李柏生

（甘肅第五建設(shè)集團公司，甘肅 天水 741000）

淺談預(yù)應(yīng)力錨桿在深基坑支護中的應(yīng)用

李柏生

（甘肅第五建設(shè)集團公司，甘肅 天水 741000）

預(yù)應(yīng)力錨桿技術(shù)作為深基坑支護中的一項主要技術(shù)，之所以得到了工程建設(shè)部門的高度青睞，不僅是因為該技術(shù)具有較高的使用率，更多的是因為該項技術(shù)施工簡便，且施工效果顯著。此外，將預(yù)應(yīng)力錨桿技術(shù)應(yīng)用到巖土工程中，還能夠充分提高巖土體自身強度和自身穩(wěn)定性，縮小結(jié)構(gòu)體體積，減輕結(jié)構(gòu)物自重，不但節(jié)約了工程材料，還有利于施工安全。因此，預(yù)應(yīng)力錨桿技術(shù)由于經(jīng)濟實用可靠已經(jīng)在我國得到了普遍的應(yīng)用。本文將采用理論結(jié)合實踐的方法，探討預(yù)應(yīng)力錨桿在深基坑支護中的應(yīng)用，重點分析它的工作原理和施工工藝，并對本次工程應(yīng)用效果進行評析。

預(yù)應(yīng)力錨桿；深基坑；支護

0 引言

預(yù)應(yīng)力錨桿技術(shù)作為深基坑支護中的一項主要技術(shù)，之所以得到了工程建設(shè)部門的高度青睞，不僅是因為該技術(shù)具有較高的使用率，更多的因為該項技術(shù)施工簡便，且施工效果顯著。此外，將預(yù)應(yīng)力錨桿技術(shù)應(yīng)用到巖土工程中，還能夠充分提高巖土體自身強度和自身穩(wěn)定性，縮小結(jié)構(gòu)體體積，減輕結(jié)構(gòu)物自重，不但節(jié)約了工程材料，還有利于施工安全。正因為如此，在當(dāng)前巖土工程施工中，預(yù)應(yīng)力錨桿技術(shù)已經(jīng)得到了十分廣泛的應(yīng)用。

1 預(yù)應(yīng)力錨桿的概述

在工程建設(shè)過程中，預(yù)應(yīng)力錨桿技術(shù)的應(yīng)用對工程質(zhì)量提升具有重要意義。其工作原理是：結(jié)合工程建設(shè)的實際需求，選擇專業(yè)的施工設(shè)備，將施工的兩端分別與擋土樁和土層連接，然后對錨桿進行水泥砂漿灌注，待其達到一定強度之后，應(yīng)用到工程施工中，從而進一步提升樁、墻和水平力的壓力，然后在此基礎(chǔ)上再通過錨具與鋼臺座反作用在混凝土中連接墻，這樣一來，便可以對深基坑起到一定的保護作用。

為了更好地對預(yù)應(yīng)力錨桿在深基坑支護中應(yīng)用的分析，本文通過擬建建筑物來具體分析，擬建的建筑物主要有3棟，一棟為12層附帶2層地下室的辦公樓，另外兩棟為32層附帶1層的住宅樓，基礎(chǔ)擬采用筏板基礎(chǔ)。筏板厚度后基坑開挖深度約9.5 m，考慮到基坑開挖過程的安全，對基坑周邊采取支護措施。經(jīng)過比較分析，針對現(xiàn)場的實際情況，為了確保工程建設(shè)的科學(xué)性和合理性，對于不同位置的基坑，所采取的支護方式也有所不同，例如：北側(cè)、西側(cè)和東側(cè)的基坑采用的主要是放坡后的土釘墻支護；南側(cè)采用的主要是排樁預(yù)應(yīng)力錨桿聯(lián)合支護，除此之外，在一些特殊的位置，則采用土釘預(yù)應(yīng)力錨桿聯(lián)合支護。

2 預(yù)應(yīng)力錨桿支護的設(shè)計

為了確保支護工作的設(shè)計滿足需求，在開展施工作業(yè)之前，施工單位需要對設(shè)計進行重新設(shè)計，如果不符合需求，則應(yīng)該進行重新設(shè)計。這次的實驗材料已經(jīng)得到了完整文本。這樣會保證施工的順利進行。除此之外，我們還需考慮其他可能會影響施工質(zhì)量的因素，例如：預(yù)應(yīng)力錨桿受壓力而產(chǎn)生的變化以及錨桿的最大承受力等，以此來將錨桿的錨固作用最大限度的發(fā)揮出來，荷載比β≤0·05。

2.1 預(yù)應(yīng)力錨桿設(shè)計的計算

2.1.1 計算參數(shù)的選擇

已知職工大廈14層，外加1層地下室，現(xiàn)按每層12 kN/m2的荷載計算，則基坑坡頂堆載值為180 kN/m2。錨桿孔徑150 mm，鋼筋土釘孔徑130 mm。位于排樁預(yù)應(yīng)力錨桿中的錨桿布置于排樁側(cè)邊，共設(shè)一排，錨桿水平間距約1.0 m，土釘、錨桿與水平面夾角根據(jù)實際地質(zhì)情況有變化。土釘墻鋼筋網(wǎng)為雙向Φ6.5@250×250，加強筋2Φ16，水平向通長布置。噴射混凝土厚度80 mm，噴射混凝土強度等級C20。基坑緊鄰既有建筑職工大廈，支護樁緊貼職工大廈的基礎(chǔ)，剖面的土體參數(shù)見表1。

表1 基坑剖面設(shè)計土體參數(shù)

1）鋼筋的確定。

a、計算鋼筋面積：

由公式

所需配筋為：αt=1.25-2α

b、嵌固深度的確定：

假設(shè)嵌固深度為hd，其計算簡圖如圖1所示。根據(jù)圖示計算簡圖，相關(guān)數(shù)值計算如下：

圖1 單支點樁錨支護結(jié)構(gòu)嵌固深度計算簡圖

根據(jù)擋土樁墻庫倫公式，可求得主動土壓力系數(shù)：

eaBk=[q+γ（15.1+x）]Ka1=[180+22（5.1+x）]0.307= 89.71+6.754x kN/m2

被動土壓力系數(shù)：

eaBk=eaBk=71.61×1.383=99.04 kN/m2

利用公式化簡，可得：

10.154 h3d-17.567h2d-315.452hd-57.636≥0

令10.1543d-17.567h2d-315.452hd-57.636=0

解得hd1=6.582mhd2=-4.667mhd3=-0.185 m

則取嵌固深度hd=6.6 m

2）預(yù)應(yīng)力錨桿系數(shù)的參定。

單支點樁錨支護結(jié)構(gòu)的支點力計算簡圖見圖2：

圖2 單支點樁錨支護結(jié)構(gòu)支點力計算簡圖

a、由下式可計算求得支點力為：

b、預(yù)應(yīng)力錨桿參數(shù)的確定，錨桿鋼筋截面面積計算：

支點力設(shè)計值

Td=1.25γ0Tc=1.25×1.1×287.69=395.6 kN

c、錨固段長度：

式中考慮到錨桿緊貼筏板底面鉆孔，界面摩阻力會受到影響，錨孔孔徑達到150 mm也較為困難，因此兩者取值均有所降低，故取錨固段長度為7.5 m。

3）基坑整體安全性。

排樁設(shè)計

樁直徑采用800 mm，且間距為2 m。

最大彎矩計算：

基坑底面以上彎矩最大處為距基坑底面1.24 m處，解得M=-532.8 kN·m；

基坑底面以下彎矩最大處為距基坑底面2.18 m處，解得M=488.6 kN·m；

支點力作用處M=75.35 kN·m；

則最大彎矩為M=-532.8 kN·m。

腰梁抗彎抗剪強度驗算

腰梁最大剪力設(shè)計值：251.63 kN。

腰梁彎矩設(shè)計值：99.46 kN·m。

][25a截面面積A=6 981 mm2，慣性矩Ix=6 718.2 ×104mm4，Wx=537.46×103mm3腹板截面面積為A'=3 500 mm2，經(jīng)計算，抗剪強度為：

滿足要求。

215 MPa，滿足要求。

2.2 預(yù)應(yīng)力錨桿支護的設(shè)計原則

2.2.1 重視自由段的設(shè)置

錨桿彈性變形不應(yīng)小于自由段長度計算值的80%，并且不應(yīng)該大于自由段長度與1/2錨固段長度之和的彈性變形計算值的要求。自由段的作用在于在規(guī)定的長度內(nèi)預(yù)應(yīng)力鋼筋與錨固體不產(chǎn)生握裹力，在預(yù)應(yīng)力拉張時，可以自由拉伸該段預(yù)應(yīng)力鋼筋。

2.2.2 注漿要飽滿

錨體能夠承受壓力主要依靠錨桿體與土體之間的摩擦力來傳載荷載，只有注漿飽滿才能使錨桿體與土體之間緊密結(jié)合不出現(xiàn)縫隙。在做錨桿抗拔試驗時能夠達到抗壓力設(shè)計值。

2.2.3 深基坑維護

降水是一個非常重要的環(huán)節(jié)，有效的降水工作不僅能夠在一定程度上降低工程造價，提高工程項目的經(jīng)濟效益，而且對深基坑施工的質(zhì)量也具有直接影響。在工程施工中，如果基坑中的某些結(jié)構(gòu)長期處于渾濁的水中會造成破壞和不應(yīng)有的損失。應(yīng)該嚴(yán)格按照降水的要求來做。

3 預(yù)應(yīng)力錨桿支護的施工工序

預(yù)應(yīng)力錨桿支護的施工順序為：制作錨桿——放樣、定位——鉆機成孔——洗孔、一次注漿——安裝錨桿、二次注漿——養(yǎng)護——張拉鎖定。

3.1 鉆孔

鉆孔施工工藝的選擇是否科學(xué)合理，直接關(guān)系著錨桿的承載能力和工程的整體質(zhì)量，在實際施工過程中，鉆機底部要平整，且不隨機器的震動而出現(xiàn)滑移和傾斜。施工前，鉆機應(yīng)試運轉(zhuǎn)檢查，以防止成孔或灌注中發(fā)生故障。在各項工作準(zhǔn)備就緒后，鉆機要先部分深入泥漿中，鉆孔過程中要連續(xù)。

3.2 錨桿體的制作和安裝

本基坑支護采用的錨桿為直徑150 mm，RRB400級精軋螺紋鋼筋，錨具采用鋼墊板與高強螺栓。根據(jù)工程需求，將預(yù)張拉力值設(shè)置為設(shè)計中的1.05~1.10倍，錨桿的張拉和鎖定值則按照相關(guān)規(guī)定來執(zhí)行。

穿錨。選擇符合要求的錨夾具，根據(jù)錨具外徑，在錨墩鋼墊中心孔周圍設(shè)置對中標(biāo)志。將鋼絞絲按周邊序和中心順序理出，穿入錨具。推錨具與鋼墊板平面接觸。

3.3 灌注水泥漿

在錨桿施工技術(shù)應(yīng)用中，二次注漿是非常重要的，如果不進行二次注漿，那么相應(yīng)的承載力就會下降，但如果在一次注漿的基礎(chǔ)上開展二次注漿，就會在很大程度上增加土體對錨固段的法向應(yīng)力，從而較大的提高土錨的承載力。在開展二次注漿的時候，應(yīng)該根據(jù)工程的實際情況采用底部注漿法，即用注漿導(dǎo)管將水泥漿送到底部，邊注漿邊抽，直至口部流漿后，將口部封堵、加壓。注漿壓力0.4~0.6 MPa，錨桿返漿后即可停止注漿。水灰比控制在0.45~0.5范圍內(nèi)。施工中應(yīng)做好注漿記錄。

3.4 預(yù)應(yīng)力錨桿的張拉和固定

預(yù)應(yīng)力錨桿的張拉應(yīng)該選擇好時機，不能提前張拉，只有當(dāng)錨固段的強度達到15 MPa以上才可以張拉。同時，為了確保錨固工作可靠，錨固段的埋置應(yīng)該達到一定深度，也就是說，要在土壁穩(wěn)定坡線之下。除此之外，在深基坑的維護結(jié)構(gòu)中，錨桿與水平面二者之間會形成一個夾角，為了能夠使張拉力的方向與錨桿的方向保持一致，施工過程中應(yīng)該在該夾角處設(shè)置一個鍥形鐵，以此來使腰梁平面與錨桿預(yù)應(yīng)力鋼筋垂直。

4 深基坑支護工程設(shè)計

4.1 支護結(jié)構(gòu)的選擇

經(jīng)過比較分析，針對現(xiàn)場的實際情況，為了確保工程建設(shè)的科學(xué)性和合理性，對于不同位置的基坑，所采取的支護方式也有所不同，例如：北側(cè)、西側(cè)和東側(cè)的基坑采用的主要是放坡后的土釘墻支護；南側(cè)采用的主要是排樁預(yù)應(yīng)力錨桿聯(lián)合支護，除此之外，在一些特殊的位置，則采用土釘預(yù)應(yīng)力錨桿聯(lián)合支護。

4.2 深基坑支護的沉降點

由于基坑施工、降水，必然會引起周邊建筑物產(chǎn)生沉降和位移。通過實際計算在基坑上共布設(shè)合適的沉降點。

4.3 深基坑的水平位移量

根據(jù)項目設(shè)計方案合理選擇深基坑水平位移量，基坑坡頂水平位移累計絕對值30 mm，變化速度3 mm/d，基坑坡頂豎向位移累計絕對值20 mm，變化速度3 mm/d。深層水平位移40 mm，變化速度3 mm/d。

5 結(jié)語

本文以某建筑物為例結(jié)合實際情況，對基坑周邊采取錨桿支護措施。結(jié)果證明只要在實際操作中，嚴(yán)格按照預(yù)應(yīng)力錨桿支護設(shè)計原則和施工工序，就能獲得經(jīng)濟實用的效益。

[1]涂兵雄.預(yù)應(yīng)力錨桿柔性支護法機理與力學(xué)行為研究[D].大連：大連理工大學(xué)，2013.

[2]李巖.預(yù)應(yīng)力錨桿在深基坑支護中的運用[J].科技風(fēng)，2014（16）：74.

[3]徐松山.預(yù)應(yīng)力錨桿復(fù)合土釘支護穩(wěn)定性分析及數(shù)值模擬方法研究[D].長沙：中南大學(xué)，2012.

[4]耿立立.預(yù)應(yīng)力錨桿復(fù)合土釘結(jié)構(gòu)分析與優(yōu)化設(shè)計[D].邯鄲：河北工程大學(xué)，2012.

[5]劉紅軍，齊鑫，王秀海等.預(yù)應(yīng)力錨桿肋梁在深基坑支護中的應(yīng)用[J].工程地質(zhì)學(xué)報，2011（04）：568-572.

[6]劉映光.預(yù)應(yīng)力土層錨桿在深基坑支護施工中的應(yīng)用[J].科學(xué)之友，2010（02）：29-30.

TU378

A

1673-1093（2015）07-0082-04

李柏生（1967），男，甘肅秦安人，高級工程師，就職于甘肅第五建設(shè)集團公司，研究方向：施工管理。

10.3969/j.issn.1673-1093.2015.07.021

2015-03-23；

2015-03-27