龍曉玲 譚應(yīng)松

（重慶巨能建設(shè)集團(tuán)建筑安裝工程有限公司 重慶 400042）

引言

隨著城市現(xiàn)代化的高速發(fā)展，土地資源緊缺，在城市建設(shè)中，越來(lái)越多的項(xiàng)目設(shè)計(jì)為垂直開(kāi)挖。甚至連地下室剪力墻的模板施工作業(yè)面也被取消，改為單面原槽澆筑。然而，與放坡開(kāi)挖相比，垂直開(kāi)挖受地質(zhì)條件的影響較大，邊坡支護(hù)難度及施工作業(yè)面安全管理難度也相應(yīng)增大。在工程實(shí)踐中，我們發(fā)現(xiàn)用預(yù)錨絲桿單面支模體系取代傳統(tǒng)的鋼管三角斜撐支撐加固單面模板進(jìn)行邊坡支護(hù)擋墻施工是可行的。一方面可保證邊坡施工質(zhì)量，提高施工過(guò)程中的安全系數(shù)；另一方面地下車(chē)庫(kù)剪力墻進(jìn)行單面支模時(shí)可進(jìn)行二次重復(fù)利用，以達(dá)到進(jìn)度快、質(zhì)量好、節(jié)省材料的目的。

1 項(xiàng)目基本情況

某工程位于城市中心，施工場(chǎng)地極為有限，基坑開(kāi)挖采取不放坡垂直開(kāi)挖，板肋式錨桿擋墻設(shè)計(jì)面板厚度為180mm，肋梁厚為400mm，錨桿直徑為φ28mm，每孔3根錨桿，孔徑φ150mm，錨桿長(zhǎng)度為7～19m，間排距為2.5～3mm。地下車(chē)庫(kù)剪力墻為400mm厚。地下室車(chē)庫(kù)剪力墻設(shè)計(jì)為原槽澆筑，不進(jìn)行回填。該錨桿擋墻周邊長(zhǎng)約253m，高約21m，邊坡立面積約5326m2。

2 傳統(tǒng)單面支模方法

錨桿擋墻施工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)為單面模板加固，傳統(tǒng)的加固法采用鋼管三角斜撐，該方法加固安全系數(shù)低，拆模后擋墻表觀質(zhì)量差，施工速度較慢。除此以外這種支模方式主要缺點(diǎn)還有：?jiǎn)蚊嬷渭庸滩焕危菀妆?，混凝土表面平整度得不到保證；斜撐時(shí)需在地面上做地錨，由于受鋼管長(zhǎng)度的影響，當(dāng)支模高度過(guò)大，接長(zhǎng)鋼管容易發(fā)生撓曲；斜撐桿件太多，與腳手架搭設(shè)互相交叉干擾，施工不便；模板支設(shè)過(guò)程中，有的直接把支撐桿件與腳手架連接，以增大支撐力，容易發(fā)生腳手架傾覆，造成安全事故。

3 預(yù)錨絲桿加固模板的設(shè)計(jì)研究

預(yù)錨絲桿模板加固法是將制作好的絲桿一端埋入邊坡中，另一端作為自由端，利用螺帽緊固，在支模時(shí)作為對(duì)拉螺桿來(lái)進(jìn)行模板加固。這種方法能夠很好地解決支撐問(wèn)題，由于減少了斜撐，且不防礙土石方開(kāi)挖工作，每次澆筑混凝土高度可達(dá)3m，不易爆模，大大的提高了工作效率。其搭設(shè)方法詳見(jiàn)圖1。

圖1 預(yù)錨絲桿加固單面模板支設(shè)示意圖

采用這種方法需要解決的問(wèn)題有：確定絲桿錨固長(zhǎng)度、絲桿的直徑及預(yù)埋絲桿的間排距。由于本工程采用了錨桿擋墻支護(hù)，因此在施工面板時(shí)，支護(hù)錨桿已經(jīng)施工完成，具有一定的抗拔力，同時(shí)該工程邊坡為中風(fēng)化泥巖，短期內(nèi)具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性，因此支模用得預(yù)錨絲桿只需考慮澆筑混凝土?xí)r的施工荷載即可。

3.1 預(yù)錨絲桿單面支模施工技術(shù)計(jì)算機(jī)仿真分析

3.1.1 ABAQUS軟件簡(jiǎn)介

ABAQUS屬于工程模擬有限元軟件，它擁有一個(gè)豐富的單元庫(kù)，基本可以模擬工程中任何一種材料。用以解決相對(duì)簡(jiǎn)單的線性問(wèn)題和復(fù)雜的非線性問(wèn)題。

3.1.2 數(shù)值分析基本模型的建立

（1）本構(gòu)模型的選擇

在所有的ABAQUS巖土本構(gòu)模型中，本文采用摩爾-庫(kù)侖模型。

（2）幾何模型的建立

該基坑支護(hù)工程，深度達(dá)到21m以上，場(chǎng)地條件受到限制，設(shè)計(jì)為垂直開(kāi)挖，施工時(shí)采用在立面方向分三段，每段7m作為一個(gè)施工段，預(yù)錨絲桿單面支模，每次支模高度為3m，邊坡采用逆作法施工。因此，選取逆作法3m高一斷面進(jìn)行分析。模型中邊坡高為3m，垂直坡面。水平邊界滿足1.5倍邊坡水平距離，豎直邊界滿足2倍邊坡豎直距離。

（3）網(wǎng)格劃分

幾何模型建立后，ABAQUS可采取合適的網(wǎng)格劃分方式和合適的單元類(lèi)型，以獲得最合理的模擬計(jì)算結(jié)果。

（4）邊界條件

將邊坡自然坡面作為自由邊界，底面邊界為固定約束，左右邊界為水平約束，豎直向自由。根據(jù)板面?zhèn)缺谕翂毫τ?jì)算公式，在abaqus中模擬將側(cè)壁土壓力轉(zhuǎn)換為面上的壓力，同時(shí)認(rèn)定邊坡在板肋式錨桿擋墻支護(hù)處于穩(wěn)定狀態(tài)，只分析預(yù)錨絲桿對(duì)模板以及澆筑混凝土?xí)r是否能滿足結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定的作用。

（5）界面單元

為了模擬預(yù)錨絲桿與土的相互作用，ABAQUS程序在接觸Interaction分析步中將他們的關(guān)系定為內(nèi)置區(qū)域（Enbedded Region）。

3.1.3 預(yù)錨絲桿單面支模應(yīng)力分析

在ABAQUS程序中通過(guò)MISES應(yīng)力云圖可以看出：預(yù)錨絲桿能夠支撐模板保證其穩(wěn)定，模板在澆筑混凝土?xí)r和澆筑完畢后能夠承受起澆注荷載和側(cè)面土壓力。當(dāng)澆筑混凝土后，模板側(cè)面承受的壓力最大，此時(shí)模板沒(méi)有發(fā)生變形破壞。因此，預(yù)錨絲桿作為支護(hù)模板的重要構(gòu)件，可以有效地緩解模板變形，明顯加固模板抗壓和變形能力，增加模板的強(qiáng)度和剛度，保持其穩(wěn)定性，并對(duì)控制模板變形有明顯效果。

從邊坡塑性區(qū)截圖可以看出，整個(gè)邊坡應(yīng)力和應(yīng)變都集中在坡角底部，但是整個(gè)模板處于穩(wěn)定的狀態(tài)。這表明，預(yù)錨絲桿加固模板是非常有效的。另外，從位移云圖中看出，預(yù)錨絲桿的剛度對(duì)抑制下一臺(tái)階開(kāi)挖導(dǎo)致的持續(xù)變形發(fā)揮著主要作用?？梢钥闯?，施加了預(yù)錨絲桿固定模板，錨固后基本沒(méi)有塑性區(qū)的出現(xiàn)，這表明由于預(yù)錨絲桿的存在，不僅提高了模板的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，對(duì)邊坡的整體穩(wěn)定沒(méi)有造成影響。

3.1.4 改變預(yù)錨絲桿的參數(shù)對(duì)支模影響分析

（1）預(yù)錨絲桿直徑大小的影響

選取模板左側(cè)最下端一點(diǎn)位移作為參考，其他條件固定，通過(guò)改變預(yù)錨絲桿直徑大小來(lái)分析對(duì)模板加固的影響。

從表1可以看出，隨著預(yù)錨絲桿直徑的增大，端點(diǎn)位移逐漸減小，說(shuō)明增大直徑對(duì)模板穩(wěn)定起到增強(qiáng)作用，但不是越大越好。從現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際和經(jīng)濟(jì)考慮，預(yù)錨絲桿直徑選取φ8～φ14。

表1 預(yù)錨絲桿直徑變化對(duì)位移的影響

（2）預(yù)錨絲桿豎向間距的影響

選取模板左側(cè)最下端一點(diǎn)位移作為參考，其他條件固定，通過(guò)改變預(yù)錨絲桿豎向間距來(lái)分析對(duì)模板加固的影響。

從表2可以看出，隨著預(yù)錨絲桿直徑豎向間距的增大，端點(diǎn)位移逐漸增大，說(shuō)明增大豎向間距對(duì)模板穩(wěn)定起到增強(qiáng)作用。但從現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際和經(jīng)濟(jì)考慮，預(yù)錨絲桿豎向間距不是越小越好，選取0.6～0.8m。

表2 預(yù)錨絲桿豎向間距變化對(duì)位移的影響

（3）預(yù)錨絲桿錨入巖層深度的影響

選取模板左側(cè)最下端一點(diǎn)位移作為參考，其他條件固定，通過(guò)改變預(yù)錨絲桿錨入巖層深度來(lái)分析對(duì)模板加固的影響。

從表3可以看出，隨著預(yù)錨絲桿錨入巖層深度的增大，端點(diǎn)位移逐漸減小，但是增加到2m后，變化不明顯，說(shuō)明增大豎向間距對(duì)模板穩(wěn)定起到增強(qiáng)作用，但無(wú)限增大并不會(huì)有較大的增強(qiáng)。從現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際和經(jīng)濟(jì)考慮，預(yù)錨絲桿錨入巖層深度選取1.0～1.5m。

（4）預(yù)錨絲桿水平間距變化的影響

選取模板左側(cè)最下端一點(diǎn)位移作為參考，其他條件固定，通過(guò)改變預(yù)錨絲桿水平間距來(lái)分析對(duì)模板加固的影響。

表3 預(yù)錨絲桿錨入巖層深度變化對(duì)位移的影響

從表4可以看出，隨著預(yù)錨絲桿水平間距的增大，端點(diǎn)位移逐漸變大，說(shuō)明增大水平間距對(duì)模板穩(wěn)定起到減弱作用，但無(wú)限縮小也不合理。從現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際和經(jīng)濟(jì)考慮，預(yù)錨絲桿水平間距選取0.6～1.2m較為合適。

表4 預(yù)錨絲桿水平間距變化對(duì)位移的影響

3.1.5 利用ABAQUS的仿真分析，得出以下主要結(jié)論

（1）該預(yù)錨絲桿單面支模結(jié)構(gòu)完全滿足強(qiáng)度、變形和穩(wěn)定的要求；

（2）預(yù)錨絲桿宜選用直徑宜為φ8～φ14，豎向布置間距0.6～0.8m，橫向布置間距0.6～1.2m，預(yù)絲桿錨入巖層深度1.0～1.5m。

3.2 施工參數(shù)的計(jì)算

3．2.1 確定預(yù)錨絲桿參數(shù)

預(yù)錨絲桿長(zhǎng)度=錨固長(zhǎng)度+支模工作長(zhǎng)度=錨固長(zhǎng)度+混凝土面板厚度+木楞截面高度+鋼楞直徑（一般用鋼管）+山型卡等需長(zhǎng)度。

則預(yù)錨絲桿長(zhǎng)度=1.2+0.18+0.09+0.048+0.1=1.618m，取1.65m。

可見(jiàn)，拆模后外露絲桿還有1.65-1.2-0.18=0.27m，完全滿足后期施工地下室擋墻支模時(shí)的接長(zhǎng)搭接長(zhǎng)度。

最終確定預(yù)錨絲桿的參數(shù)為：直徑為φ14mm，有效直徑為φ12.1mm；錨孔直徑為φ28mm，錨入深度為1.2m，外露0.45m作為模板加固的對(duì)拉螺桿；灌注砂漿為M30水泥砂漿，預(yù)錨絲桿施工20d后，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)抗拔強(qiáng)度可達(dá)到17kN，基本滿足支模要求。

3.2.2 錨固參數(shù)確定

由于砂漿錨桿達(dá)到強(qiáng)度時(shí)間較長(zhǎng)，影響施工進(jìn)度。樹(shù)脂錨桿既有砂漿錨桿具有的優(yōu)點(diǎn)，還可解決砂漿達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度時(shí)間周期長(zhǎng)的問(wèn)題。樹(shù)脂錨桿分為端頭錨固和全長(zhǎng)錨固，結(jié)合邊坡巖石情況，本工程采用端頭錨固型。

通過(guò)計(jì)算比較，本工程樹(shù)脂錨桿技術(shù)參數(shù)確定為：直徑為φ14mm，錨孔直徑為φ28mm，錨入深度為0.5m，總長(zhǎng)0.95m，外露0.27m作為模板加固的對(duì)拉螺桿，錨固劑為MSK23350型。經(jīng)試驗(yàn)，預(yù)錨絲桿施工1h后現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)抗拔強(qiáng)度可達(dá)到50kN以上，滿足支模要求。

4 預(yù)錨絲桿單面支模技術(shù)在項(xiàng)目中的應(yīng)用

4.1 施工工藝流程

主要施工工藝為：土石方開(kāi)挖→搭設(shè)施工支架及平臺(tái)→邊坡修整→擋墻錨桿施工→預(yù)埋絲桿錨孔測(cè)量定位、鉆孔、清孔、驗(yàn)孔→安裝樹(shù)脂藥卷及絲桿→肋板柱鋼筋制安→安裝單面模板→用螺帽固定模板→混凝土澆筑。

4.2 主要工序施工方法

主要工序包括錨桿擋墻和預(yù)埋絲桿兩部分，錨桿擋墻施工方法不再詳述，這里重點(diǎn)介紹預(yù)埋絲桿和模板安裝的方法。

4.2.1 施工準(zhǔn)備

主要施工機(jī)械包括空壓機(jī)、錨桿鉆機(jī)、風(fēng)鎬、壓漿機(jī)、鋼筋調(diào)直機(jī)、切割機(jī)、彎曲機(jī)、電焊機(jī)等，主要工程材料包括擋墻錨桿、預(yù)埋絲桿、模板、鋼筋、混凝土等。

4.2.2 錨桿擋墻施工順序

錨桿擋墻豎向每6m為一個(gè)逆作法施工段，豎向6m內(nèi)施工中采用順作法，每3m一次模板支護(hù)、混凝土澆筑，從下到上進(jìn)行施工。

嚴(yán)格控制分層分段開(kāi)挖，坡面開(kāi)挖時(shí)要按測(cè)量人員精確定點(diǎn)、標(biāo)高進(jìn)行，嚴(yán)格控制每層開(kāi)挖的深度和垂直度。分層高度與支護(hù)錨桿高程適應(yīng)，按照逆作法施工，先做好冠梁然后做下面肋梁和面板。當(dāng)邊坡開(kāi)挖高度為6m左右時(shí)開(kāi)始鉆孔、注漿，支模，6m高度模板分2次支護(hù)到位，每支護(hù)一次模板澆筑一次混凝土。開(kāi)挖與錨桿擋墻施工交替進(jìn)行，錨桿、冠梁、豎肋、面板的強(qiáng)度均達(dá)到85%后方可進(jìn)行下階開(kāi)挖，開(kāi)挖與錨桿擋墻施工應(yīng)分段跳槽進(jìn)行，每15m為一個(gè)施工段。

4.2.3 預(yù)埋絲桿施工

（1）測(cè)量放線：按設(shè)計(jì)的間排距確定絲桿位置。

（2）預(yù)埋絲桿鉆孔：采用YT-28型風(fēng)動(dòng)鉆機(jī)，直徑為φ28mm，深度為1.2m，鉆孔后清孔、驗(yàn)孔，用壓風(fēng)清掃眼孔浮塵。

（3）安裝絲桿：樹(shù)脂錨桿φ14mm長(zhǎng)0.95m，錨固劑為MSK23350型。

4.2.4 模板安裝

（1）安裝模板前，用高壓風(fēng)吹巖面，清除泥垢。

（2）模板采用九夾板，面板厚度18mm。冠梁、面板與豎肋采用木模板。

（3）根據(jù)預(yù)埋絲桿位置在木模板預(yù)先鉆孔，孔徑保證φ14預(yù)埋絲桿能夠順利穿過(guò)，然后安裝墊板，用螺帽固定模板。

（4）模板直接放在基巖上，下端面板預(yù)留鋼筋彎鉤保證搭接長(zhǎng)度，如有封閉不嚴(yán)實(shí)處，必須補(bǔ)好，保證不漏漿。

（5）為保證拆模方便，絲桿外露尺寸不能太長(zhǎng)。外露長(zhǎng)度必須保證車(chē)庫(kù)剪力墻模板加固時(shí)方便有效使用。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)實(shí)踐表明使用預(yù)錨絲桿加固取代傳統(tǒng)鋼管支撐加固，減少了水泥、混凝土、鋼管、扣件等材料的使用。其結(jié)構(gòu)形式好，具有良好的受力性能。技術(shù)可靠、使用安全、優(yōu)質(zhì)高效。該預(yù)錨絲桿不僅用于單面模板加固，還可以在采用原槽澆筑的地下室擋土墻（剪力墻）施工時(shí)重復(fù)利用，節(jié)約后期施工成本。綜合造價(jià)更經(jīng)濟(jì)，在建設(shè)集約型、環(huán)保型社會(huì)的今天，更顯得意義重大。

[1]（美）薩伯，（美）巴布斯卡，著.謝宗蕻，等譯.有限元分析的數(shù)學(xué)建模、校核與驗(yàn)證.中航出版?zhèn)髅接邢薰荆?013.

[2]張向東，張樹(shù)光，劉松，編著.錨桿支護(hù)配套技術(shù)設(shè)計(jì)與施工.中國(guó)計(jì)劃出版社，2003.

[3]蘇自約，等主編.巖土錨固技術(shù)的新發(fā)展與工程實(shí)踐.人民交通出版社，2008.