俞春飛　殷振　何洲

摘要：普通錨索由于在支護功能失效后無法回收而對城市地下空間造成了嚴重的環(huán)境污染，使之成為亟需解決的問題。在基坑工程支護中，采用可回收錨索，不僅可以降低造價，更重要的是可以解決臨時支護造成的地下建筑垃圾的問題。文章采用小應(yīng)變土體本構(gòu)模型對可回收錨索承載的影響因素進行了數(shù)值計算分析。

關(guān)鍵詞：可回收錨索；HSS模型；有效應(yīng)力指標(biāo)；數(shù)值模擬；基坑工程支護；城市地下空間 文獻標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TU757 文章編號：1009-2374（2017）10-0093-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.10.046

土釘墻支護型式具有成本低、施工快速的優(yōu)點，是基坑工程一種主要圍護結(jié)構(gòu)形式，曾獲得廣泛應(yīng)用。但隨著地下空間開發(fā)利用過程中，大面積土釘墻的不可回收性從而造成對地下污染，影響后繼地下空間的開發(fā)利用，如地鐵建設(shè)中的盾構(gòu)機的推進施工等。因此土釘墻已經(jīng)很少在基坑圍護設(shè)計中因為超過紅線問題而被采納，但可回收錨索具有快速施工、節(jié)約成本、基坑開挖空間大、節(jié)能環(huán)保而在工程實際中得到了一定的應(yīng)用。王東欣對深基坑中的可回收預(yù)應(yīng)力錨索施工技術(shù)進行了探討。李克金在無錫某廣場深基坑工程中運用旋噴可回收錨索。丁仕輝基于定值錨頭的可回收錨索設(shè)計與施工方法，工藝簡單、性能可靠、成本低廉、便于施工，回收率可達到100%。彭建忠等在佛山新城CBD超大基坑支護工程中采用了壓力型預(yù)應(yīng)力可回收錨索，并對回收率、錨固長度、預(yù)應(yīng)力損失等關(guān)鍵問題進行了討論。

本文擬通過數(shù)值計算對可回收錨索受力和變形進行分析，從而為可回收錨索的工程應(yīng)用提供依據(jù)。

1 土體本構(gòu)模型及樁土模型

1.1 土體本構(gòu)模型

土體受力變形具有典型的應(yīng)力依賴性，土體偏應(yīng)力與主方向應(yīng)變成強非線性關(guān)系，而且不同深度處的土體的靜水壓力不同，在受力變形過程中產(chǎn)生超孔隙水壓力，均會對土體的有效應(yīng)力產(chǎn)生影響。為此對結(jié)構(gòu)與土共同作用進行分析時，需要采用與土體應(yīng)力狀態(tài)有關(guān)的有效應(yīng)力本構(gòu)模型，目前公認能反映土體非線性三軸應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系曲線，且能夠反映加卸模量不同的本構(gòu)模型為硬化土體小剛度模型（即HSS），偏應(yīng)力與軸向應(yīng)變關(guān)系曲線如圖1所示，標(biāo)準(zhǔn)三軸固結(jié)排水試驗時偏應(yīng)力q與軸向應(yīng)變-的關(guān)系曲線，二者呈雙曲線關(guān)系，見式（1）所示。HSS本構(gòu)模型的塑性部分采用莫爾庫侖屈服面，見圖2所示。HSS本構(gòu)模型中，還需要輸入兩個參數(shù)，分別為式（2）和式（3）。

1.2 樁土界面本構(gòu)模型

錨索的錨固體采用水泥土復(fù)合體，通過與其周圍的土體發(fā)生相對滑移使界面摩阻力進行發(fā)揮，本次數(shù)值計算時錨固體簡化為梁單元，PLAXIS中提供了嵌入樁，該單元能夠?qū)崿F(xiàn)梁與周圍土體的切向和法向的相互作用，界面上存在兩個法向和一個切向，如圖3所示，其控制方程如式（4）所示，由該式可見，兩個切向彈簧和一個法向彈簧的受力變形相互獨立，不耦合。錨固體端部也簡化為彈簧，見圖4所示。

2 有限元模型的建立

采用15節(jié)點平面應(yīng)變?nèi)切螁卧M行網(wǎng)格剖分，得到圖5所示的有限元網(wǎng)格，單元數(shù)為424個節(jié)點數(shù)為3554個，在嵌入樁附近網(wǎng)格自動進行了加密，在嵌入樁一端施加水平向強制位移。

HSS本構(gòu)模型參數(shù)，只需要確定壓縮模量Es，其它模量與該模型成比例關(guān)系?？蓮牡乜眻蟾娈?dāng)中查找到壓縮模量ES 0.1～0.2，判斷土體的軟硬程度，估算HSS本構(gòu)的四個剛度參數(shù)，通常可按照以下關(guān)系選?。?/p>

3 有限元數(shù)值計算分析

軟黏土的壓縮模量為2MPa，圖6和圖7分別給出了錨固體埋置深度5m和10m時拉力與加載點的水平位移關(guān)系曲線，由圖可見，隨著錨固體長度增加，拉力逐步增加，但不同錨固體長度時初始剛度差別不大。圖8給出了土體類型對拉力與位移關(guān)系的影響圖，由圖可見，隨著土性參數(shù)變好，拉力極限承載力和上升段的剛度均有所增加。圖9給出了地下水位深度對拉力與位移關(guān)系曲線的影響圖，由圖可見，隨著地下水位的下降，作用于錨固體上有效應(yīng)力增加，從而增加了初始剛度和錨固體的極限抗力。

4 結(jié)語

基于PLAXIS平臺，采用平面應(yīng)變有限單元法，對錨固體的拉力與位移關(guān)系全曲線關(guān)系進行了數(shù)值模擬分析，通過分析得出：（1）埋置于土體中的可回收錨索拉力與位移關(guān)系曲線呈理想彈塑性受力變形特點；（2）錨固體的極限拉拔力與錨固體的長度呈線性增長關(guān)系，設(shè)計時根據(jù)需要進行選取；（3）土層中地下水位的下降可較大程度上提高錨固體的承載力，因此在基坑應(yīng)用中可通過一定的降水提高錨固體的抗力。

參考文獻

[1] 王東欣.深基坑可回收錨索施工技術(shù)[J].鐵道建筑技術(shù)，2014，（1）.

[2] 李克金.可回收預(yù)應(yīng)力錨索在深基坑工程中的應(yīng)用技術(shù)研究[J].鐵道建筑技術(shù)，2015，（5）.

[3] 丁仕輝.基于定值錨頭的可回收錨索設(shè)計與施工[J].巖土錨固工程，2015，（9）.

[4] 彭建忠，張正乾，劉少躍.預(yù)應(yīng)力可回收錨索在超大基坑工程中的應(yīng)用[J].廣東水利水電，2015，（2）.

作者簡介：俞春飛（1983-），男，浙江諸暨人，杭州（九喬）國際商貿(mào)城江干區(qū)塊建設(shè)指揮部辦公室（中國杭州四季青服裝發(fā)展有限公司）工程師，注冊二級建造師，研究方向：土木工程、市政基礎(chǔ)設(shè)施工程。

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