吳麗萍，莫韜韜

（長(zhǎng)春工程學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春 130012）

群錨效應(yīng)是指當(dāng)基坑支護(hù)中錨桿的布置間距較小時(shí)，錨桿在地層中產(chǎn)生的應(yīng)力場(chǎng)會(huì)相互重疊，這時(shí)錨桿的承載能力就會(huì)降低，且會(huì)增加基坑的變形量，甚至影響基坑安全。規(guī)范中規(guī)定錨桿間距不宜小于1.5 m來(lái)避免群錨效應(yīng)，然而由于土體的復(fù)雜性和錨桿長(zhǎng)度及孔徑等的影響，預(yù)應(yīng)力錨桿中存在不同程度的群錨效應(yīng)問(wèn)題[1]，關(guān)于如何正確避免群錨效應(yīng)以及群錨效應(yīng)下錨索軸力損失規(guī)律的研究，在如今顯得越來(lái)越重要。

1 群錨效應(yīng)研究現(xiàn)狀

張昕等[2]將群錨效應(yīng)的產(chǎn)生歸于兩大原因，一是錨桿在土體中的應(yīng)力場(chǎng)發(fā)生重疊，相當(dāng)于失去了部分土體重力；二是剪切應(yīng)變場(chǎng)內(nèi)側(cè)剪切帶相互影響，導(dǎo)致群錨喪失了部分剪切強(qiáng)度。李峰等[3]通過(guò)數(shù)值模擬的方法對(duì)施加預(yù)應(yīng)力錨索的巖體中應(yīng)力場(chǎng)和變形場(chǎng)的變化特征進(jìn)行了計(jì)算分析。馬向前[4]通過(guò)三錨、四錨試驗(yàn)得出：四錨（矩形）布置形式的承載能力與位移控制均優(yōu)于三錨（三角形）布置形式。

在前人的研究基礎(chǔ)上，本研究擬建立Midas GTS NX有限元模型，對(duì)多根錨索在不同間距下的受力情況進(jìn)行模擬分析，得出不同情況下群錨效應(yīng)對(duì)錨索軸力的影響關(guān)系。

2 模型數(shù)據(jù)選取及建模

為使模擬結(jié)果貼合實(shí)際情況，模型中各土層信息及支護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)均參考吉林省長(zhǎng)春市某實(shí)際樁錨支護(hù)深基坑工程，選用的各土層主要物理力學(xué)參數(shù)如表1所示。

表1 土層參數(shù)

為了減小模擬時(shí)基坑的角部效應(yīng)影響，基坑模型尺寸采用30.0 m（長(zhǎng)）×10.0 m（寬）×7.0 m（深）的條形基坑，錨索布置在長(zhǎng)邊中部進(jìn)行受力分析，考慮開(kāi)挖產(chǎn)生的影響，模型邊界大小設(shè)定為70.0 m（長(zhǎng)）×50.0 m（寬）×15.0 m（深）。

支護(hù)形式采用“鋼筋混凝土樁+預(yù)應(yīng)力錨索”，支護(hù)樁樁徑為0.6 m，樁長(zhǎng)為9.0 m，樁間距為1.0 m，錨索參數(shù)如表2所示（為方便研究，只布置3根錨索）。

表2 錨索參數(shù)

模型中支護(hù)樁等剛度轉(zhuǎn)換為地下連續(xù)墻進(jìn)行模擬，錨索采用1D植入式桁架模擬，模擬情況與實(shí)際情況的吻合度較高，已被大量試驗(yàn)研究證明，基坑網(wǎng)格模型如圖1所示。

圖1 基坑網(wǎng)格模型

3 模擬結(jié)果及分析

開(kāi)挖完成后的支護(hù)結(jié)構(gòu)整體變形如圖2所示，結(jié)果顯示：長(zhǎng)邊位移明顯大于短邊位移，且南側(cè)長(zhǎng)邊因施加了錨索，樁身位移相比未加錨索的一側(cè)明顯變小，可見(jiàn)模型參數(shù)選取較為合理，模擬結(jié)果基本符合實(shí)際情況，可以進(jìn)行下一步試驗(yàn)分析。

圖2 支護(hù)結(jié)構(gòu)變形云圖

3.1 表征群錨效應(yīng)的指標(biāo)

本研究采用測(cè)定開(kāi)挖完成后中間錨索在相鄰錨索影響下的軸力大小差異來(lái)表征群錨效應(yīng)，此數(shù)據(jù)易于獲取，結(jié)果也相對(duì)可靠。在后處理選項(xiàng)中選擇施工階段，在Truss Element Forces欄點(diǎn)擊Axial Force選項(xiàng)即可顯示該階段錨索軸力云圖（見(jiàn)圖3）。由圖3可知，在1.0 m間距下，中間錨索最大軸力明顯小于兩邊的錨索，軸力損失約22.3 kN，表明此時(shí)中間錨索受群錨效應(yīng)的影響較為嚴(yán)重。

圖3 開(kāi)挖完成后錨索軸力云圖

3.2 不同間距下的群錨效應(yīng)

根據(jù)現(xiàn)行的《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》，錨桿的水平間距不宜小于1.5 m；多層錨桿的豎向間距不宜小于2.0 m。由于實(shí)際施工中錨索豎向間距很少出現(xiàn)小于2.0 m的情況，本研究只分析不同水平間距下的群錨效應(yīng)。

在上一個(gè)模型的基礎(chǔ)上，改變各錨索的水平間距，其他條件不變，共分5組試驗(yàn)進(jìn)行建模分析，所用數(shù)據(jù)如表3所示。

表3 各試驗(yàn)組錨索參數(shù)

將3道錨索按所處位置分別命名為左錨、中錨和右錨，整理試驗(yàn)組所得數(shù)據(jù)，結(jié)果如表4所示。

表4 各試驗(yàn)組錨索軸力變化

從試驗(yàn)結(jié)果可以看出，群錨效應(yīng)受水平間距影響較大。當(dāng)錨索按水平間距為1.0 m布置時(shí)，左、右錨索軸力明顯大于中錨，表明中錨受群錨效應(yīng)影響較為嚴(yán)重，最大軸力相比于左、右錨索損失率約為17.1%；當(dāng)水平間距為1.5 m時(shí)，3根錨索的最大軸力均上升，但中錨軸力上升速率明顯大于左、右錨索，表明群錨效應(yīng)影響明顯減弱，但最大軸力相比于兩邊錨索仍損失約6.6%；當(dāng)水平間距為2.0 m時(shí)，中錨的最大軸力繼續(xù)上升，但速率相比于上組明顯減小，而此時(shí)3道錨索的最大軸力已經(jīng)相差無(wú)幾，中錨最大軸力相比于左、右錨索損失率僅為1.5%，表明此時(shí)群錨效應(yīng)的影響已經(jīng)較為微弱；當(dāng)水平間距繼續(xù)加大至2.5 m和3.0 m時(shí)，雖然中錨的最大軸力仍在上升，但速度越來(lái)越慢，且中錨的最大軸力與兩邊錨索基本一致，此時(shí)群錨效應(yīng)影響已十分微弱，可以忽略不計(jì)。

由此可以得出，1.5～2.0 m是布置預(yù)應(yīng)力錨索時(shí)較為合理的水平間距，既可大幅度避免群錨效應(yīng)造成的危害，也能防止間距過(guò)大導(dǎo)致支護(hù)結(jié)構(gòu)安全系數(shù)降低。

4 結(jié)論

（1）預(yù)應(yīng)力錨索宜采取水平間距1.5～2.0 m進(jìn)行施工，此間距下既可避免群錨效應(yīng)，充分發(fā)揮錨索的錨固力，又能防止間距過(guò)大出現(xiàn)支護(hù)結(jié)構(gòu)安全系數(shù)降低的風(fēng)險(xiǎn)。

（2）當(dāng)水平間距取1.0 m時(shí)，據(jù)模擬所得結(jié)果，中間錨索受群錨效應(yīng)影響，軸力最大損失率達(dá)17.1%。