深基坑支護(hù)中的預(yù)應(yīng)力錨桿柔性支護(hù)技術(shù)

■劉 鵬 ■中石化中原石油工程設(shè)計(jì)有限公司，河南 濮陽 457001

在基坑開挖和邊坡穩(wěn)定方面，出現(xiàn)了一種新型支護(hù)技術(shù)，也就是預(yù)應(yīng)力錨桿柔性支護(hù)技術(shù)，在上個(gè)世紀(jì)九十年代在我國某深基坑支護(hù)工程中得到了較為廣泛的應(yīng)用。相較于傳統(tǒng)的土釘支護(hù)技術(shù)，具有一系列的優(yōu)勢(shì)，可以對(duì)基坑變形有效的控制。

1 基本構(gòu)造

預(yù)應(yīng)力錨桿柔性支護(hù)體系包括諸多的組成部分，如預(yù)應(yīng)力錨桿、面層、錨下承載結(jié)構(gòu)、排水系統(tǒng)等。承載體系指的是預(yù)應(yīng)力錨桿，構(gòu)造體系則由面層和錨下承載結(jié)構(gòu)組成，排水系統(tǒng)則發(fā)揮著輔助作用。

具體來講，預(yù)應(yīng)力錨桿柔性支護(hù)技術(shù)指的是在潛在滑移面以外的穩(wěn)定巖土體中錨固錨桿的錨固段，通過錨下承載結(jié)構(gòu)和面層，在潛在滑移面以外的穩(wěn)定巖土體中施加錨桿增加的預(yù)應(yīng)力。因?yàn)榇嬖谥A(yù)應(yīng)力，那么就會(huì)有壓應(yīng)力區(qū)產(chǎn)生于錨桿周圍巖土中，這樣潛在滑動(dòng)面上的正應(yīng)力和抗剪阻力就會(huì)得到增加，非穩(wěn)定土體的下滑力得到減少，因此，將預(yù)應(yīng)力施加于錨桿上，可以對(duì)巖土體的變形進(jìn)行主動(dòng)控制，對(duì)巖土體的應(yīng)力狀態(tài)進(jìn)行合理調(diào)整，促使基坑的穩(wěn)定性得到強(qiáng)化。

2 變形和穩(wěn)定分析

通過研究發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)將穩(wěn)定性控制的設(shè)計(jì)方法應(yīng)用過來，以此來促使支護(hù)結(jié)構(gòu)的安全和穩(wěn)定得到保證。如今基坑有著越來越大的深度和更加復(fù)雜的環(huán)境條件，對(duì)深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出了更高的要求。因此，在基坑工程中，如今變形控制設(shè)計(jì)方式逐漸取代了以往的強(qiáng)度控制設(shè)計(jì)方式。過去傳統(tǒng)的極限平衡法，主要是分析基坑穩(wěn)定性，無法對(duì)任何有關(guān)變形的信息進(jìn)行獲取，但是基坑開挖數(shù)值模擬計(jì)算分析則可以全面分析研究基坑支護(hù)的受力、變形以及破壞模式等力學(xué)行為，以便更加有效的指導(dǎo)基坑工程的設(shè)計(jì)和施工。本文主要采用的是FLAC2D，將顯式有限差分格式求解場(chǎng)的微分控制方程給利用了起來，通過混合離散元模型，來對(duì)材料的屈服、塑形流動(dòng)進(jìn)行準(zhǔn)確的模擬，可以對(duì)基坑開挖的施工過程進(jìn)行模擬，進(jìn)而實(shí)時(shí)仿真施工過程。

一是工程概況和計(jì)算模型:本文以某大廈深基坑工程為例，基坑深度為23.5米，對(duì)11排錨桿進(jìn)行了布置，錨桿長(zhǎng)度在8米到20米之間，豎向間距和水平間距分別為2米和1.5米，將高強(qiáng)度低松弛鋼絞線作為錨桿桿體。結(jié)合地質(zhì)勘察結(jié)果，場(chǎng)地包括諸多的土質(zhì)類型，如雜填土、中風(fēng)化輝綠巖、微風(fēng)化輝綠巖等。深基坑模擬寬度和模擬深度分別為50米和35米，其中，基坑開挖寬度和開挖深度分別為10米和23.5米，基坑模擬所劃分的平面單元有數(shù)千個(gè)，每一個(gè)網(wǎng)絡(luò)單元尺寸為0.25平方米。模型左右兩側(cè)對(duì)水平位移進(jìn)行限制，模型底面對(duì)水平位移和垂直位移進(jìn)行限制。我們將理想彈塑性本構(gòu)模型—摩爾庫侖屈服準(zhǔn)則作為土體，預(yù)應(yīng)力錨桿的模擬利用cable單元來實(shí)現(xiàn)。

二是計(jì)算結(jié)果分析:首先是基坑穩(wěn)定分析，我們將極限平衡法和強(qiáng)度折減法給應(yīng)用了過來，這樣就可以將不同工況下的基坑安全穩(wěn)定系數(shù)給得出來。通過對(duì)預(yù)應(yīng)力錨桿進(jìn)行施加，前移了基坑潛在滑移面的位移，在較大程度上提升了基坑的安全穩(wěn)定系數(shù)。

其次是基坑位移分析，通常是沿著基坑深度，基坑坑壁的水平位移呈曲線分布形式，在基坑頂面出現(xiàn)了最大位移，深度增大的同時(shí)，會(huì)逐漸較小。增加錨桿預(yù)加力，會(huì)在較大程度上減少基坑坑壁的水平位移，但是會(huì)逐漸減小減小的幅度。如果預(yù)加力值在kN以上，那么對(duì)預(yù)加力進(jìn)行提升，基本上不會(huì)影響到坑壁變形。基坑地面的沉降分布規(guī)律等同于坑壁水平位移分布規(guī)律。越大的水平位移，就會(huì)產(chǎn)生越大的沉降量。因此，在控制中，往往將水平位移作為標(biāo)準(zhǔn)，基坑穩(wěn)定不受影響的基礎(chǔ)上，對(duì)基坑坑壁的水平位移進(jìn)行控制，通常就可以控制地面沉降。

最后是基坑滑移場(chǎng)分析，我們從理論層面來進(jìn)行分析，因?yàn)閷㈩A(yù)應(yīng)力施加于錨桿上，那么基坑坑壁水平位移和基坑地表沉降就得到了減小，對(duì)巖土體的滑動(dòng)起到一定程度的約束作用，對(duì)巖土體的剪切變形進(jìn)行減少，這樣潛在滑動(dòng)面上巖土體的剪切變形也會(huì)得到減小，對(duì)于出現(xiàn)的巖土體塑性區(qū)，也會(huì)起到一定的延緩作用，促使?jié)撛诨茀^(qū)的范圍得到了縮小。通過研究發(fā)現(xiàn)，在不斷增加錨桿預(yù)應(yīng)力值的過程中，會(huì)逐漸減小潛在滑移面上剪切應(yīng)變，減小滑移區(qū)，如果預(yù)應(yīng)力在400kN以上，就會(huì)大范圍消失滑移區(qū)，只會(huì)有小范圍存在于基坑底處。因此，通過錨桿預(yù)應(yīng)力的施加，可以對(duì)基坑變形進(jìn)行減小，并且基坑巖土體塑性區(qū)的范圍也得到了縮小，對(duì)于巖土體潛在滑動(dòng)區(qū)的出現(xiàn)，可以起到延緩或者阻止作用。

3 結(jié)語

通過上文的敘述分析我們可以得知，隨著時(shí)代的進(jìn)步和發(fā)展，預(yù)應(yīng)力錨桿柔性支護(hù)技術(shù)因?yàn)榫哂幸幌盗械膬?yōu)點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用到深基坑支護(hù)中。通過有限元數(shù)值模擬，可以將錨下承載結(jié)構(gòu)各個(gè)構(gòu)件的最佳匹配尺寸給得出來，這樣可以對(duì)設(shè)計(jì)和施工起到有效的指導(dǎo)作用。在具體的實(shí)踐施工過程中，需要結(jié)合具體情況，綜合考慮諸多方面的因素，科學(xué)設(shè)計(jì)應(yīng)用方案;在施工過程中，嚴(yán)格依據(jù)相關(guān)的規(guī)定和要求來進(jìn)行，以便更好的將預(yù)應(yīng)力錨桿柔性支護(hù)技術(shù)給應(yīng)用到深基坑支護(hù)中，推動(dòng)我國各類建筑事業(yè)獲得更好的發(fā)展。

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