锚杆框架梁是一种新型的复合式支护方法，它是一种考虑了锚杆与加固边坡相互作用的边坡加固方法。其中：锚杆是通过黏结材料传递的岩土体变形而发生“被动”的受力来达到加固的目的；框架梁通过与锚杆连接形成整体结构，达到加固表层岩土体，增强边坡整体抗滑强度的目的。由于该加固方法具有治理效果好、施工简便、造价低、对环境影响较小等优点，因此被大量应用于边坡加固工程中。如图7-8所示为预应力锚杆框架梁构造图。

图7-8　预应力锚杆框架梁构造图

锚杆框架梁这种结构的特点主要有：①结构轻盈，占用面积小；②受力合理；③使用范围广，适应性较强；④造型美观，配合周围环境起到美观作用。

1.锚杆设计与验算

1）锚固角的确定

锚杆的安放角度确定需要综合考虑边坡的周围环境、锚固地层位置和施工方案，锚杆的安放角度以13°～35°为宜。本书中滑面倾角α＝24.7°，内摩擦角φ＝19°，实际工程中应根据锚固地层的位置选择合适的安设角度。研究表明，满足下式锚杆是最划算的：

而满足下式时锚杆可以提供最大抗滑力：

式中：β为锚杆倾角；α为滑面倾角；φ为滑坡体内摩擦角。

根据其工程地形、施工特点在尽量节省工程成本的基础上，选取的锚固角为20°。

2）锚杆间距分析

该工程滑坡体总高17m，坡率为1∶0.75，坡面长度为10m，共布置6排锚杆，坡面分两级，每级高7m。纵梁的水平间距和垂直间距均为3m。

3）锚固力的确定

式中　P——设计锚固力；

　　　F——滑坡剩余下滑力，如果是主动土压力，要按主动土压力的1.05～1.4倍进行计算；

　　　φ——沿滑动面内摩擦角；

　　　α——锚杆与滑动面相交处滑动面的倾角；

　　　β——锚杆与水平面的夹角。

则单根锚固体设计锚固力Nt为

式中　P——单位宽度所需锚固力（kN）；

　　　d——锚杆布置的间距（m）；

　　　N——排数。

4）锚杆的锚筋设计

单根锚固体设计锚固力Nt，则可以通过下式初步计算出达到设计锚固力所需要的锚筋截面：

式中　Ac——锚筋截面面积；

　　　Kt——锚杆体抗拉安全系数；

　　　Nt——锚杆锚固力设计值；

　　　fptk——锚筋抗拉强度设计值，一般取钢绞线，抗力强度为335MPa。

锚杆的根数：

取锚杆的根数为2根，锚杆孔为150mm孔径。

5）锚杆锚固段长度的计算

锚杆的锚固段长度一般不宜大于10m，锚固段长度的计算可按下列两个公式计算，其中La是按砂浆与锚杆的黏结强度计算的锚固长度，Lb是按砂浆与周围岩土体的黏结强度计算的锚固长度。

式中　La，Lb——锚杆的锚固长度（m）；

　　　K——锚固体抗拔安全系数；

　　　Nt——单根锚杆的设计锚固力（kN）；

　　　n——锚杆根数；

　　　d——锚杆的直径（mm）；

　　　τa——砂浆与锚杆黏结强度（MPa）；

　　　τb——锚固体与周围岩土间的黏结强度（MPa）。

取锚固段长度为3m。

6）锚杆结构设计

锚杆长度包括锚固段、自由段和张拉段三部分。自由段长度为框格梁顶至超过滑面以下不少于1.5m，且锚杆自由段长度不应小于5m，张拉段长度为锚头外预留的钢绞线张拉长度，一般预留l.0m。

最终得到的锚杆设计长度如表7-3所示。

表7-3　各排锚杆长度计算成果

2.框架梁设计与验算

1）计算框架梁弯矩和剪力(www.daowen.com)

取框架梁的截面为0.3m×0.4m。根据Winkler弹性地基梁理论，利用理正岩土软件对纵梁进行内力计算（图7-9）。

图7-9　弹性地基梁计算简图

图7-10　弹性地基梁计算结果

由计算得出，位移最大值－7.4mm、最大正弯矩115.1kN/m，最大负弯矩为－22.2kN/m、剪力最大值－170.3kN，三根锚杆的作用点的剪力相差不大，该梁适合均匀配筋（图7-10）。

2）横梁截面配筋计算

最大正弯矩计算框架梁底部钢筋配筋。

计算截面有效高度h0：

式中：h是截面高度400mm；as是纵向受拉钢筋合力点至受拉边缘竖向距离，一般为混凝土最小保护层厚度加上10～20mm，as取50mm。

根据混凝土等级和钢筋型号确定相关参数。

混凝土选择为C30，混凝土轴心抗压强度设计值f＝14.3N/mm2和轴心抗拉强度设计值f＝1.43N/mm2，普通钢筋抗拉强度设计值fy＝300N/mm2。混凝土受压区等效矩形应力图系数α1＝1，β1＝0.7，界限相对受压区高度ξb＝0.55，纵筋和腰筋选取HRB335，箍筋选取HPB300型号。

计算截面抵抗矩系数as：

相对受压区高度ξ，又称配筋系数，符合要求。

内力矩的内力臂系数rs：

纵向受拉钢筋的截面面积：

选用

计算钢筋配筋率ρ：

配筋率验算：且ρ＞0.2%，满足要求。

3）最大负弯矩计算梁截面顶部配筋面积

计算截面抵抗矩系数as：

相对受压区高度ξ，又称配筋系数符合要求。

内力矩的内力臂系数rs：

纵向受拉钢筋的截面面积：

选用

计算钢筋配筋率ρ：

配筋率验算且ρ＞0.2%，满足要求。

4）截面抗剪强度验算

（厚腹梁，也即一般梁），应满足

满足抗剪强度要求。

5）计算箍筋

集中荷载下的独立梁，混凝土剪压区受剪承载力最大值Vt：

Vt＜V剪力最大值时，采用计算配置箍筋。

令V=Vc，则

由上式求得

选配双肢φ7@100，有

选配箍筋计算出的=0.712mm2/mm。

选配钢筋配筋率0.114%，满足配筋要求。

6）配置纵向构造钢筋（腰筋）

纵向构造钢筋又称腰筋。当梁的腹板高度，在梁的两个侧面应沿高度配置纵向构造钢筋，每侧纵向构造钢筋的截面面积不应小于腹板截面面积bh0的0.1%，即105mm2，设置一根φ17（254.5mm2）可满足要求。如图7-11。

图7-11　配筋结果图