长度+自由段长度+张拉段长度(本设计取1.5m)。则可以绘制锚索的布置图4.4.5。图4.4.5锚索布置图

框架梁的内力计算由（4.4.4）节框架梁形式的确定目前我国在边坡工程中主要使用浆砌块石和现浇钢筋混凝土框架梁，框架梁的常用型式有4种：方型、菱型、人字型、弧型。其中，方型和菱型框架梁的水平间距均应小于5.0m，人字型和弧型框架梁的水平间距均应小于4.5m。由于本工程荷载比较大，故选取方型现浇钢筋混凝土框架梁，水平间距取4m。确定框架梁截面尺寸根据规范得知，框架梁的截面尺寸的确定范围：高×宽在300mm×250mm～500mm×400mm之间取值。初步设计框架梁的截面为400×400mm，采用C25号混凝土，HRB335级螺纹钢。查相关规范，框架梁的惯性矩：框架梁弹性模量，地基基床系数则框架梁的弹性特征值（柔度系数）：因为本工程横梁、纵肋宽度相等，故有=0.360、方向的特征长度、方向的基底宽度。节点内力分配计算节点荷载为每孔锚索设计锚固力，即，由（3.12.2）节方法计算分配到横梁和纵肋上的力。（1）内柱节点（2）边柱节点（3）角柱节点单根梁内力分析以纵肋为例，在求得作用在纵肋上的所有荷载后，可利用“倒梁法”计算内力。“倒梁法”是在考虑了基础梁具有足够刚度的前提下，把上部结构的刚度视为无穷大。利用“倒梁法”原理，把纵肋看作是一个多跨连续梁，梁体没有整体弯曲。将锚索作用点视为固定铰支座，以线性分布的基底反力为均布荷载，则该梁可以视为一个倒置的连续梁，由此解得连续梁的内力。从中选取三跨作为一个计算模型进行计算，A、D两端视为外伸的悬臂梁。由基础工程相关知识，悬挑长度时，悬挑端对节点荷载分配才有较大影响。经验证本例不在此范围内，故仍视为边柱节点计算，如图4.5图4.5计算基底净反力，在对称荷载作用下，基底反力均匀分布，基底净反力为：查《房建》规范，三跨连续梁在反向均布荷载作用下支座和跨中弯矩内力系数，，，点按悬臂梁计算其弯矩。作出弯矩图如下图4.5.2所示：图4.5.2剪力计算部分，计算三跨连续梁的剪力：A点左边剪力：A点右边剪力：B点左边剪力：B点右边剪力：C点左边剪力：C点右边剪力：D点左边剪力：D点右边剪力：作出剪力图如下图4.5.3所示：4.5.3由此计算出，我们得到纵肋的最大弯矩、最大剪力，并进行配筋计算。配筋计算由《钢筋混凝土设计原理》的相关知识，根据最大弯矩进行相关配筋计算。已知条件：框架梁的最大弯矩为、最大剪力，选定钢筋级别后，知钢筋强度，截面相对界限受压区高度为，混凝土强度、正截面抗弯计算本设计采用C25混凝土，、，HRB335级螺纹钢，截面尺寸为。取，则截面有效高度，相对界限受压区高度。，按单筋截面进行设计。下面按单筋截面进行配筋计算：选用818(HRB335钢筋)，验算适用条件：（非超筋梁）（非少筋梁）斜截面抗剪计算由（4.5.4）节得出梁的最大剪力满足截面限制条件，非斜压破坏。梁的抗剪承载力：，说明混凝土自身不足以抵抗其剪力，需要按计算配置箍筋。选取双肢8箍筋（HPB235）：则箍筋间距为：取，经验证箍筋间距满足要求。最小配箍率配置完所有钢筋后，绘制钢筋配置图纸，详见附图4。

第5章施工简介预应力锚索框架梁的施工工艺和施工方法决定着工程的施工质量，因此必须做好预应力锚索框架梁的施工。施工步骤主要分为：施工准备、边坡开挖、成孔、预应力锚索的制作、预应力锚索的安装、灌浆、框架梁钢筋制作安装、混凝土浇筑、锚索张拉锁定、封锚、坡面绿化等工艺。施工准备施工准备包括施工技术资料准备和编制施工组织设计。施工技术资料包括编制施工组织设计和工程施工图纸等资料，施工前需要向勘察、设计、建设单位及有关部门进行搜集，并会同设计、施工、监理三方人员对图纸进行现场核对，主要内容如下：（1）获取设计文件资料获取的文字资料包括工程地质勘查报告、施工图设计文件等。（2）工程施工条件调查预应力锚索框架工程对其他工程的影响，施工降噪和排污处理等，环保法规法律对工程的影响等。工程材料市场的调查及物流渠道调查，在施工前应该协调好与施工有关的各类因素。（3）技术交底和开工报告施工前需组织技术管理人员和施工人员学习相关施工技术规范及要求；认真研究施工图纸，掌握施工工艺和要点；做好劳动力组织、施工机具的调配和施工前得准备工作。按要求准备开工报告，经审批后，按时开工。（4）人员组织根据施现场工需要配备工程技术管理人员和施工人员。主要工种施工人员有：钻机机长、混凝土工、电工、钳工、爆破工、凿岩机工、架子工、木工、钢筋工、测量工、挖掘机司机等，并在开工前进行安全技术培训。（5）施工机械的准备对常用施工机械进行购置或调配，并做好开工前的设备检查，保证施工机械的安全性、稳定性。对施工机械操作员进行安全知识培训，并进行相关任务分配等。边坡开挖边坡土石方开挖是预应力锚索框架施工中最关键的工序之一，它将直接影响到边坡的稳定与安全，也直接控制着框架梁的施工进度和质量。开挖应该遵循以下原则：（1）按设计开挖原则严格按设计坡率、坡高测量放线，安放坡度架，按线开挖，不得超、欠挖。采用机械开挖边坡时，应该有专人在现场放线，确保变边坡开挖坡形坡率达到设计要求。（2）分级开挖、分级支护原则在高边坡及地质条件差的情况下，必须先施工上一级边坡预应力锚索框架，并进行张拉达到有效防护的条件下，才能开挖施工下一级边坡。（3）分层开挖原则当边坡地质条件较差或上一级边坡的防护还没有达到要求而下一级边坡需要开挖时，为了减少施工对边坡的扰动，应采取减少边坡开挖高度的办法，将设计的每级进行分层开挖。（4）做好坡面排水工作边坡开挖后，坡体发生松动现象，大气降水更加容易渗入到边坡岩土体内，地表径流条件发生了改变，从而形成边坡失稳的条件。因此，做好边坡的临时排水工作对工程的成功十分重要。同时边坡工程的临时性排水措施应满足地下水、暴雨和施工用水等的排放要求，有条件时宜结合边坡工程的永久性进行排水措施设置。边坡在开挖过程中或开挖完成后边坡坡体出现拉裂、局部滑动甚至失稳破坏情况时，应该及时分析其原因，包括施工因素的影响等，据此进一步研究加固治理措施，提出补充设计文件。成孔预应力锚索框架的成孔工艺，是确保预应力锚索达到设计的锚固地层，实现有效锚固的关键工序之一。预应力锚索钻孔的位置、方向、孔径及孔深，应符合施工图要求。钻孔的孔深、孔径均不得小于设计值，钻孔的倾斜度、方位角应符合设计要求。预应力锚索的锚固段应当位于稳定的基岩中，若孔深已达到预定施工图所示的深度，而锚固段仍处于破碎带或断层等软弱岩层时，应会同设计、监理共同协商，对原设计的部位进行固结灌浆改良、改变锚固段的位置或继续钻进延长孔深等处理措施。目前，钻孔多采用机械风动潜孔锤冲击成孔，钻孔施工顺序工艺如下：（1）测量确定孔位严格按设计测设锚索孔位，其标高和平面位置误差不得大于规范和设计要求。（2）搭设钻机平台根据测量所定的孔位搭设钻机平台，平台宽度按中型钻机要求3～4m，小型钻机为2m左右，以满足摆放钻机及施工人员操作需要为原则，操作平台脚手架的搭设质量要求符合建筑施工脚手架有关安全规范。锚索的制作锚索制作应当在有防雨设施的加工厂内完成。按照施工图纸所示各锚固单元的尺寸下料，下料前应检查钢绞线的表面有无粘结，没有损伤的钢绞线才能使用。锚索的钢绞线和各单元承载体应按一定的规律编排并绑扎成束，编索时一定要把钢绞线理顺后再进行绑扎，最后在内锚固段端头装上锥形导向帽，隔离支架应选用塑料隔离支架。锚索捆扎完毕，应采取保护措施以防止钢绞线和承载体锈蚀，运输过程中应防止锚索发生弯曲、扭转和损伤。锚索的安装锚索安装前应对锚索体进行详细的检查，检查止浆袋位置，排气管位置及畅通情况，并核对锚索编号与钻孔孔号，对损坏的配件应进行及时的修复和更换。推送锚索时用力要均匀一致，应防止在推送过程中损伤锚索配件和防护层。推送锚索时不得使锚索体转动，并要不断的检查排气管和注浆管，应确保将锚索体推送止预定深度后排气管和注浆管的通畅，否则应拔出锚索体排除故障后再重新安放。锚索灌浆无粘结式锚索灌浆分锚固段、张拉段灌浆和外锚段灌浆两部分，锚固段、张拉段灌浆应在锚索入孔后进行，外锚段灌浆则应在锚索张拉锁定及验收后的三到五天进行。锚索锚固段、张拉段可一次性灌浆，采用孔底返流法灌浆工艺，进浆管和回浆管均具有屏浆装置。锚固段、张拉段灌浆一般使用纯水泥浆（或水泥砂浆），其28d抗压强度不得低于40MPa，与围岩的黏结强度不得低于1MPa。锚固段和张拉段灌浆长度应符合施工图的要求，止浆装置位置应该准确，无论锚索孔的方向如何，注浆均可以采用排气法注浆。将注浆管插至孔底，浆液由孔底注入，空气由止浆环处的排气管排出。框架梁钢筋的制作安装（1）钢筋加工：建立专用的钢筋加工场地，钢筋必须先除锈、调直，钢筋可在现场进行制作与安装，但钢筋的数量、配置按设计确定。横梁要根据设计要求留置伸缩缝位置进行下料，下料时需要预留足够的搭接长度。（2）测量放样：在安装框架梁钢筋之前，要按设计坐标进行测量放样、挂线，准确测定横、竖梁的位置和坡度，对超挖或塌方的地方应用浆砌片石回填至设计坡面后再进行钢筋的安装，按设计要求留设横梁伸缩缝的位置，经复核无误后，再进行钢筋绑扎。（3）钢筋的连接和绑扎：钢筋焊接或搭接长度应该符合规范或设计要求，施工前先做焊接试验。除按规范要求绑扎外，还应注意在横、竖梁交叉的地方，应该保证横梁上、下主筋均从竖梁主筋中穿过。（4）钢筋笼的固定：竖梁底部基础松软时，在绑扎钢筋前应支垫混凝土板，以防止框架梁的下沉。混凝土浇筑混凝土的浇筑应架设模板，模板应加支撑固定。与岩石接触处不架设模板，混凝土紧贴岩体浇筑。混凝土灌注过程中，当必须留置施工缝时，应留置在两相邻锚索作用的中心部位，同时做好混凝土的捣实工作，并按《混凝土结构工程施工及验收规范》(GBJ50204—92)的有关规定进行处理。对已浇注完毕的框架梁，应及时派专人进行养护，养护期应在7天以上。锚索张拉预应力锚索的张拉作业应按照下列程序进行：机具率定→分级理论计算→外锚墩混凝土强度的检查→张拉机具的安装→预紧→分级张拉→锁定→签证。当锚固段注浆体强度达到设计强度的85%，锚墩混凝土抗压强度达到C30后，才能对预应力锚索进行张拉。张拉过程：分为单股预紧和整束分级张拉两个阶段。单股预紧应进行两次以上，预紧实际伸长值应大于预紧的理论值，且两次预紧值之差应在10%之内，以使锚索各股钢绞线受力均匀，再进行整束张拉。整束张拉共分四个量级进行，即张拉荷载分别按设计张拉力的50%～115%逐级依次进行，并且应控制最大张拉力不得超过预应力钢材强度标准值的70%。对于松散边坡，预应力锚索长期预应力损失可能较大，在施工一定时间后可进行补偿张拉，其值根据锚索拉力实测损失结果确定。施工流程总结预应力锚索框架梁的施工流程，如下图5.10.1所示：

播草种播草种绿化养护移交运营锚索张拉封锚安装六棱砖或换填土锚索入孔安装注浆框架梁钢筋安装框架梁混凝土浇筑角度调整孔深角度调整固定环定位安装注浆管测设孔位搭设钻井平台钻机就位钻孔、清孔准备工作制作锚索边坡放样开挖锚索去锈人员、材料、设备进场混凝土养护检测混凝土强度图5.10坡面绿化本设计采用客土喷播绿化，所谓“客土”即采用外来的适宜于植物生长的土壤或基材。它是将客土基材、侵蚀防止剂、缓效性肥料和植物种子按照一定的比例混合后，采用专门的喷射机进行喷播，达到绿化边坡的目的。客土喷播具有以下特点：（1）适用于岩石边坡绿化，由于岩石边坡没有土壤母质，且边坡坡度较大，采用喷射技术能够很好的解决土壤基质的问题。（2）客土喷播可以对现有的浆砌片石和坡面进行重新的生态绿化，改造边坡的生态环境。（3）客土通常呈流塑状，为了防止客土的流失，通常在坡面采用铁丝网结构，铁丝网可以按照需要设置为一层或是两层。

结论目前，我国高速铁路建设中面临着诸多复杂多变的地形地质条件，对边坡的加固提出了很大的挑战。随着科学技术的不断发展，如何更加有效加固边坡、更加生态地保护边坡环境对一代又一代的工作者提出了新的挑战和机遇。本文通过查阅各种文献和规范，对预应力锚索框架梁的设计与计算理论有了深入的了解。根据《铁路路基设计规范》、《材料力学》、《混凝土设计原理》等相关知识，结合工点资料，通过对锚索和框架梁结构工作特点的研究，以及对锚索框架梁加固机制的分析。利用传递系数法计算出边坡的最大剩余下滑力，然后根据锚索的受力状态，对锚索进行设计计算。最后通过作用在框架梁的锚固力，计算框架梁的内力。本设计对工点资料进行相关的设计与计算，最后确定出边坡剩余下滑力、锚索根数、锚索间距和长度、锚索倾角、框架梁间距和配筋等信息。并采用客土喷播技术对框架梁内进行相关绿化，达到了美化环境、减少污染的目的。在对预应力锚索框架梁的设计计算中，本文得出了一下结论：（1）在预应力锚索框架的设计与计算中，设计人首先要掌握相关设计理论，对设计目标有明确的认识。最重要的一点是要熟悉相关设计规范，明确设计规范的不同适用范围，才能达到举一反三。（2）本设计的相关设计值的取值是建立在相关设计经验值的基础上的。由于设计不可能一步到位，只能先假设一个值，再利用该值进行相关验算。这在设计单位做来比较容易，毕竟他们拥有众多的设计实例，在设计经验方面较我们成熟。而对于我们可能要通过反复的验算，才能达到一个满意的结果。因此，对于工程实例的收集，对于我们的毕业设计是十分有益的。（3）根据滑坡稳定性计算，锚索单孔设计锚固力为894.3kN。在边坡上布置9排每孔7束直径为15.2mm高强低松弛抗拉强度不小于1860MPa的钢绞线。单根锚索长度为10～24m，锚索钻孔直径0.13m。锚索水平间距为4m，垂直间距也为4m，锚索下倾角为20°，锚固段置于泥岩夹砂岩中风化层（4）框架梁选用方型现浇钢筋混凝土框架梁，水平、垂直间距取4m，框架梁的截面尺寸为400×400mm，采用C25号混凝土施工。纵向配筋采用818的HRB335钢筋，箍筋采用双肢8的HPB235钢筋。经验算，最小配筋率和最大配筋率都满足设计要求。（5）通过一系列的设计计算，最终找到了能够有效加固边坡同时能够很好的美化边坡环境的方案。利用预应力锚索和框架梁的复合结构，充分发挥这两种结构的优势，对边坡坡面进行有效的防护。同时在框架梁内种植草坪，达到绿化边坡、保护环境、降低污染的目的。由于本人所学知识有限，本文在理论设计方面还存在不足之处。同时，在设计原理和工程实践方面还有待深入研究，本人也将会在以后的学习中不断完善这方面的知识。

致谢在此设计完成之际，首先向四年来授于我知识、热情帮助、悉心指导我的各位土木的老师们，向他（她）们致以崇高的敬意和深切的谢意。感谢您们对我学习和生活上的帮助，感谢您们为我指引正确的人生道路，让我学会的不仅是专业知识和技能，更多的是培养了我正确的人生观、价值观。同时感谢母校为我们营造的良好学习氛围，为我们配备的一流的教师资源和完善的配套设施。感谢苏谦、王迅老师对我毕业设计的指导，感谢您们对我的悉心指导和教诲，以及为我提供的无私的帮助。感谢这四年来，和我一起学习生活的同学，感谢你们对我的关心和帮助。正是有了你们的帮助，我才能在学习中取得优异的成绩，并顺利的完成了自己的毕业设计。最后，还要感谢我的家人，为我的学习和成长给予的无私支持和关爱，正是有了您们的鼓励，才能有我的今天，谢谢您们了。

参考文献[1]GB50218-1994，工程岩体分级标准.中国计划出版社，1995.[2]GB/T50279-98，岩土工程基本术语标准[S].中国计划出版社，2021.[3]GB50330-2021，公路路基设计规范(JTGD30—2021)[S].[4]GB50021-2021，岩土工程勘察规范[S].中国建筑工业出版社，2021[5]李海光等，新型支挡结构设计与工程实例[M].人民交通出版社，2021.[6]尉希成，支挡结构设计手册[M].人民交通出版社，2021.[7]张玉芳等，高轻型支挡技术及应用.科学出版社，2021.[8]易思蓉，铁道工程.中国铁道出版社，2021.[9]李乔，混凝土结构设计原理.中国铁道出版社，2021.[10]孙训方，材料力学.高等教育出版社，2021.[11]彭伟、黄云德，房屋建筑工程设计与施工.西南交通大学出版社，2021.[12]吴兴序，基础工程.西南交通大学出版社，2021.[13]GB/T5224-1995，预应力混凝土用钢绞线[S].中国标准出版社，1996.[14]郑颖人等，边坡与滑坡工程治理[M].人民交通出版社，2021.[15]GB50086-2021，锚杆喷射混凝土支护技术规范[S]，中国建筑工业出版社.[1