吳顯廷，王宇涵，李秋莎

(中國礦業(yè)大學(xué)(北京)力學(xué)與建筑工程學(xué)院，北京 100083)

1 概述

預(yù)應(yīng)力錨桿作為工程支護(hù)(基坑、邊坡)的一種重要的技術(shù)手段，由于其使用效果好、施工方便等原因，被廣泛的應(yīng)用于各種基坑及邊坡支護(hù)工程中[1]。預(yù)應(yīng)力錨桿早在20世紀(jì)初就開始被用作一種新的支護(hù)手段運(yùn)用到實(shí)際工程中；預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)逐漸走入大眾眼里是在20世紀(jì)50年代～70年代，越來越多的人學(xué)習(xí)并使用這一技術(shù)并將它運(yùn)用到工程中去，把該技術(shù)推到了一個(gè)新的高度。隨著國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展加快，我國城市建設(shè)力度也越來越大，城市地下空間的工程也越來越多，使得深基坑工程也增多，預(yù)應(yīng)力錨桿的需求以及應(yīng)用也逐漸變大。作為一種臨時(shí)性支護(hù)措施，錨桿僅在工程建設(shè)支護(hù)初期發(fā)揮作用，如果建設(shè)完成后被永久埋藏于地下無法取出，這樣不僅導(dǎo)致了極大的浪費(fèi)，而且長期占用大量的地下空間、形成地下垃圾，給周圍地下空間的開發(fā)利用造成了極大的不利[2]。

地塊的使用范圍在許多國家和地區(qū)是受到法律法規(guī)和一些規(guī)定限制了的。建設(shè)者在施工時(shí)是不被允許超過紅線范圍的，包括地下深度、地上高度建筑范圍的長度和寬度等。但是，由于普通錨桿(索)會長期占據(jù)大量地下空間，因此其使用已逐漸受到限制?？苫厥招皖A(yù)應(yīng)力錨桿因其可回收的機(jī)制不會遺留在地下空間造成環(huán)境污染，也不會對周邊的地下工程造成影響而且還可以反復(fù)回收利用降低造價(jià)。

迄今為止，建筑用地范圍和施工空間紅線在我國很多城市和地區(qū)是被做了規(guī)范的，超出規(guī)定的范圍及紅線是不被允許的。其中，廈門、昆明的規(guī)定為限制錨桿支護(hù)穿越紅線，但如果相鄰業(yè)主同意的話也是可以越界的；武漢地區(qū)僅規(guī)定基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)(含錨桿)不得超出工程項(xiàng)目的規(guī)劃紅線范圍，未對必要的越界行為提出相應(yīng)解決措施；佛山對此的規(guī)定就比較嚴(yán)格，其規(guī)定了只要錨索超出了規(guī)定的工程用地紅線范圍就不得使用錨索了(見表1)。此外，許多城市比如廣州、深圳、蘇州等，雖然沒有明確條文規(guī)定錨桿不能出紅線，但在實(shí)際應(yīng)用中，一般是以錨桿不能出本方紅線為設(shè)計(jì)基礎(chǔ)的。

表1 國內(nèi)部分城市關(guān)于錨桿超出紅線范圍的相關(guān)規(guī)定

北京地區(qū)目前尚未出臺政府性的文件來約束錨桿出用地紅線的問題，相關(guān)應(yīng)用也比較少。但是，在“麗澤SOHO基坑支護(hù)項(xiàng)目”“新起點(diǎn)嘉園二期(創(chuàng)輝大廈)基坑支護(hù)”等項(xiàng)目中，由于基坑周邊涉及到規(guī)劃地鐵的情況，留置在土體中的鋼絞線對后期地鐵隧道暗挖施工不利，基坑使用結(jié)束后需要將其回收，必須使用可回收錨桿?？梢灶A(yù)見，隨著此類項(xiàng)目的增多，未來北京地區(qū)可回收錨桿的使用將會越來越普遍，可回收錨桿應(yīng)用也必將愈加廣泛，研究可回收型錨桿在北京地區(qū)的應(yīng)用，具有非常廣闊而深遠(yuǎn)的意義。

2 模型建立及計(jì)算分析

為了研究可回收錨桿與周邊巖土體的作用機(jī)理，本節(jié)將采用有限差分?jǐn)?shù)值模擬研究手段對可回收型錨桿孔壁處(漿液結(jié)石體外側(cè))沿軸線方向的剪應(yīng)力、壓應(yīng)力分布規(guī)律進(jìn)行分析。

2.1 力學(xué)模型的建立

為了建立合理的計(jì)算模型，結(jié)合前面關(guān)于可回收錨桿的錨固及作用機(jī)理，建立如圖1所示的錨桿模型計(jì)算簡圖。由于可回收錨桿采用無粘結(jié)鋼絞線，其錨固作用實(shí)際是通過鋼絞線將拉力傳遞給承載板，再通過承載板給結(jié)石體施加壓力。也就是說，可回收錨桿與周邊圍巖的相互作用主要是體現(xiàn)在漿液結(jié)石體上的，因此建模時(shí)只需要在承載板上施加對結(jié)石體的壓力來模擬鋼絞線的作用。最終建立的力學(xué)模型簡圖如圖2所示。

2.2 計(jì)算模型與參數(shù)選取

FLAC3D全稱為快速拉格朗日差分分析(Fast Lagrangian Analysis of Continua)，該軟件采用顯式拉格朗日算法和混合-離散分區(qū)技術(shù)，能非常準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)模擬材料的塑性破壞和流動，且無須形成剛度矩陣，采用較小的計(jì)算資源便可以求解大范圍的三維巖土工程問題，因此，該軟件由美國ITASCA公司推出后，廣泛被巖土工程等領(lǐng)域所應(yīng)用[3]。故本文用FLAC3D作為計(jì)算程序，建立的計(jì)算模型如圖3所示，模型尺寸為10 m×10 m×20 m，共包括50 807個(gè)節(jié)點(diǎn)，48 760個(gè)單元。在模型底部施加固定約束；靠近外錨頭的巖體表面為自由面，根據(jù)錨頭墊墩所起的作用，將自由面處錨孔范圍設(shè)為均布力約束，均布力大小等于錨桿施加的預(yù)應(yīng)力除以接觸面積；其余模型表面均采用法向位移約束。通過改變不同Group的材料屬性分別計(jì)算壓力集中型、壓力分散型錨桿的受力狀態(tài)，本研究共建立了三種錨桿模型，如圖4所示，圖4中灰色組為錨桿的承載板，黑色組為鉆孔內(nèi)的漿液結(jié)石體。

鉆孔周邊巖土體以及漿液結(jié)石體均選用Mohr-Coulomb模型，錨桿的承載板選用Elastic實(shí)體模型，圍巖材料計(jì)算參數(shù)根據(jù)北京某基坑項(xiàng)目粉砂細(xì)砂層實(shí)測參數(shù)進(jìn)行選取，各材料物理力學(xué)參數(shù)表如表2所示。

表2 各材料物理力學(xué)參數(shù)表

2.3 計(jì)算結(jié)果與分析

提取結(jié)石體與承載板的軸向力分布云圖，如圖5所示?？梢钥闯龀休d板附近軸力的分布規(guī)律基本相同，由于鋼絞線的拉力直接作用在承載板上，承載板周邊結(jié)石體的壓力最大，出現(xiàn)一定的壓應(yīng)力集中顯現(xiàn)，隨著與承載板距離的增加，結(jié)石體上的壓力值逐漸減小。

對比不同承載體數(shù)目下結(jié)石體軸力的曲線圖(見圖6)，可以看出，由于可回收錨桿屬于壓力型錨桿，承載體數(shù)目發(fā)生變化時(shí)，各個(gè)錨固單元的受力規(guī)律沒有發(fā)生變化，均是承載板附近結(jié)石體的壓力值最大；在單根錨桿施加相同預(yù)應(yīng)力的條件下，隨著承載體數(shù)的增加，單條錨桿(結(jié)石體)的最大軸力值出現(xiàn)略微降低的現(xiàn)象，但是不甚明顯，說明隨著承載體數(shù)量的增加，有利于提高錨固體的受力性能。

3 結(jié)論

1)分析三種錨桿的云圖可以看出承載板附近軸力的分布規(guī)律基本相同，由于鋼絞線的拉力直接作用在承載板上，承載板周邊結(jié)石體的壓力最大，出現(xiàn)一定的壓應(yīng)力集中顯現(xiàn)，隨著與承載板距離的增 加，結(jié)石體上的壓力值逐漸減小。

2)各個(gè)錨固單元均是承載板附近結(jié)石體的壓力值最大。

3)增加承載體的數(shù)量，有利于提高錨固體的受力性能。