預(yù)應(yīng)力錨索樁受力機(jī)理研究

李果

摘 要：基于樁錨變形協(xié)調(diào)原理，對(duì)巖土工程中樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行理論公式推導(dǎo)，并結(jié)合工程案例進(jìn)行實(shí)際數(shù)據(jù)的理論計(jì)算，加深了對(duì)樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的認(rèn)識(shí)水平，有利于工程實(shí)踐。

關(guān)鍵詞 ：樁錨結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)原理；工程實(shí)踐分析

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.06.111

1 引言

隨著城市化建設(shè)的加快，深基坑工程正朝著深、大方向發(fā)展，并且城市基坑工程項(xiàng)目常面臨地下管線問題，因此基坑開挖安全越來越引起有關(guān)部門和學(xué)者的注意。

目前，基坑工程在軟土地區(qū)常采用地下連續(xù)墻加鋼管樁支撐，而當(dāng)巖質(zhì)較硬的情況下對(duì)采用抗滑樁，在某些工程安全等級(jí)較高，變形控制嚴(yán)格的地方常采用錨索樁。

本文通過對(duì)深基坑樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行理論公式推導(dǎo)，并結(jié)合工程算例加以應(yīng)用，可以更好的服務(wù)工程設(shè)計(jì)。

2 樁錨結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理

2.1 樁錨結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本假設(shè)[1]

（1）巖土體在開挖卸荷過程中，對(duì)于同一類型的巖土層沿著某一確定的破裂角破壞，滑裂體被當(dāng)作剛性體，且其后的推力類型分為三角形、梯形形式。

（2）抗滑樁在受到推力變形后，與原始樁體垂直的截面在變形后任然保持垂直[2]。

（3）樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)在受力變形過程中，把樁、錨、巖土體作為一個(gè)整體，并且滿足錨索作用點(diǎn)位置處的樁體變形量等于錨索的變形量。

2.2 樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)受力機(jī)理

基坑開挖過程中錨索樁受力分析情況，對(duì)于開挖面底部彎矩、剪力：

M0=My-RH ； V0=F-R （1） 式中：F和My分別表示巖土壓力和巖土體在開挖面產(chǎn)生的彎矩；R、H分別表示錨索水平方向應(yīng)力和錨索距離開挖面的高度當(dāng)有多根錨索時(shí)，錨索應(yīng)力進(jìn)行求和。

并且在錨索作用點(diǎn)的位置，樁體和錨索的應(yīng)變滿足變形協(xié)調(diào)原理， 所以：Sz=Ss （2） 其中：SZ=X0+φ0H+z-Sij （3） 式中：X0、φ0分別表示開挖底面的位移和樁體轉(zhuǎn)角；Z和Sij分別表示樁節(jié)點(diǎn)的位移和錨索作用力在節(jié)點(diǎn)處的位移。

在巖土壓力的作用下樁體節(jié)點(diǎn)的位移計(jì)算方式：

Z=L4（5q0*（3-4（1-?）+（1-?）4）+（q1-q0）*（4-5（1-?）+（1-?）5）；S=Eδ （4） 式中：EI為樁體剛度；?表示錨索所在位置高度和基坑高度的比值；L表示錨索的自由段長度；δ表示應(yīng)變系數(shù)。

對(duì)于預(yù)應(yīng)力錨索可以通過k法計(jì)算得到樁體嵌固端部的位移和轉(zhuǎn)角分別為：

Ф0=V0*θ2/β2EI+M0*θ3/βEI

X0=V0*θ1/β3EI+M0*θ2/β2EI （5）

結(jié)合式（1）到式（5）通過應(yīng)變協(xié)調(diào)原理求得錨索樁錨索應(yīng)力R。

3 樁錨結(jié)構(gòu)算例

由于公路邊坡對(duì)于人們的生命財(cái)產(chǎn)安全較為重要，現(xiàn)對(duì)某公路邊坡工程進(jìn)行二維理論計(jì)算研究。該邊坡采用抗滑樁加一道錨索的支護(hù)形式，邊坡擬采用1.5x2m尺寸的抗滑樁，錨索采用8束7根直徑為5mm的錨索束，基坑土壓力分布采用三角行分布形式，q0、q1分別取值0、300KN，樁身采用混凝土的彈性模量和錨索的彈性模量分別取值為2.6x1010N/m2和1.9x1011N/m2，樁體錨固深度取值為5m，懸臂段長度為16m，錨索作用于樁頂以下3m位置，試求抗滑樁上需要施加的錨索應(yīng)力值。

（1）樁體剛度：EI=2.6×1010×bL3/12=2.6×1010

（2）本例中對(duì)于單錨索結(jié)構(gòu)：δ=2.817X10-5。

（3） 根據(jù)式（4）計(jì)算受土壓力作用時(shí)，錨索拉應(yīng)力作用點(diǎn)的位移為：z=0.0193

（4）在樁體錨固端部的彎矩和剪力計(jì)算情況：V0=q1H/2=2400KN.m；

M0=q1H2/6=12800KN.m2

（5）通過樁體的變形系數(shù)和計(jì)算寬度確定錨索樁的三個(gè)系數(shù)。

1）當(dāng)樁體的寬度超過一米時(shí)，抗滑樁的計(jì)算寬度取值為：Bp=b+1=2.5m。

2）樁體的變形系數(shù)計(jì)算公式為：β=0.2914。

3）通過樁體變形系數(shù)和樁體埋設(shè)深度等信息得到樁體變形的三個(gè)系數(shù)分別為：θ1=0.7137 、θ2=0.815、θ3=1.4969。

（6）將前式中的各參數(shù)帶入理論推導(dǎo)的式（1）到式（5）得到錨索應(yīng)力值為：。

4 結(jié)論

本文通過對(duì)預(yù)應(yīng)力錨索樁進(jìn)行理論分析研究，推導(dǎo)了錨索樁的計(jì)算公式研究了錨索樁的受力機(jī)理。對(duì)于工程實(shí)踐和理論分析研究具有較好的現(xiàn)實(shí)意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳占.預(yù)應(yīng)力錨索樁設(shè)計(jì)與計(jì)算[J].地球科學(xué)-中國地質(zhì)大學(xué)學(xué)報(bào)，2001，26（04）：352-356.

[2]粟一凡.材料力學(xué).下冊(cè).第2版[M].高等教育出版社，1983.