深基坑支护中的预应力锚杆柔性支护技术

■刘 鹏 ■中石化中原石油工程设计有限公司，河南 濮阳 457001

在基坑开挖和边坡稳定方面，出现了一种新型支护技术，也就是预应力锚杆柔性支护技术，在上个世纪九十年代在我国某深基坑支护工程中得到了较为广泛的应用。相较于传统的土钉支护技术，具有一系列的优势，可以对基坑变形有效的控制。

1 基本构造

预应力锚杆柔性支护体系包括诸多的组成部分，如预应力锚杆、面层、锚下承载结构、排水系统等。承载体系指的是预应力锚杆，构造体系则由面层和锚下承载结构组成，排水系统则发挥着辅助作用。

具体来讲，预应力锚杆柔性支护技术指的是在潜在滑移面以外的稳定岩土体中锚固锚杆的锚固段，通过锚下承载结构和面层，在潜在滑移面以外的稳定岩土体中施加锚杆增加的预应力。因为存在着预应力，那么就会有压应力区产生于锚杆周围岩土中，这样潜在滑动面上的正应力和抗剪阻力就会得到增加，非稳定土体的下滑力得到减少，因此，将预应力施加于锚杆上，可以对岩土体的变形进行主动控制，对岩土体的应力状态进行合理调整，促使基坑的稳定性得到强化。

2 变形和稳定分析

通过研究发现，传统的深基坑支护结构将稳定性控制的设计方法应用过来，以此来促使支护结构的安全和稳定得到保证。如今基坑有着越来越大的深度和更加复杂的环境条件，对深基坑支护结构设计提出了更高的要求。因此，在基坑工程中，如今变形控制设计方式逐渐取代了以往的强度控制设计方式。过去传统的极限平衡法，主要是分析基坑稳定性，无法对任何有关变形的信息进行获取，但是基坑开挖数值模拟计算分析则可以全面分析研究基坑支护的受力、变形以及破坏模式等力学行为，以便更加有效的指导基坑工程的设计和施工。本文主要采用的是FLAC2D，将显式有限差分格式求解场的微分控制方程给利用了起来，通过混合离散元模型，来对材料的屈服、塑形流动进行准确的模拟，可以对基坑开挖的施工过程进行模拟，进而实时仿真施工过程。

一是工程概况和计算模型:本文以某大厦深基坑工程为例，基坑深度为23.5米，对11排锚杆进行了布置，锚杆长度在8米到20米之间，竖向间距和水平间距分别为2米和1.5米，将高强度低松弛钢绞线作为锚杆杆体。结合地质勘察结果，场地包括诸多的土质类型，如杂填土、中风化辉绿岩、微风化辉绿岩等。深基坑模拟宽度和模拟深度分别为50米和35米，其中，基坑开挖宽度和开挖深度分别为10米和23.5米，基坑模拟所划分的平面单元有数千个，每一个网络单元尺寸为0.25平方米。模型左右两侧对水平位移进行限制，模型底面对水平位移和垂直位移进行限制。我们将理想弹塑性本构模型—摩尔库仑屈服准则作为土体，预应力锚杆的模拟利用cable单元来实现。

二是计算结果分析:首先是基坑稳定分析，我们将极限平衡法和强度折减法给应用了过来，这样就可以将不同工况下的基坑安全稳定系数给得出来。通过对预应力锚杆进行施加，前移了基坑潜在滑移面的位移，在较大程度上提升了基坑的安全稳定系数。

其次是基坑位移分析，通常是沿着基坑深度，基坑坑壁的水平位移呈曲线分布形式，在基坑顶面出现了最大位移，深度增大的同时，会逐渐较小。增加锚杆预加力，会在较大程度上减少基坑坑壁的水平位移，但是会逐渐减小减小的幅度。如果预加力值在kN以上，那么对预加力进行提升，基本上不会影响到坑壁变形。基坑地面的沉降分布规律等同于坑壁水平位移分布规律。越大的水平位移，就会产生越大的沉降量。因此，在控制中，往往将水平位移作为标准，基坑稳定不受影响的基础上，对基坑坑壁的水平位移进行控制，通常就可以控制地面沉降。

最后是基坑滑移场分析，我们从理论层面来进行分析，因为将预应力施加于锚杆上，那么基坑坑壁水平位移和基坑地表沉降就得到了减小，对岩土体的滑动起到一定程度的约束作用，对岩土体的剪切变形进行减少，这样潜在滑动面上岩土体的剪切变形也会得到减小，对于出现的岩土体塑性区，也会起到一定的延缓作用，促使潜在滑移区的范围得到了缩小。通过研究发现，在不断增加锚杆预应力值的过程中，会逐渐减小潜在滑移面上剪切应变，减小滑移区，如果预应力在400kN以上，就会大范围消失滑移区，只会有小范围存在于基坑底处。因此，通过锚杆预应力的施加，可以对基坑变形进行减小，并且基坑岩土体塑性区的范围也得到了缩小，对于岩土体潜在滑动区的出现，可以起到延缓或者阻止作用。

3 结语

通过上文的叙述分析我们可以得知，随着时代的进步和发展，预应力锚杆柔性支护技术因为具有一系列的优点，因此被广泛应用到深基坑支护中。通过有限元数值模拟，可以将锚下承载结构各个构件的最佳匹配尺寸给得出来，这样可以对设计和施工起到有效的指导作用。在具体的实践施工过程中，需要结合具体情况，综合考虑诸多方面的因素，科学设计应用方案;在施工过程中，严格依据相关的规定和要求来进行，以便更好的将预应力锚杆柔性支护技术给应用到深基坑支护中，推动我国各类建筑事业获得更好的发展。

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