本发明涉及锚索结构
技术领域：
，具体为一种适宜于冻土区冻融边坡加固的预应力锚固结构。
背景技术：
：我国季节性冻土区分布广泛，约占国土面积的53.5％，该地区的冻土边坡与一般地区的边坡的最大区别在于坡体表层存在冻胀融沉现象，即冬季土中水结冰引发土层膨胀，而春季冰融化导致土层沉降。这个特殊现象对于传统的边坡支挡结构提出了新的挑战。预应力锚索是边坡支护的一种常用措施。现有锚索结构主要包括由锚头、自由段和锚固段组，然而该结构变形适应能力差，冻土融沉时导致锚索预应力大幅度减小，锚索预应力主要通过自由段和锚固段的张拉变形锁定后实现，锚索材料的弹性模量较大，因此张拉变形量值通常不大，冻土区坡面表层土体存在冻融现象，土体冻胀和融沉会导致安置于坡面的锚头发生较大变形，从而对坡体稳定极为不利。另一方面，锚墩通常直接放置于(或较浅埋入)坡面上，锚墩底部无防冻融措施，锚墩表面设计为平面，锚具置于锚墩面上，无埋入式设计，锚墩及锚头自身受冻融影响较大。技术实现要素：本发明的目的在于提供一种适宜于冻土区冻融边坡加固的预应力锚固结构，具备防止锚索在使用时出现变形的优点，解决了锚索在使用时出现变形的问题。为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种适宜于冻土区冻融边坡加固的预应力锚固结构，包括垫墩，所述垫墩左侧的顶部和底部均设有坡面，所述垫墩的左侧设有钢垫板，所述钢垫板的左侧设有冻融适应弹性垫圈，所述冻融适应弹性垫圈的左侧设有锚具，所述锚具、冻融适应弹性垫圈和钢垫板的外侧套设有保护外壳，垫墩的右侧设有碎石防冻层，所述碎石防冻层的右侧设有自取段，所述自取段的右侧设有锚固段，所述垫墩的内腔设有钢绞线，所述钢绞线的表面贯穿垫墩并延伸至自取段和锚固段的内腔，所述钢绞线的另一端设置有导向帽，所述锚固段的内腔设有紧箍环，所述锚固段的内腔设有架线环，所述锚固段的内腔设有水泥砂浆。优选的，所述钢垫板的右侧与垫墩的连接处通过通孔和固定螺栓固定连接。优选的，所述冻融适应弹性垫圈的两端与锚具和钢垫板的连接处均通过固定件固定连接。优选的，所述保护外壳位于垫墩左侧的中心处，且保护外壳的右侧与垫墩的连接处通过固定件固定连接。优选的，所述导向帽的左侧与钢绞线的连接处通过固定件固定连接。本发明的有益效果如下：1、本发明通过冻融适应弹性垫圈和碎石防冻层，可对锚索在使用时起到防止变形的作用，这样锚索在使用时效果更好，便了锚索在使用时，因为锚索结构变形适应能力差，冻土融沉时导致锚索预应力大幅度减小，从而导致锚索在使用时出现变形，造成坡体不稳定的状况，适合推广使用。2、本发明通过钢垫板，可对钢绞线起到固定的作用，这样钢绞线在使用时效果更好，避免了钢绞线在使用时出现松动的状况，从而导致钢绞线使用效果不好的状况，通过保护外壳，可对锚具和冻融适应弹性垫圈起到保护的作用，这样锚索在使用时效果更好，避免了锚索在使用时锚具和冻融适应弹性垫圈出现损坏的状况，从而导致锚索无法正常使用的状况。附图说明图1为本发明结构示意图。、具体实施方式下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。如图1所示，一种适宜于冻土区冻融边坡加固的预应力锚固结构，包括垫墩1，垫墩1左侧的顶部和底部均设有坡面14，垫墩1的左侧设有钢垫板5，本发明通过钢垫板5，可对钢绞线11起到固定的作用，这样钢绞线11在使用时效果更好，避免了钢绞线11在使用时出现松动的状况，从而导致钢绞线11使用效果不好的状况，钢垫板5的右侧与垫墩1的连接处通过通孔和固定螺栓固定连接，所述钢垫板5的左侧设有冻融适应弹性垫圈4，弹性垫圈4由TPU材料制造，使绝大部分冻融变形由该垫圈来承担，减小冻融变形对锚索预应力的影响，该材料的主要特性包括：1)硬度范围广：通过改变TPU各反应组分的配比，可以得到不同硬度的产品，而且随着硬度的增加，其产品仍保持良好的弹性；2)机械强度高：TPU制品的承载能力、抗冲击性及减震性能突出；3)耐寒性突出：TPU的玻璃态转变温度比较低，在零下35度仍保持良好的弹性、柔顺性和其他物理性能。垫圈尺寸应根据计算确定，初步可选定为外径160mm，内径100mm，高度为500mm。冻融适应弹性垫圈4的两端与锚具3和钢垫板5的连接处均通过固定件固定连接，所述冻融适应弹性垫圈4的左侧设有锚具3，锚具3、冻融适应弹性垫圈4和钢垫板5的外侧套设有保护外壳2，通过保护外壳2，可对锚具3和冻融适应弹性垫圈4起到保护的作用，这样锚索在使用时效果更好，避免了锚索在使用时锚具3和冻融适应弹性垫圈4出现损坏的状况，从而导致锚索无法正常使用的状况，保护外壳2位于垫墩1左侧的中心处，且保护外壳2的右侧与垫墩1的连接处通过固定件固定连接，垫墩1的右侧设有碎石防冻层6，本发明通过冻融适应弹性垫圈4和碎石防冻层6，可对锚索在使用时起到防止变形的作用，这样锚索在使用时效果更好，便了锚索在使用时，因为锚索结构变形适应能力差，冻土融沉时导致锚索预应力大幅度减小，从而导致锚索在使用时出现变形，造成坡体不稳定的状况，适合推广使用，碎石防冻层6的右侧设有自取段7，自取段7的右侧设有锚固段8，垫墩1的内腔设有钢绞线11，钢绞线11的表面贯穿垫墩1并延伸至自取段7和锚固段8的内腔，钢绞线11的另一端设置有导向帽13，导向帽13的左侧与钢绞线11的连接处通过固定件固定连接，锚固段8的内腔设有紧箍环9，锚固段8的内腔设有架线环12，锚固段8的内腔设有水泥砂浆10。使用时，通过冻融适应弹性垫圈4和碎石防冻层6，即可对锚索达到防止变形的作用。本发明解决传统预应力锚索结构在冻融环境下预应力损失较大、适应性较差的技术问题。对于传统的预应力锚索结构，其张拉变形由锚索自由段变形和锚固段变形组成，自由段变形占主要部分，张拉后产生预应力作用于坡体表面。冻融循环作用下坡体首先发生变形，带动锚索伸长或缩短(主要发生在自由段)，预应力也随之增加或减少，如果坡体冻胀和融沉变形同锚索张拉变形相比较为可观，锚索预应力将会发生较大波动，容易导致预应力大幅度损失，对坡体稳定性极为不利。综上所述：该适宜于冻土区冻融边坡加固的预应力锚固结构，通过冻融适应弹性垫圈4和碎石防冻层6，解决了锚索在使用时出现变形的问题。设计方法对于这种新型锚固结构，其锚索张拉变形为：u＝uh+uf+ua(1)式中，uh为锚头弹性垫圈变形，uf为锚索自由段变形，ua为锚固段变形。假设冻胀变形为usw，融沉变形为ush，这些变形将由锚固结构整体分担，假设弹性垫圈分担的冻融变形占总变形的75％，则有，uh＝3·(uf+ua)(2)根据锚索张拉变形计算公式(程良奎，2003)，有式中，P—锚索张拉荷载；Lh—弹性垫圈长度；Eh—弹性垫圈弹性模量；Ah—弹性垫圈截面积；Lf—锚索自由段长度；Es—锚索弹性模量；As—锚索截面积；E—锚固体等效模量；A—锚固体截面积；α—系数，La—锚固段长度；Ks—地层剪切抗力系数(查下表)，DA—锚固体直径。表1地层剪切抗力系数地层种类Ks(MPa/cm)地层种类Ks(MPa/cm)硬岩5～10泥岩1.5～2.5软岩1.5～3.0砂及砂砾0.4～0.7风化岩1.0～2.0黏土0.4～1.0将式(3)～(5)代入式(2)，得从上式可以看出，式子左边实际是弹性垫圈的柔度系数δh，右边分别是自由段和锚固段的柔度系数δf和δa，一旦锚索自由段和锚固段参数确定，则可根据上式求得弹性垫圈的柔度系数，从而确定弹性垫圈的相应设计参数。设计实例以某边坡为对象，该边坡主要采用预应力锚索结构加固，锚索为4φ15.2mm钢绞线，设计荷载为400kN，自由段长度15m，锚固段长度15m；钻孔直径130mm，采用M30砂浆锚固，锚固体等效模量为30GPa；坡体材料为碎石土，地层剪切抗力系数为0.7MPa/cm。边坡所处地区海拔较高，冬季气温较低，存在季节性冻土，冻深按1.0m考虑，冻胀系数η＝3％，融沉系数α0＝1.6％。首先计算冻胀及融沉变形，冻胀变形usw＝1000*0.03＝30mm，融沉变形ush＝1000*0.016＝16mm。值得说明的是，冻胀变形对于锚索而言是增加了预应力，只要不超过预应力锚索强度，对结构是有利的，而且由于预应力荷载的存在，实际冻胀变形可能会小于该值；但融沉变形会导致预应力损失，对坡体稳定不利，因此应以融沉变形作为主要控制参数。按传统锚索结构考虑，自由段变形锚固段变形锚索总张拉变形为44.8mm，若发生30mm的冻胀变形，则预应力增加67％，若发生16mm的融沉变形，预应力损失达36％，对坡体稳定极为不利。因此有必要采用能够适应冻融循环的新型锚固结构，锚头部位增加弹性垫圈。根据上式，有根据上式可以对弹性垫圈进行设计，试选方案如下表所示。TPU是ThermoplasticUrethane的简称，中文名称为热塑性聚氨酯弹性体，属于高分子材料。TPU具有卓越的高拉力、强韧和耐老化的特性，是一种成熟的环保材料。通过对几个设计方案的强度验算，方案1(外径160mm，内径100mm，长度0.5m)的强度安全系数达到1.67，属于优选方案。方案2(外径150mm，内径100mm，长度0.5m)的强度安全系数为1.34，可列为备选方案。其余方案强度不够，不符合设计要求。尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。当前第1页1 2 3