CN105022925B - 一种预应力锚杆复合土钉加固边坡的优化设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及深基坑边坡工程及滑坡防治工程加固治理技术与方法领域，具体涉及一种预应力锚杆复合土钉加固边坡的优化设计方法。本发明主要解决目前的相关建筑基坑设计支护没有一个科学的理论分析与设计依据，加固工程往往凭借经验值进行的问题。本发明通过开挖前对预应力锚杆和土钉的边坡复合加固机理有机耦合分析与优化，根据土钉支护整体稳定性系数值及其演化规律，在土钉支护不足以满足基坑稳定性条件下，用预应力锚杆进行补偿，同时改变预应力锚杆的锚固入射倾角，找出能发挥预应力锚杆和土钉的最大加固潜能时的分层点。本发明为基坑边坡的支护提供了一种新的更为经济有效，更能节省工期的复合分层优化加固设计方法。

Description

一种预应力锚杆复合土钉加固边坡的优化设计方法

技术领域

本发明涉及深基坑边坡工程及滑坡防治工程加固治理技术与方法领域，具体涉及一种预应力锚杆复合土钉加固边坡的优化设计方法。

背景技术

基坑边坡失稳破坏是基坑工程施工中的常见问题，常常会带来诸如降低地基持力层的承载力、危及施工安全、危及周边建(构)筑物的稳定和安全、延长施工工期、增加工程处理费用等危害，因此对不稳定基坑边坡应当采取必要的支护方式进行加固以减小灾害的发生。土钉墙作为具有安全可靠、施工简单、成本较低、较少的占有施工空间等优点的基坑边坡支护方式已在边坡工程中得到广泛应用。虽然土钉墙是基坑支护中非常经济、有效的支护形式，但由于支护体系主要依赖于土体自身稳定性及土体强度，受力主要为土体变形产生的被动拉力，限制土体变形的能力较差，使其支护的深度受到限制。另外，由《建筑基坑设计支护规程》JGJ120-2012第5.1和5.2条可知，土钉设计的方法为各层的土钉的极限抗拔承载能力标准值R_k，j与土钉轴向拉力标准值N_k，j比值大于土钉抗拔安全系数Kt，同时整个支护后边坡稳定性系数Fs大于稳定安全系数Ks，工程上使用土钉加固边坡时往往采用等长度设计施工，就使得在多数部位土钉的设计长度大于需要的长度，设计结果过于保守，造成了不必要的浪费。

与土钉支护相同，锚杆支护在国外发展较早，它的出现时间与土钉相差不多，1872年在英国北威尔士露天页岩矿边坡加固工程中土钉支护被首次成功应用。现如今大量深基坑支护采用了锚杆支护，预应力锚杆支护得到了空前的发展，在边坡加固工程中已被广泛的应用，产生了巨大的经济效益和社会效益。尤其是在深基坑边坡加固中，预应力锚杆以其使用灵活、加固深度大、能充分发挥岩土自身的强度、施工中不破坏原有边坡的整体性、占用空间少、见效快和造价低、限制土体变形的能力好等特点显示了极大的优越性。由于岩土工程的施工，大量的基坑边坡需要加固处理，因此，为了获得良好的边坡稳定性加固效果，降低加固成本，必须充分发挥锚杆的加固作用。锚杆支护设计主要依据《岩土锚固与喷射混凝土支护工程技术规范》GB50086-2011第4.6.11条规定的锚杆锚固段长度等锚固参数估算公式计算，仅仅考虑了锚杆本身材料的性能和土体的参数的影响，未考虑滑移面倾角对锚杆预应力的影响。由于锚杆加固预应力等加固参数的特殊要求，与土钉加固工程相比，其锚杆支护加固成本、施工要求、施工难度及施工工期等都要高于土钉支护，因此在保证边坡安全条件下其相同条件下，锚固工程无疑在一定程度上会造成加固工程浪费及工期延长。

针对上述土钉与锚杆的优点与局限性，目前工程设计上经常采用的设计形式为土钉锚杆复合支护方式，采用预应力锚杆复合土钉墙支护结构,既能够降低成本、缩短工期、不占有施工空间，同时对基坑变形控制较好，是目前基坑边坡支护中使用最为广泛的复合土钉支护方式。目前常用的锚固结构稳定性计算是《建筑基坑设计支护规程》JGJ120-2012中的相关规定，锚固结构体系的外部稳定性可采用圆弧滑动法或折线滑动法验算；内部稳定性可采用Kranz法验算。由于边坡滑移面并不是一个简单的平面，而是近似的圆弧面，实际工程施工时也只是根据施工经验，考虑基坑边坡的上部和下部坡体土压力的不同，对局部做出简单的定性调整。对于基坑边坡预应力锚杆复合土钉墙支护结构，如何进行优化设计与布局以充分发挥出锚杆和土钉加固特点，并尽量避免锚杆和土钉加固工程的不足与局限，目前的相关建筑基坑设计支护还没有一个科学的理论分析与设计依据，加固工程往往凭借经验值进行分层加固设计，这样设计与施工的弊端必然导致预应力锚杆复合土钉墙支护加固工程不能完全充分发挥出加固边坡的效果，并造成工程成本与工期的浪费。

发明内容

针对上述问题，本发明考虑滑移面是圆弧面的情况下，通过预应力锚杆和土钉的边坡加固机理有机耦合分析与优化，提出和确定了能发挥预应力锚杆和土钉最大潜能的优化加固方案与分层加固设计方法，达到以最少的锚杆加固工程量确保基坑边坡加固工程的稳定安全系数，从而在保证预应力锚杆复合土钉墙支护边坡稳定的前提下，实现最小的加固工程成本投入和最短的工程施工工期。

根据基坑开挖稳定性条件，基坑开挖施工方法分边开挖边支护方式和全部开挖完成再进行支护的逆作支护方式。本发明技术方案适用于后者支护方式。这就要求在基坑开挖之前要做出充分准确的支护设计方案来及时保证基坑的整体稳定性安全要求。本发明通过在基坑开挖前，对预应力锚杆和土钉的边坡复合加固机理有机耦合分析与优化，先进行理论设计与验算，假定基坑全部用土钉支护，并根据土钉支护整体稳定性系数值及其演化规律，在土钉支护不足以满足基坑稳定性条件下，并用预应力锚杆进行补偿，同时改变预应力锚杆的锚固入射倾角，找出能发挥预应力锚杆和土钉的最大加固潜能时的分层点，为基坑边坡的支护提供了一种新的更为经济有效，更能节省工期的复合分层优化加固设计方法。

具体技术方案为：

步骤一：基坑边坡最危险滑移面位置的确定

根据费伦纽斯通过大量的计算结果发现，当的简单土坡的最危险滑移面为通过坡脚的圆弧，对的土坡，先确定最危险滑弧圆心，再通过最危险滑弧圆心位置即可确定出潜在滑移面的位置。

在基坑开挖之前，根据瑞典圆弧费伦纽斯法，假定其边坡滑动面形状为圆弧，确定出边坡内部可能发生滑移的n个潜在滑移面及相应滑动面的稳定性系数Fs。对比其稳定性系数Fs，并取其最小值Fsmin作为基坑边坡的整体稳定系数，相应的圆弧线才是真正的最危险滑动面。对均质粘性土坡：当时，其最危险滑动面通过坡脚；当时，其最危险滑动面也可能通过坡脚，这取决于土坡坡脚和坡底下卧硬土层埋藏深度。

步骤二：基坑边坡预应力锚杆最优入射角的确定

由《复合土钉墙基坑支护技术规范》GB 50739-2011可知锚杆提供的抗滑力为：令P_uj一定，则抗滑力最大值的求解问题就转换为求函数的极大值问题。即通过对方程求导，当导数y^*＝0时，可取得极大值点为此时，但一般土的内摩擦角因施工工艺和滑移面半径限制，很难做到θ_j+α_mj≤25°，当时，对y_max求导，可得倒数恒大于0，所以y_max是一个递增函数，即在时是递增函数。当y_max取得最大值，此时y_max-1＝0.1当时，y值总是满足y_max-1≤0.1，即y_max变化幅度小于10％。而当时，y恒等于1，且函数y是一个周期为2π的近似正弦函数，因此我们认为当区间时，抗滑力取得近似最大值。此时既发挥出了锚杆的最大潜能，又满足了施工工艺和圆弧半径大小的条件。

根据基坑边坡整体稳定性系数，预应力锚杆提供的抗滑力为：

令θ_j+α_mj＝x，则依据式(1)可构建一个三角函数y如下：

由式(1)、(2)可知，当抗滑力取得最大值时，即当y最大时，锚杆提供的抗滑力最大。通过对函数y求导，当时，y取得最大值，即由于函数y是一个周期为2π的近似正弦函数，当时，y＝1，且y_max-1≤0.1，即该入射角度的锚固力误差少于10％。因此，综合考虑土层的内摩擦角预应力锚杆入射角(α_mj取值范围通常15°～25°)以及圆弧滑移面半径大小等条件影响，本发明提出取即当预应力锚杆的入射角和滑移面相交处切线倾角之和为区间时，锚杆提供的锚固抗滑力为最大设计值，即锚杆的最优入射角为：

步骤三：基坑边坡预应力锚杆布设位置及锚固预应力的确定

1)第一层预应力锚杆布设位置的确定

根据《复合土钉墙基坑支护技术规范》GB50739-2011的规定，锚杆与水平面夹角宜为15°～25°，假设插入的第一层锚杆入射角α_m1，锚杆与滑移面的交点处的倾角为根据已知量α_m1，θ₁和交点到坡面的水平距离，可得第一层锚杆的位置应布设在距坡脚竖直位移为H处：

式中：φ—开挖坡面的坡度

α_mj—锚杆的入射角度

a、b—圆弧滑移面所对应的圆心的横坐标和纵坐标

R—圆弧滑移面的半径

θ_j—锚杆与滑移面交点处的倾角

2)第二层，...，第n层预应力锚杆布设位置的确定

如果第一层预应力锚杆复合土钉边坡加固稳定性满足不了稳定性设计要求，则以第一层预应力锚杆为基点分别在相邻第一层预应力锚杆上、下布设第二层、第三层…第n层锚杆,直至边坡加固稳定性满足其稳定性设计要求。

根据《复合土钉墙基坑支护技术规范》GB50739-2011中预应力锚杆设计规定，锚杆间距不宜小于1.5m。本发明提出锚杆等密度的布设方式，即水平间距和竖向间距为等间距布设方式。

3)锚杆锚固预应力的确定

根据《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-2012，锚杆的极限抗拔承载力应符合下式要求：

式中：N_k-----锚杆轴向拉力标准值(KN)

P_u-----锚杆极限抗拔承载力标准值(KN)

K_t-----锚杆抗拔安全系数，安全等级为一级，二级，三级的支护结构，K_t分别不应小于1.8、1.6、1.4。

锚杆极限抗拔力的确定符合下式规定：

P_u＝πd∑q_sikl_i (6)

式中：d-----锚杆的锚固体直径(m)

l_i-----锚杆的锚固段在第i土层中的长度(m)

q_sik-----锚固体与第i土层之间的极限粘结强度标准值(kpa),应根据工程经验和规范中列表取值。

根据上式(5)(6)，即可求得本发明最优锚固预应力为：

步骤四：基坑边坡土钉加固参数与方案的确定

根据锚杆和土钉加固机理与特点以及各自的不足与局限，即锚杆为施加预应力且具有方向性的主动加固机理，而土钉为没有预应力和没有方向性被动加固机理，而边坡最危险潜在滑移面又是圆弧形滑移面，其不同滑移面位置的切线具有方向性。因此，在保证预应力锚杆复合土钉墙支护边坡稳定的前提下，为了能充分发挥出锚杆和土钉加固机理与特点，本发明提出在基坑边坡中部布设预应力锚杆的基础上，以预应力锚杆为基点分别在边坡高倾角滑移面的上部和低倾角滑移面的下部布设土钉加固工程，其中最下层和最上层土钉与相邻锚杆的纵向垂直距离不能少于锚杆的设计间距。

此外，根据《复合土钉墙基坑支护技术规范》GB50739-2011的规定，土钉与水平面夹角宜为5°～20°，本发明取10°，水平间距与竖直间距为等间距布置。

步骤五：预应力锚杆复合土钉边坡加固稳定性的评价

当用锚杆复合土钉支护基坑时，基坑边坡的稳定性系数为：

式中：K_s2-----整体稳定性分项抗力系数，为预应力锚杆产生的抗滑力矩与土体下滑力矩之比

η₂------预应力锚杆组合作用折减系数可按规范5.3.3条值。P_uj≤300kN时，η₂宜取0.5-0.7，随着锚杆抗力的增加而减小

s_2xj-------第j根预应力锚杆的平均水平间距

P_uj-------第j根预应力锚杆在稳定区(即滑移面外)所提供的极限抗拔力，按照现行行业标准《建筑基坑支护技术规程》JGJ120的有关规定计算

α_mj-------第j根预应力锚杆与水平面之间的夹角

步骤六：预应力锚杆复合土钉边坡优化加固设计方法的确定

1)第一层锚杆复合土钉边坡加固稳定性系数的确定

根据《复合土钉墙基坑支护技术规范》GB50739-2011中预应力锚杆设计规定与步骤五，首先确定第一层锚杆复合土钉边坡加固稳定性系数F₁。

2)预应力锚杆复合土钉边坡优化加固设计方案的确定

根据预应力锚杆复合土钉边坡加固稳定性系数，对第一层预应力锚杆复合土钉边坡加固稳定性进行评价：如果F_j≥K_S，则表明布设第一层锚杆即能满足基坑的整体稳定性要求；如果F_j＜K_S，则表明布设一层锚杆不能满足基坑的整体稳定性要求，则以已经布设的第一层锚杆为基础，根据先下部后上部、上部与下部交替布设的原则继续布设锚杆，即根据步骤三中第一层锚杆的布设位置及其参数，确定第二层锚杆距第一层锚杆位置处的滑移面倾角θ_j，即此层锚杆最优入射角为并依据本发明步骤五，对锚杆土钉复合加固稳定性系数进行分析与评价；以此类推，当完成第n次优化分析与评价后，直至满足基坑边坡整体稳定性要求，则此方案即为预应力锚杆复合土钉边坡优化加固设计方案。

本发明以最少的锚杆加固工程量确保基坑边坡加固工程的稳定安全系数，从而在保证预应力锚杆复合土钉墙支护边坡稳定的前提下，实现最小的加固工程成本投入和最短的工程施工工期。

附图说明

图1是本发明流程图；

图2是抗滑力最大值求解时函数y最大值示意图；

图3(a)是验算最危险滑动圆心位置时β₁、β₁与最危险滑动圆心关系图；

图3(b)是最危险滑动圆心位置示意图；

图4是某基坑工程示意图；

图5是预应力锚杆复合土钉加固边坡的优化示意图。

图中：O-圆心，R-假定圆弧滑移面半径，b_i-第i个土条的宽度。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本发明做进一步说明。

为了更好地阐述本发明预应力锚杆与土钉的边坡分层优化加固方法，下面以某基坑开挖为实施例进一步详细说明。该基坑于2010年5月20日以60°放坡开挖，到2010年9月5日完成开挖，开挖深度为12.1米。其具体实施方案步骤操作与过程如下：

步骤一：基坑边坡最危险滑移面位置的确定

如图3(a)所示根据费伦纽斯通过大量的计算结果发现，当的简单土坡的最危险滑移面为通过坡脚的圆弧，其圆心位于图中AO与BO两线的交点，图3(a)中β₁、β₂坡角或坡度的关系见表1。

表1β₁、β₂的确定

对的土坡，最危险滑弧圆心位置如图3(b)所示:

①首先按法确定O点

②后作E点，位置关系如图所示，最危险滑动圆弧圆心位置即在OE连线的延长线上。

③在OE的延长线上取圆心O₁、O₂、O₃……等，分别算出相应的F_s1、F_s2、F_s3……等，通过O₁、O₂、O₃……等分别以垂直OE的不同大小线段代表F_s1、F_s2、F_s3……值，连其端点，则曲线上最小的F_s值对应的O_m点即是最危险滑弧圆心。通过最危险滑弧圆心位置即可确定出潜在滑移面的位置。

在基坑开挖之前，根据瑞典圆弧费伦纽斯法，假定其边坡滑动面形状为圆弧，确定出边坡内部可能发生滑移的n个潜在滑移面及相应滑动面的稳定性系数Fs。对比其稳定性系数Fs，并取其最小值Fsmin作为基坑边坡的整体稳定系数，相应的圆弧线才是真正的最危险滑动面。对均质粘性土坡：当时，其最危险滑动面通过坡脚；当时，其最危险滑动面也可能通过坡脚，这取决于土坡坡脚和坡底下卧硬土层埋藏深度。

步骤二：基坑边坡预应力锚杆最优入射角的确定

如图(2)所示，由《复合土钉墙基坑支护技术规范》GB 50739-2011可知锚杆提供的抗滑力为：令θ_j+α_mj＝x，P_uj一定，则抗滑力最大值的求解问题就转换为求函数的极大值问题。即通过对方程求导，当导数y^*＝0时，可取得极大值点为此时，但一般土的内摩擦角因施工工艺和滑移面半径限制，很难做到θ_j+α_mj≤25°，当时，对y_max求导，可得倒数恒大于0，所以y_max是一个递增函数，即在时是递增函数。当y_max取得最大值，此时y_max-1＝0.1当时，y值总是满足y_max-1≤0.1，即y_max变化幅度小于10％。而当时，y恒等于1，且函数y是一个周期为2π的近似正弦函数，因此我们认为当区间时，抗滑力取得近似最大值。此时既发挥出了锚杆的最大潜能，又满足了施工工艺和圆弧半径大小的条件。

根据基坑边坡整体稳定性系数，预应力锚杆提供的抗滑力为：

令θ_j+α_mj＝x，则依据式(1)可构建一个三角函数y如下：

本申请假定土层为均质土层且当抗滑力取得最大值时，即当y最大时，锚杆提供的抗滑力最大。通过求导，当时，y取得最大值，即由于函数y是一个周期为2π的近似正弦函数，当时，y＝1，且y_max-1≤0.1，即该入射角度的锚固力误差少于10％。因此，综合考虑土层的内摩擦角预应力锚杆入射角(α_mj取值范围通常15°～25°)以及圆弧滑移面半径大小等条件影响，本发明提出取即当预应力锚杆的入射角和滑移面相交处切线倾角之和为区间时，锚杆提供的锚固抗滑力为最大设计值，即锚杆的最优入射角为：

α_mj＝[25°-θ_j，50°-θ_j]

步骤三：基坑边坡预应力锚杆布设位置及锚固预应力的确定

1)第一层预应力锚杆布设位置的确定

根据《复合土钉墙基坑支护技术规范》GB50739-2011的规定，锚杆与水平面夹角宜为15°～25°，假设插入的第一层锚杆入射角α_m1，锚杆与滑移面的交点处的倾角为根据已知量α_m1，θ₁和交点到坡面的水平距离，可得第一层锚杆的位置应布设在距坡脚竖直位移为H处：

2)第二层，...，第n层预应力锚杆布设位置的确定

如果第一层预应力锚杆复合土钉边坡加固稳定性满足不了稳定性设计要求，则以第一层预应力锚杆为基点分别在相邻第一层预应力锚杆上、下布设第二层、第三层…第n层锚杆,直至边坡加固稳定性满足其稳定性设计要求。

根据《复合土钉墙基坑支护技术规范》GB50739-2011中预应力锚杆设计规定，锚杆间距不宜小于1.5m。本发明提出锚杆等密度的布设方式，即水平间距和竖向间距为等间距布设方式。

3)锚杆锚固预应力的确定

根据《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-2012，锚杆的极限抗拔承载力应符合下式要求，本发明取K_t＝1.6：

锚杆极限抗拔力的确定符合下式规定：

P_u＝πd∑q_sikl_i＝3.14×0.03×80×6＝45.22kN

根据上式，即可求得本发明最优锚固预应力为：

步骤四：基坑边坡土钉加固参数与方案的确定

根据锚杆和土钉加固机理与特点以及各自的不足与局限，即锚杆为施加预应力且具有方向性的主动加固机理，而土钉为没有预应力和没有方向性被动加固机理，而边坡最危险潜在滑移面又是圆弧形滑移面，其不同滑移面位置的切线具有方向性。因此，在保证预应力锚杆复合土钉墙支护边坡稳定的前提下，为了能充分发挥出锚杆和土钉加固机理与特点，本发明提出在基坑边坡中部布设预应力锚杆的基础上，以预应力锚杆为基点分别在边坡高倾角滑移面的上部和低倾角滑移面的下部布设土钉加固工程，其中最下层和最上层土钉与相邻锚杆的纵向垂直距离不能少于锚杆的设计间距。

此外，根据《复合土钉墙基坑支护技术规范》GB50739-2011的规定，土钉与水平面夹角宜为5°～20°，本发明取10°，水平间距与竖直间距均为2m。

步骤五：预应力锚杆复合土钉边坡加固稳定性的评价

当用锚杆复合土钉支护基坑时，基坑边坡的稳定性系数为：

步骤六：预应力锚杆复合土钉边坡优化加固设计方法的确定

1)第一层锚杆复合土钉边坡加固稳定性系数的确定

根据《复合土钉墙基坑支护技术规范》GB50739-2011中预应力锚杆设计规定与步骤五，首先确定第一层锚杆复合土钉边坡加固稳定性系数F₁见步骤五。

2)预应力锚杆复合土钉边坡优化加固设计方案的确定

根据预应力锚杆复合土钉边坡加固稳定性系数，对第一层预应力锚杆复合土钉边坡加固稳定性进行评价：此时F₁＝1.24＜1.3，显然，F₁＜K_S，则表明布设一层锚杆不能满足基坑的整体稳定性要求，则以已经布设的第一层锚杆为基础，根据先下部后上部、上部与下部交替布设的原则继续布设锚杆，即根据步骤三中第一层锚杆的布设位置及其参数，确定第二层锚杆距第一层锚杆位置处的滑移面倾角θ₂＝20°即此层锚杆最优入射角为α_m2＝[25°-20°，50°-20°]＝[5°,30°]，本发明取α_m2＝10°并依据本发明步骤五，对锚杆土钉复合加固稳定性系数进行分析与评价，求出F₂即：

此时，F₂＝1.32≥1.3，F₂≥K_s，即当完成第2次优化分析与评价后，满足基坑边坡整体稳定性要求，则此方案即为预应力锚杆复合土钉边坡优化加固设计方案。

Claims (5)

1.一种预应力锚杆复合土钉加固边坡的优化设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：基坑边坡最危险滑移面位置的确定，所述步骤一中基坑边坡最危险滑移面位置根据瑞典圆弧费伦纽斯法确定；

步骤二：基坑边坡预应力锚杆最优入射角的确定，根据基坑边坡整体稳定性系数，预应力锚杆提供的抗滑力为，

令θ_j+α_mj＝x，则依据式(1)可构建一个三角函数y如下，

综合考虑土层的内摩擦角预应力锚杆入射角α_mj取15°～25°以及圆弧滑移面半径大小的影响，锚杆的最优入射角为：

其中：P_uj—第j根预应力锚杆在稳定区即滑移面外所提供的极限抗拔力

θ_j—第j根锚杆与滑移面交点处的倾角

—内摩擦角

x—θ_j+α_mj＝x；

步骤三：基坑边坡预应力锚杆布设位置及锚固预应力的确定；

步骤四：基坑边坡土钉加固参数与方案的确定；

步骤五：预应力锚杆复合土钉边坡加固稳定性的评价；

步骤六：预应力锚杆复合土钉边坡优化加固设计方法的确定。

2.根据权利要求1所述的一种预应力锚杆复合土钉加固边坡的优化设计方法，其特征在于，所述步骤三包括：

1)第一层预应力锚杆布设位置的确定，

根据规定，锚杆与水平面夹角为15°～25°，假设插入的第一层锚杆入射角α_m1，锚杆与滑移面的交点处的倾角为根据已知量α_m1，θ₁和交点到坡面的水平距离，可得第一层锚杆的位置应布设在距坡脚竖直位移为H处：

式中：φ—开挖坡面的坡度，α_mj—锚杆的入射角度，a、b—圆弧滑移面所对应的圆心的横坐标和纵坐标，R—圆弧滑移面的半径，θ_j—锚杆与滑移面交点处的倾角；

2)第二层，...，第n层预应力锚杆布设位置的确定，

如果第一层预应力锚杆复合土钉边坡加固稳定性满足不了稳定性设计要求，则以第一层预应力锚杆为基点分别在相邻第一层预应力锚杆上、下布设第二层、第三层…第n层锚杆,直至边坡加固稳定性满足其稳定性设计要求；

3)锚杆锚固预应力的确定；

根据规定，锚杆的极限抗拔承载力符合：

锚杆极限抗拔力的确定符合下式规定：

P_u＝πd∑q_sikl_i (6)

根据上式(5)(6)，求得最优锚固预应力：

式中，N_k-锚杆轴向拉力标准值，其单位为KN，P_u-锚杆极限抗拔承载力标准值，其单位为KN，K_t-锚杆抗拔安全系数，d-锚杆的锚固体直径，其单位为m，l_i-锚杆的锚固段在第i土层中的长度，其单位为m，q_sik-锚固体与第i土层之间的极限粘结强度标准值，其单位为kpa。

3.根据权利要求1所述的一种预应力锚杆复合土钉加固边坡的优化设计方法，其特征在于，所述步骤四包括：在基坑边坡中部布设预应力锚杆的基础上，以预应力锚杆为基点分别在边坡高倾角滑移面的上部和低倾角滑移面的下部布设土钉加固工程，其中最下层和最上层土钉与相邻预应力锚杆的纵向垂直距离不少于预应力锚杆的设计间距。

4.根据权利要求1所述的一种预应力锚杆复合土钉加固边坡的优化设计方法，其特征在于，所述步骤五预应力锚杆复合土钉边坡加固稳定性的评价采用下述公式：

式中，K_s2-整体稳定性分项抗力系数，η₂-应力锚杆组合作用折减系数，s_2xj-第j根预应力锚杆的平均水平间距，P_uj-第j根预应力锚杆在稳定区即滑移面外所提供的极限抗拔力，α_mj-第j根预应力锚杆与水平面之间的夹角。

5.根据权利要求1所述的一种预应力锚杆复合土钉加固边坡的优化设计方法，其特征在于，所述步骤六包括：

1)第一层预应力锚杆复合土钉边坡加固稳定性系数的确定，

根据步骤五，首先确定第一层锚杆复合土钉边坡加固稳定性系数F₁；

2)预应力锚杆复合土钉边坡优化加固设计方案的确定，

根据预应力锚杆复合土钉边坡加固稳定性系数，对第一层预应力锚杆复合土钉边坡加固稳定性进行评价：F_j≥K_S，表明布设第一层锚杆即能满足基坑的整体稳定性要求；F_j＜K_S，则表明布设一层锚杆不能满足基坑的整体稳定性要求，则以已经布设的第一层锚杆为基础，根据先下部后上部、上部与下部交替布设的原则继续布设锚杆；当完成第n次优化分析与评价后，直至满足基坑边坡整体稳定性要求，由此确定预应力锚杆复合土钉边坡优化加固设计方案，K_s为整体稳定性安全系数。