劉立偉 張吉慶 侯中偉 張子明

(青島瑞源工程集團有限公司，山東 青島 266555)

1 概述

基坑工程由于不確定因素較多，具有一定的危險性。特別是在錨桿支護結(jié)構(gòu)施工過程中，錨固體與土體間力學(xué)作用復(fù)雜，稍有不慎就會影響支護效果，危害基坑安全。李明瑛等[1]基于Midas軟件建立了三維深基坑模型，研究了基坑開挖及地下室施工過程中擋土樁的水平位移、豎向位移以及錨桿錨固力等的變化規(guī)律，為變形控制設(shè)計與工程監(jiān)測提供依據(jù)。李永[2]利用ANSYS有限元軟件對基坑的開挖過程進行了數(shù)值模擬，研究由于對錨桿施加預(yù)應(yīng)力而產(chǎn)生的應(yīng)力集中現(xiàn)象，使得樁與錨桿接觸部位的周圍小范圍內(nèi)應(yīng)力相對較大。賈金青等[3]利用FLAC軟件模擬了基坑支護中，錨桿形式對錨桿預(yù)應(yīng)力設(shè)計值的影響及其對滑移帶的影響進行了研究。鐘連祥等[4]利用有限元軟件Midas對深基坑樁錨支護結(jié)構(gòu)進行了數(shù)值模擬研究，通過對比基坑土體變形值和實際監(jiān)測變形值，驗證了此模型的準確性和可行性,得出錨桿軸應(yīng)力在自由段分布均勻，在錨固段逐漸減小的變化規(guī)律。此外，深入分析了深基坑樁錨支護結(jié)構(gòu)變形的影響因素。

2 錨桿支護設(shè)計基本理論

2.1 錨桿設(shè)計計算

軸力計算：

通常將錨桿視作簡支梁，然后用近似計算的方法來計算錨桿的支護軸力：取寬為基坑側(cè)壁上相鄰兩排錨桿間距，高為基坑側(cè)壁高度的梁模型，模型中錨桿軸心受拉力，其大小為：

(1)

其中，Rn為基坑側(cè)壁支反力；α為面層豎向傾斜角度;β為桿件與水平方向夾角。

承載力計算：

錨桿支護結(jié)構(gòu)的目的是保證極限狀態(tài)下不會被從支護體中拔出，因此錨桿承載力需要滿足三個條件：

1)桿體抗拔力要求：

(2)

2)錨固段抗拔力要求:

(3)

3)錨下結(jié)構(gòu)承載力:

TR≤R

(4)

其中，fyk為鋼筋抗拉強度標準值；d為桿體部分直徑；D為鉆孔直徑；n為錨桿桿體根數(shù)；fmg為地層土體和注漿體的粘結(jié)強度；fms為錨桿和注漿體部分粘結(jié)強度；R為錨下結(jié)構(gòu)部分保證整體穩(wěn)定狀態(tài)下的承載力最小值。

2.2 錨桿的施工與施工監(jiān)測

2.2.1施工

錨桿支護結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量會影響到基坑的安全、成本和質(zhì)量，其主要包含以下施工過程：

1)錨桿鉆孔作業(yè)。

錨桿的鉆孔成孔作業(yè)關(guān)乎錨固結(jié)構(gòu)的成本、工期和質(zhì)量，是錨桿施工中的重要工序。鉆孔作業(yè)必須按照設(shè)計圖紙及相關(guān)規(guī)定進行操作，將鉆孔直徑、孔深、傾角等嚴格控制在誤差允許范圍內(nèi)。為確保鉆孔質(zhì)量，鉆孔過程可根據(jù)地質(zhì)條件采用干法或濕法作業(yè)，使用沖擊鉆或旋挖鉆進行操作。

在我國傳統(tǒng)的肉羊養(yǎng)殖過程中，在飼料加工利用方面的技術(shù)是較為匱乏的，通常是利用養(yǎng)殖地區(qū)秸稈資源來進行粗放式飼養(yǎng)，但是由于作物秸稈中所含有的木質(zhì)纖維以及纖維素非常豐富，營養(yǎng)能量較低，使得在這種粗放式飼養(yǎng)的過程中肉羊?qū)τ诮斩挼南臀蛰^為困難，不但會造成飼料的浪費，同時也不利于肉羊增重。為了更好的提升肉羊?qū)斩挼奈眨梢詫斩掃M行發(fā)酵處理，通過微貯加工技術(shù)來有效的提升肉羊?qū)τ陲暳现叙B(yǎng)分的吸收率，從而使肉羊可以迅速增重。

2)錨桿安裝。

打入巖土層的錨桿在被拉拔至平衡狀態(tài)的過程中，預(yù)緊力會逐漸喪失，為起到降低預(yù)緊力損失的效果，錨桿桿體通常采用強度較高的鋼筋或鋼絞線。錨桿安裝前要仔細檢查確認上一步的施工質(zhì)量，避免浪費材料和時間。

3)錨桿注漿。

錨桿中錨固所用灌漿根據(jù)巖土體性質(zhì)可選擇水泥砂漿或水泥漿，利用注漿泵，以0.1 MPa～12 MPa的注漿壓力注入巖土體，使得錨桿和周邊巖土體錨固成整體。

4)預(yù)應(yīng)力張拉。

若使用預(yù)應(yīng)力錨桿則需要對鋼筋、鋼絞線進行張拉以產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力，普通錨桿不需要進行張拉作業(yè)。

5)錨桿防腐。

由于錨桿工作環(huán)境為巖土體，巖土體內(nèi)含酸/堿性水、金屬離子等腐蝕錨桿的不利因素，因此需要對錨桿進行外露段涂瀝青、桿體用砂漿封閉等防腐工作。

2.2.2監(jiān)測

基坑施工過程中監(jiān)測的目的是及時掌握支護體的變形、錨桿軸力變化等情況，通過對當前支護效果的評價來指導(dǎo)下一步設(shè)計和施工工作。需要監(jiān)測的內(nèi)容有以下幾點：

1)變形：包括基坑沉降量以及基坑側(cè)壁位移量，還有基坑周邊道路、建筑的下沉量；

2)力：包括錨桿所受軸力和剪力。

3 基坑錨桿支護數(shù)值模擬

以青島南下莊小區(qū)基坑為背景。

3.1 數(shù)值模型

基坑模型尺寸為長×寬×高=260 m×10 m×30 m，為摩爾庫侖本構(gòu)關(guān)系。從距離模型左邊界60 m處開挖，第一次開挖2.5 m深，在距離基坑開挖頂部2.2 m處布置15 m長錨桿，傾斜角度為25°，橫向排距為2 m；第二次開挖2 m，布置第二批長度11 m的錨桿，縱向間距1.6 m，橫向排距2 m，傾斜角度為25°；第三次開挖2 m，布置第三批長度9 m的錨桿，縱向間距1.6 m，橫向排距2 m，傾斜角度為25°；錨桿布置如圖1所示。

3.2 模擬結(jié)果分析

3.2.1基坑變形分析

監(jiān)測基坑側(cè)壁上距頂部2 m處點的變形，導(dǎo)出未支護方案和錨固支護下監(jiān)測點的水平位移變化趨勢圖如圖2所示。

從圖2中可以看出，未對基坑側(cè)壁進行錨固支護時，其經(jīng)過三次開挖，變形呈顯著增大趨勢，最大約達到10 mm，通過錨固支護后，基坑側(cè)壁變形減緩，第三次開挖后變形約為4 mm，降低了60%，說明錨固效果明顯。

3.2.2錨桿軸力分析

監(jiān)測三次開挖下錨桿最大軸力，制作最大軸力變化趨勢圖如圖3所示。

從圖3可以看出，隨著開挖深度增加，錨桿軸力不斷增大，還發(fā)現(xiàn)錨桿軸力峰值出現(xiàn)在第一次支護的錨桿上，說明土體開挖使得基坑側(cè)壁上土體產(chǎn)生傾斜下滑的趨勢，此趨勢隨開挖深度增加愈發(fā)明顯，這將導(dǎo)致錨固體與土體間摩阻力提升，錨固效果得到增強，可以防止土體發(fā)生滑移破壞。

4 結(jié)語

本文淺談了錨桿支護設(shè)計的基本理論，論述了錨桿支護施工中的注意事項和監(jiān)測內(nèi)容，然后以青島地區(qū)某基坑工程為背景進行有限元模擬，通過監(jiān)測有無錨固支護兩種方案下基坑側(cè)壁變形與錨桿軸力變化趨勢，發(fā)現(xiàn)錨固可以顯著降低基坑側(cè)壁水平位移，且錨桿軸力峰值出現(xiàn)在第一次支護的錨桿。