路堤（肩）式预应力锚索桩板墙结构设计理论及工程应用研究
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摘要
预应力锚索桩板墙是近二十年来应用于陡坡高路堤的一种轻型支挡结构，至今已在岩土工程领域获得较快发展，并显示了其安全可靠，经济适用等特点，越来越被广大工程技术人员所接受，并成功应用于多处铁路、公路以及其它支挡工程中。但到目前为止，仍然没有公认且成熟的设计计算方法，包括结构的内力计算、土压力分布与大小、锚索-桩-填土相互作用机理、合理的施工技术等一系列基础理论和施工工艺问题都没有得到较好解决，理论研究远远滞后于工程应用。本文以国际大通道昆明至曼谷某高速公路一处高路堤锚索桩板墙试验工程作为试验工点，通过现场全面的测试工作，对作用于桩、板上的土压力采用了土压力盒、测力计、钢筋应力计等多种方法进行了测试，同时对桩、板的钢筋应力进行了测试，对锚索预应力进行了观测，还采用测斜仪与全站仪对桩身位移进行了观测，获得了大量详实的测试资料。本文在对现场测试资料进行分析、归纳、提炼的基础上，升华到理论上，在以下诸多方面取得了较大进展，本论文的研究成果为尽快建立设计和施工规范提供了充实的技术资料和科学依据。
采用条带极限平衡理论，对路堤填方粘性土土压力计算方法进行了探讨。
采用块体极限平衡理论，根据摩擦加筋原理，对土工格栅减小高路堤填方支挡结构物上的土压力的原理进行了详细探讨，提出了相应的公式。并对加设土工格栅后填料强度的提高采用了“准粘聚力”概念来模拟，并提出了相应的计算公式。
利用极限平衡理论，对路肩式(预应力锚索)桩板墙是否按“土拱效应”的土压力进行设计作了探讨，认为对于该类结构，是不能按“土拱效应”的土压力进行设计的，否则由于板上土压力太小，是十分危险的。
对各种边界条件及地面汽车荷载作用下的土压力计算方法进行了归类，后者以按弹性理论方法确定为妥。
利用变形协调条件，对埋深相对较大的预应力锚索桩板墙及埋深相对较浅的柱-锚-板结构物的设计计算方法进行了详细探讨，提出了相应的计算公式，并提出了锚索预应力的确定方法及桩、板结构的设计计算方法。
以现场试验为基础，研究了采用二次劈裂注浆技术提高软弱地层中锚索承载力的方法，提出了相应的计算公式，研究出了一种二次劈裂注浆锚索结构型式，总结并提出了一套具有可操作性的施工工艺。
以科研试验工程为依托，对桩、板的受力与变形进行了全方位的测试和分
The prestressed cable anchor-pile sheet wall is a light retaining structure which was widely used in the past twenty years for on-steep slope and high embankment protection and is rapidly developing at present in the geotechnical engineering realm. As this structure is featured with safety, reliability, less construction cost and applicability, it has been successfully adopted in the railway, highway and other engineering works by more and more engineering technicians. However, its design calculation method are not set up, and a series of fundamental theory and construction technology, including structural internal forces calculation, earth pressure distribution dimensions, interaction mechanism of the cable anchor-pile-slab-soil fill, the reasonable construction technology is not solved completely, its theoretical research lags behind its applications greatly. The experiment site of the prestressed cable anchor-pile sheet wall lies in the on-steep slope-high embankment section of the KunMing-BangKok highway international passage. The overall test were made there by means of various methods, such as using the soil pressure cell, pressure gauge and steel bar stress detector, etc., for testing the earth pressure acted on the pile sheet, simultaneously for testing the stress of steel bar in the pile sheet, for observing the prestresses of the cable anchor, and using the inclinatorium and GPS totalstation for observing the displacement of the piles and a great number of detailed testing data are acquired. Then the site testing data are analyzed, summarized and abstracted and theoretical research has been performed as followers, which can be used for reference of establishing the specifications of scientific design and construction technology as quickly as possible.
A discussion has been performed on the calculation method of earth pressure of cohesive soil on an embankment retaining structure using the strip and band limit equilibrium theory.
Some corresponding formula has been put forward after the principles of the geo-grids reducing earth pressure on a high embankment retaining structure are discussed in detail according to the friction principle of reinforcement using the
采用条带极限平衡理论，对路堤填方粘性土土压力计算方法进行了探讨。
采用块体极限平衡理论，根据摩擦加筋原理，对土工格栅减小高路堤填方支挡结构物上的土压力的原理进行了详细探讨，提出了相应的公式。并对加设土工格栅后填料强度的提高采用了“准粘聚力”概念来模拟，并提出了相应的计算公式。
利用极限平衡理论，对路肩式(预应力锚索)桩板墙是否按“土拱效应”的土压力进行设计作了探讨，认为对于该类结构，是不能按“土拱效应”的土压力进行设计的，否则由于板上土压力太小，是十分危险的。
对各种边界条件及地面汽车荷载作用下的土压力计算方法进行了归类，后者以按弹性理论方法确定为妥。
利用变形协调条件，对埋深相对较大的预应力锚索桩板墙及埋深相对较浅的柱-锚-板结构物的设计计算方法进行了详细探讨，提出了相应的计算公式，并提出了锚索预应力的确定方法及桩、板结构的设计计算方法。
以现场试验为基础，研究了采用二次劈裂注浆技术提高软弱地层中锚索承载力的方法，提出了相应的计算公式，研究出了一种二次劈裂注浆锚索结构型式，总结并提出了一套具有可操作性的施工工艺。
以科研试验工程为依托，对桩、板的受力与变形进行了全方位的测试和分
The prestressed cable anchor-pile sheet wall is a light retaining structure which was widely used in the past twenty years for on-steep slope and high embankment protection and is rapidly developing at present in the geotechnical engineering realm. As this structure is featured with safety, reliability, less construction cost and applicability, it has been successfully adopted in the railway, highway and other engineering works by more and more engineering technicians. However, its design calculation method are not set up, and a series of fundamental theory and construction technology, including structural internal forces calculation, earth pressure distribution dimensions, interaction mechanism of the cable anchor-pile-slab-soil fill, the reasonable construction technology is not solved completely, its theoretical research lags behind its applications greatly. The experiment site of the prestressed cable anchor-pile sheet wall lies in the on-steep slope-high embankment section of the KunMing-BangKok highway international passage. The overall test were made there by means of various methods, such as using the soil pressure cell, pressure gauge and steel bar stress detector, etc., for testing the earth pressure acted on the pile sheet, simultaneously for testing the stress of steel bar in the pile sheet, for observing the prestresses of the cable anchor, and using the inclinatorium and GPS totalstation for observing the displacement of the piles and a great number of detailed testing data are acquired. Then the site testing data are analyzed, summarized and abstracted and theoretical research has been performed as followers, which can be used for reference of establishing the specifications of scientific design and construction technology as quickly as possible.
A discussion has been performed on the calculation method of earth pressure of cohesive soil on an embankment retaining structure using the strip and band limit equilibrium theory.
Some corresponding formula has been put forward after the principles of the geo-grids reducing earth pressure on a high embankment retaining structure are discussed in detail according to the friction principle of reinforcement using the
引文
1 杨佑发，许绍乾，锚索抗滑桩内力的有限差分“K-K”法[J]，岩土力学，2003，24(1)：61-64
2 程良奎、范景伦、韩军等，《岩土锚固》[M]，中国建筑工业出版社，2003年1月
3 王恭先，抗滑支挡建筑物的发展动向，滑坡文集(第十三集)，北京：中国铁道出版社，1998
4 罗一农，抗滑桩设计中的几个问题的商榷，路基工程，1997，(6)：9-13
5 铁道第二勘察设计院，抗滑桩设计与计算，北京：中国铁道出版社，1983
6 历国良，关于抗滑桩计算的一个建议，滑坡文集(第六集)，北京：中国铁道出版社，1988：39-48
7 历国良，多排抗滑桩与滑坡相互作用的计算，滑坡文集(第十三集)，北京：中国铁道出版社，1998：65-72
8 历国良，锚索抗滑桩与滑坡相互作用的计算，滑坡文集(第八集)，北京：中国铁道出版社，1991：64-77
9 周德培、王建松，预应力锚索抗滑桩内力的一种计算方法，岩石力学与工程学报，2002，21(2)：247-250
10 曾德荣、李霖，抗滑桩锚索联合体系特性研究，重庆交通学院学报，2001，20(2)：79-82
11．曾德荣、范草原，预应力锚索抗滑桩结构的室内试验研究，工程力学，1999(增刊)，521-525
12 邹兴普，锚索抗滑桩的设计计算，路基工程，2000，(2)：9-10
13 李海光．新型支挡结构设计与工程实例[M]，人民交通出版社，2003．
14 和昆，蒋楚生．云南元磨高速公路路堑高边坡及滑坡加固工程．路基工程，2004，(1)：49～51
15 蒋楚生．椅式抗滑桩的内力计算．路基工程，2004，(1)：57～59．
16 蒋楚生．正交锚索框架梁的设计计算理论．第八届岩石力学与工程学术大会论文集 2004年，734～737．
17 蒋楚生．预应力地梁锚索改善边坡受力状态的理论分析．岩土工程学报，2005，(8)：974～976．
18 王文杰、赵德志 松散介质预应力锚索加固机理[J]，地下空间 2002，22(1)：53-57
19 蒋忠信，拉力型锚索锚固段剪应力的高斯曲线模式[J]，岩土工程学报， 2001，23(6)：696-699
20 陈安敏、顾金才、沈俊等，预应力锚索的长度与预应力值对其加固效果的影响[J]，岩石力学与工程学报，2002，21(6)：848-852．
21 丁秀丽、盛谦、韩军，预应力锚索锚固机理的数值模拟研究[J]，岩石力学与工程学报，2002，21(7)：980-988．
22 张含旭，应用有限单元法探讨预应力岩锚的作用[J]，海河大学学报，1999，27(3)：26-29
23 蒋楚生、李聚金，预应力锚索锚固段受力状态的三维有限元分析[J]，岩土钻凿工程，1994，12(3)：65-70
24 徐年丰、牟春霞、王利，预应力岩锚内锚段作用机理与计算方法探讨[J]，长江科学院院报，2002，19(3)：45-48．
25 戴运祥、侯学渊、李象范，斜拉土层群锚的线弹性分析[J]，岩土工程师，1995，7(2)：91-96
26．顾金才、明治清、沈俊等，预应力锚索内锚固段受力特点现场试验研究，岩石力学与工程学报，1998，17(增刊)，788-792
27 张治强、张国、赵赤云等，边坡预应力锚固结构的试验研究，东北大学学报(自然科学版)，1999，20(5)：L536-539
28 铁道第二勘察设计院，铁路路基支挡结构设计规范(TB10025-2001)，北京：中国铁道出版社，2002：43-47
29 交通部第二勘察设计院，公路路基设计规范(JTJ013-95)，北京：人民交通出版社，1996
30 常保平，抗滑桩的桩间土拱和临界间距探讨，滑坡文集(第十三集)，北京：中国铁道出版社，1998：73-78
31 杨雪强、何世秀、庄心善，土木工程中的成拱效应，湖北工学院学报，1994，9(1)：1-7
32 王成华、陈永波、林立相，抗滑桩间土拱力学特性与最大桩间距分析，山地学报，2001，19(6)：556-559
33 申益民，预应力锚索桩设计探讨，路基工程，1999，(5)：16-17
34 陈新，多点锚拉桩板墙的变形约束计算法，四川联合大学学报(工程科学版)，1997，1(5)：68-74
35 Casagrandle L. Comments on conventional design of retaining structures[J]. Journal of Soil Mechanics and Foundations Division,ASCE, 1973,99(2): 181-198.
36 Fang Y S, Ishibashi M.Static erth pressures with various walls movements[J].Journal of Geotechnical Engineering,ASCE, 1986,112(3);317-333.
37 周应英．桥用刚性挡土墙的土压力模型试验研究[J]．国外公路，1987，7(3)： 14-17．
38 周应英，任美龙．刚性挡土墙主动土压力的试验研究[J]．岩土工程学报，1990，12(2)：19-26．
39 Narain J,Saran S,Nandakumaran P.Model study of passiv earth pressure in sands[J]. Journal of Soil Mechanics and Foundations Division, ASCE, 1969, 95(4): 969-983.
40 Fang Y S, Chen T J, Wu B F, passiv earth pressure with various walls movements [J]. Journal of Soil Mechanics and Foundations Division, ASCE, 1969, 95(4): 969-983.
41 徐日庆，陈页开，杨仲轩等．刚性挡土墙的被动土压力模型试验研究[J]．岩土工程学报，2002，24(5)：569-575．
42 李兴高．土压力和水压力作用的极限平衡变分法研究及应用探讨[博士学位论文][D]．北京：北京交通大学，2003．
43 李兴高，刘维宁．挡土墙上作用土压力和水压力的测试研究[J]．岩石力学与工程学报，2005．24(12)：2149-2154
44 保华富等．土工格栅加筋碎石土的强度和变形特性．国家电力公司 昆明勘测设计研究科学研究所
45 铁路工程设计技术手册 路基．中国铁道出版社，1995年
46 铁路路基支挡结构设计规范 TB10025-2001，中国铁道出版社，2001
47 刘成宇．土力学(第二版)，中国铁道出版社，2002．
48 卢肇钧．锚定板挡土结构(第一版)，中国铁道出版社，1989．
49 蒋忠信．南昆铁路支挡结构主动土压力分布图式．岩石力学与工程学报，2005，(6)
50 刘小丽．新型桩锚结构设计计算理论研究．西南交通大学博士研究生学位论文．2003．
51 广大铁路高路堤锚索桩板墙科研试验工程研究报告．铁道第二勘测设计院科研所，1997
52 何昌荣 陈群 富海鹰．两种支挡结构的实践测和计算土压力．岩土工程学报，2000，22(1)．
53 胡敏云．深基坑桩排式支护侧土压力及设计方法研究．西南交通大学博士研究生学位论文．1998．
54 左名麒，胡人礼，毛洪渊．主编 桩基础工程 设计 施工 检测 中国铁道出版社 1996年5月
55 蒋楚生等．锚索桩板墙结构考虑锚索与桩变形协调时的锚索拉力及桩身内力间易计算方法．第八次全国岩石力学与工程学术大会论文集 科学出 版社 2004年9月 第一版
56 弹性地基梁及矩形板计算．中国船舶工业总公司第九设计研究院 编．国防工业出版社出版，1983年1月 第一版
57 张龙生．黑岱沟矿毛煤仓地基加固劈裂注浆工艺．建井技术．1998，19(2)：39
58 雷风等．地铁隧道底部土体分层劈裂注浆加固的施工与监测．世界隧道，1998，(5)：37-39．
59 王军．浅埋岩溶地区软粘土的劈裂注浆．有色金属采矿，1997
60 陈广祺等．采用劈裂注浆法提高煤系地层锚索抗拔力的应用工艺探讨．公路交通，2001，5
61 郭辉焱．锚杆劈裂注浆试验研究．煤炭学报，1999(5)：471
62 周书明．软流塑淤泥质地层地铁区间隧道劈裂注浆加固．岩土工程学报，2002，24(2)：222-224
63 葛家良，江涛．巷道围岩劈裂注浆作用机理．矿山压力与项板管理，1997，3
64 Nonveiller．灌浆的理论与实践．东北大学出版社．1991
65 曹作中．劈裂注浆的机理及实践．矿业快报，2002，(8)：3-4
66 Nonveiller．灌浆的理论与实践．东北大学出版社．1991
67 王杰．岩土注浆技术的理论探讨．长江科学院院报，2000，(06)，82
68 蒋楚生，周德培．二次劈裂注浆锚索承载力的计算．岩石力学与工程学报．24(14)：2414～2419
69 蒋楚生．滑坡稳定性的可靠性分析方法．铁道工程学报，2004，(3)：129～130
70 蒋楚生．圆弧滑面滑坡稳定系数K的数值分析法．路基工程，2004，(1)：52～56．
71 蒋楚生，郭建民．锚索桩板墙结构考虑锚索与桩变形协调时锚索拉力及桩身内力简易计算方法 第八届岩石力学与工程学术大会论文集 2004，614～620．
72 蒋楚生．路堤预应力桩-锚-板结构设计计算理论．路基工程，2005，(1)：7～9．
73 蒋楚生．土质边坡中采用二次曲面搜寻最不利滑面的理论解法．路基工程，2005，(1)：1～3．
74 《建筑边坡工程技术规范》(GB50330-2002)
75 《堤防工程设计规范》(GB50286-98)
76 《公路设计手册》路基 人民交通出版社 2001年3月 第二版
2 程良奎、范景伦、韩军等，《岩土锚固》[M]，中国建筑工业出版社，2003年1月
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9 周德培、王建松，预应力锚索抗滑桩内力的一种计算方法，岩石力学与工程学报，2002，21(2)：247-250
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18 王文杰、赵德志 松散介质预应力锚索加固机理[J]，地下空间 2002，22(1)：53-57
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25 戴运祥、侯学渊、李象范，斜拉土层群锚的线弹性分析[J]，岩土工程师，1995，7(2)：91-96
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27 张治强、张国、赵赤云等，边坡预应力锚固结构的试验研究，东北大学学报(自然科学版)，1999，20(5)：L536-539
28 铁道第二勘察设计院，铁路路基支挡结构设计规范(TB10025-2001)，北京：中国铁道出版社，2002：43-47
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41 徐日庆，陈页开，杨仲轩等．刚性挡土墙的被动土压力模型试验研究[J]．岩土工程学报，2002，24(5)：569-575．
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44 保华富等．土工格栅加筋碎石土的强度和变形特性．国家电力公司 昆明勘测设计研究科学研究所
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54 左名麒，胡人礼，毛洪渊．主编 桩基础工程 设计 施工 检测 中国铁道出版社 1996年5月
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59 王军．浅埋岩溶地区软粘土的劈裂注浆．有色金属采矿，1997
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61 郭辉焱．锚杆劈裂注浆试验研究．煤炭学报，1999(5)：471
62 周书明．软流塑淤泥质地层地铁区间隧道劈裂注浆加固．岩土工程学报，2002，24(2)：222-224
63 葛家良，江涛．巷道围岩劈裂注浆作用机理．矿山压力与项板管理，1997，3
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67 王杰．岩土注浆技术的理论探讨．长江科学院院报，2000，(06)，82
68 蒋楚生，周德培．二次劈裂注浆锚索承载力的计算．岩石力学与工程学报．24(14)：2414～2419
69 蒋楚生．滑坡稳定性的可靠性分析方法．铁道工程学报，2004，(3)：129～130
70 蒋楚生．圆弧滑面滑坡稳定系数K的数值分析法．路基工程，2004，(1)：52～56．
71 蒋楚生，郭建民．锚索桩板墙结构考虑锚索与桩变形协调时锚索拉力及桩身内力简易计算方法 第八届岩石力学与工程学术大会论文集 2004，614～620．
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73 蒋楚生．土质边坡中采用二次曲面搜寻最不利滑面的理论解法．路基工程，2005，(1)：1～3．
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75 《堤防工程设计规范》(GB50286-98)
76 《公路设计手册》路基 人民交通出版社 2001年3月 第二版