張浩然

0 引言

基坑工程具有工程量大，技術(shù)難度大等多種特點(diǎn)，其安全可靠性不僅影響基坑工程本身，而且往往會影響周邊已有建筑的穩(wěn)定性，所以基坑支護(hù)顯得尤為重要。在各種場地和環(huán)境條件限制下，深基坑支護(hù)設(shè)計與施工都存在著經(jīng)濟(jì)和技術(shù)上的難度問題。

錨桿支護(hù)作為一種有效且經(jīng)濟(jì)的支護(hù)措施，在很多深基坑工程中均有所應(yīng)用。同時運(yùn)用錨桿及其他支護(hù)方式，現(xiàn)已成為深基坑支護(hù)工程的主要方式。該工程大量運(yùn)用錨桿支護(hù)，對基坑穩(wěn)定性發(fā)揮了重要作用。

1 錨桿的設(shè)計計算及檢測

1.1 錨桿設(shè)計

錨桿是一種受拉桿件，一端與工程結(jié)構(gòu)或擋土樁墻聯(lián)結(jié)，另一端錨固于地基的土層或巖層中，以承受結(jié)構(gòu)物的上托力、拉拔力、傾側(cè)力或擋土墻的土壓力。

在進(jìn)行土錨桿設(shè)計前，應(yīng)先進(jìn)行場地調(diào)查及工程地質(zhì)勘查，通過分析確定錨桿層數(shù)、間距、傾角等，在此基礎(chǔ)上計算錨桿軸力、錨桿錨固段和自由段長度，計算錨桿錨索的斷面尺寸。

一般在基坑施工中，先挖到錨桿標(biāo)高處，然后進(jìn)行錨桿施工，待錨桿預(yù)應(yīng)力張拉后，方可挖下一層土，進(jìn)行下一道錨桿的施工。錨桿上下排間距不宜小于2.0m;錨桿水平方向間距不宜小于1.5m。錨桿錨固體上覆土層厚度不應(yīng)小于 4.0m;錨固段長度不應(yīng)小于4.0m。傾角是錨桿與水平線的傾角，它和施工機(jī)械性能及地層土質(zhì)有關(guān)，錨桿傾角一般以 15°～35°為宜。

錨桿承載力可按下式計算:

其中，Td為錨桿水平拉力設(shè)計值;Nu為錨桿軸向受拉承載力設(shè)計值;θ為錨桿與水平面的夾角。

錨桿的錨固長度La按下式計算:

其中，dm為錨桿段直徑，可取鉆孔直徑的 1.2倍;Km為錨固安全系數(shù)，取Km=1.5;Nt為錨固設(shè)計軸向拉力;τ為錨固體與土層之間的剪切強(qiáng)度。

錨桿自由段長度Lf可按下式計算(如圖1所示，Lf即錨桿的自由段):

其中，LAO為錨桿錨頭中點(diǎn)至基坑底面以下土壓力為零點(diǎn)處的距離;φk為土體各土層厚度加權(quán)內(nèi)摩擦角標(biāo)準(zhǔn)值;α為錨桿傾角。

錨桿總長度:

其中，Lm為土層錨桿總長度;La為錨固段長度;Lf為自由變形段長度，應(yīng)取超過滑裂面0.5m～1.0m的長度，即按式(4)確定的長度再加0.5m～1.0m。

錨桿桿體的截面面積按下列公式確定:

普通鋼筋:

預(yù)應(yīng)力鋼筋:

其中，As，Ap分別為普通鋼筋、預(yù)應(yīng)力鋼筋桿體截面面積;fy，fpy分別為普通鋼筋、預(yù)應(yīng)力鋼筋抗拉強(qiáng)度設(shè)計值;Kmj為安全系數(shù)。

1.2 錨桿檢測

錨桿設(shè)置后，連續(xù)觀測超過 24 h就可稱為錨桿的長期觀測，根據(jù)《土層錨桿設(shè)計與施工規(guī)范》要求，對永久性錨桿及重要工程的臨時性錨桿，應(yīng)對錨桿預(yù)應(yīng)力變化進(jìn)行長期觀測，觀測的數(shù)量不應(yīng)少于錨桿總數(shù)的5%～10%，監(jiān)測時間不宜少于 12個月，監(jiān)測的目的是掌握錨桿預(yù)應(yīng)力或位移變化規(guī)律，為錨桿的短期試驗提供重要補(bǔ)充資料，確認(rèn)錨桿長期工作性能，必要時，可根據(jù)觀測結(jié)果采取二次張拉錨桿或增設(shè)錨桿等措施，以確保錨固的可靠性。

在工程檢測中，每一測試項目都應(yīng)根據(jù)實際情況的客觀環(huán)境和設(shè)計任務(wù)書，事先確定相應(yīng)的警戒值，以判斷位移或受力狀況是否會超過允許的范圍，判斷工程施工是否安全可靠，是否需要調(diào)整施工工序或優(yōu)化設(shè)計方案，因此，測試項目警戒值的確定至關(guān)重要，一般情況下，每個警戒值應(yīng)由兩部分控制，即總允許變化量和單位時間內(nèi)允許變化量。

2 錨桿支護(hù)的工程應(yīng)用

2.1 場地工程地質(zhì)條件

本工程位于北京市海淀區(qū)，擬建場地地形基本平坦，地面下41.00m深度范圍內(nèi)的土層巖性以粘性土、粉土與砂土、碎石土交互沉積為主。于鉆孔中測得地下水三層，分別位于地面以下 3m～6m，10m～13m及 15m～19m之間。根據(jù)勘察報告，擬建場地第 1層地下水水質(zhì)對混凝土結(jié)構(gòu)無腐蝕性，但在干濕交替作用條件下對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋具有弱腐蝕性，第 2，3層地下水水質(zhì)對混凝土結(jié)構(gòu)及鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋均無腐蝕性。本工程建設(shè)場地內(nèi)及附近無全新世紀(jì)以來的活動斷裂通過，抗震設(shè)防烈度為 8度，場地類別為Ⅲ類。場區(qū)內(nèi)天然沉積的地基土不會產(chǎn)生地震液化。

2.2 錨桿計算

此工程的基坑為超大超深基坑，總用地78 113.3m2，總建筑面積 240 058m2，故在此以基坑的某一剖面為例。該基坑實際支護(hù)深度為16.1m，自地表向下 5m高的邊坡采用土釘墻的支護(hù)方案。根據(jù)實際土層情況，擬設(shè)置兩道錨桿支護(hù)，錨桿水平距離為1.5m。

通過計算，第一道錨桿軸向力Nu=516.8 kN，取錨桿傾角為15°，鉆孔直徑為150mm，可得錨固段長度為La=17.86m，取18m;自由段長度Lf=5.78m，取6 m;錨桿總長度Lm=18+6=24m。本工程所有錨桿均采用低松弛鋼絞線(fptk=1 860MPa)，因此A= 2.0×555.70mm2。

同樣，經(jīng)過計算，第二道錨桿軸向力Nu=489.12 kN，錨固段長度為La=17.32m，取18m;自由段長度Lf=5.23m，取6m;錨桿總長度Lm=18+6=24m。錨桿截面面積A=492.6mm2。

2.3 錨桿檢測試驗

通過等級循環(huán)張拉試驗，測得每一等級加載及卸載時的錨頭位移，然后經(jīng)過整理可得出錨頭與荷載的關(guān)系，經(jīng)分析可得荷載—位移曲線(所記錄的錨桿命名為T1和T3)，見圖2，圖3。

經(jīng)分析得出:加載過程中，錨頭位移均勻變化，后一級荷載產(chǎn)生的位移量都未達(dá)到或超過前一級荷載產(chǎn)生的位移量的 2倍。當(dāng)荷載達(dá)到最大張拉荷載630 kN時，錨桿T1，T3錨頭位移都穩(wěn)定在某一個數(shù)值，而沒有無休止的增加下去，試驗錨桿都沒有發(fā)生破壞現(xiàn)象，說明所設(shè)計的錨桿都滿足設(shè)計要求。

上述試驗分析情況是循環(huán)加卸荷載而產(chǎn)生的一些變化，而分級加荷后，錨頭位移變化情況如圖 4所示。

從圖4中可以看出:T1，T3錨桿在等級加荷張拉時，隨著荷載變大，位移呈現(xiàn)緩緩增大的趨勢，沒有出現(xiàn)突然上升或下降的情況，最終當(dāng)荷載加大到最大張拉荷載630 kN時，沒有發(fā)生破壞現(xiàn)象，說明這兩個錨桿都達(dá)到了設(shè)計要求，為后續(xù)試驗和施工打下了很好的基礎(chǔ)。

3 結(jié)語

錨桿作為一種有效且經(jīng)濟(jì)的基坑支護(hù)方式，對基坑支護(hù)的安全性及施工的時效都有好處，是基坑支護(hù)方案選擇中不可忽視的一種。文章以錨桿支護(hù)設(shè)計為主要內(nèi)容，針對深基坑工程的支護(hù)方案，進(jìn)行了錨桿設(shè)計計算，對基坑位移進(jìn)行了測量，保證了基坑支護(hù)的順利性和安全性。錨桿支護(hù)作為一種理論和實踐都相對成熟的支護(hù)方式，在實際施工中需要具體分析，要重視錨桿的試驗環(huán)節(jié)，對錨桿參數(shù)的調(diào)整及工程的安全施工有很大的關(guān)系。

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