预应力锚索复合土钉墙变形试验研究

2015-01-28韩国栋徐会文杜关记韩森

中华建设科技 2014年12期

韩国栋　徐会文　杜关记　韩森

【摘要】通过对深圳假日广场深基坑预应力锚索复合土钉墙支护结构的全过程变形的监测，对该支护结构进行了包括基坑周边水平位移观测、基坑周边沉降观测、边坡深层土体水平位移观测等在内的现场测试研究，总结了该支护结构变形及位移的变化规律及影响因素，拟在揭示该支护方法的工作原理及变形特征，进一步为该支护方法的设计和施工提供科学的依据。

【关键词】预应力锚索；复合土钉支护；全过程监测；深基坑

1. 问题的提出

复合土钉支护是在土钉支护基础上发展起来的、用于基坑支护或提高边坡稳定性的一种新技术，在我国的城市建设中己有大量的工程实践，但复合土钉支护的理论落后于实践，设计分析方法不完善，试验研究不多，又限制了这项技术的发展。预应力锚索复合土钉支护是复合土钉支护中常用而有效的一种技术方法，是采用土钉与预应力锚索联合支护。它可以有效地控制基坑变形，大大提高基坑边坡的稳定性。本文通过对预应力锚索复合土钉支护进行较为全面的分析和测试，拟进一步揭示该支护方法的变形特征，为该支护方法的设计和施工提供较为科学的依据。

2. 工程概况及工程地质条件

2.1 工程概况

假日广场深基坑支护工程位于深圳市南山区，北邻世界花园，南靠深南大道和深圳地铁，与世界之窗隔路相望。场地西北东三面邻近市政道路，道路周边分布有世界花园供水管道和排污管道、市政雨水管道和燃气管道以及通信光缆，东侧道路对面为五星级深圳威尼斯酒店，周边环境复杂。基坑东西向长308.2m，南北向宽46.5m～82.5m，总开挖面积20000m2。基坑开挖深度东西北三侧为17.6～21.0m，基坑南侧开挖深度为13.8～18.7m。

2.2 工程地质条件。

场地地层由第四系人工填土层、坡洪积层、残积层和燕山期基岩组成，主要岩性及特征如下：

素填土：0.3～5.1 m，褐红色、褐黄色，以粘性土为主，含少量碎石及生活垃圾，底部有填块石，稍湿-湿，松散。

含砾粘土：0.9～6.2 m，褐红、褐黄色，粘性土为主，不均匀含有石英砾8.6%～38.3%，底部地段含砾量较高，可-塑性，稍湿-湿，该层在南侧缺失。

砾质粉质粘土：10.0～21.2 m，褐红、褐黄色，由粗粒花岗岩残积而成，原岩结构可辨，除石英砂岩外其他矿物均风化成粘性土，石英砾含量1.6%～47.4%，稍湿，硬塑。

粗粒花岗岩：未见底，主要成分为石英、长石及云母，基坑开挖范围在北侧裸露到其中风化。

3. 试验方案及装置

图1 A试验剖面土钉内力及锚头内力测点布置图

为了揭示预应力锚索复合土钉支护方法的变形特征，对该支护方法进行了现场测试研究。现场测试包括水平、垂直位移和沉降量等。

3.1 试验目的。

本试验的目的主要是通过对复合土钉支护结构的全过程变形的监测，总结其变化规律及影响因素。

3.2 试验方案。

现场试验包括基坑周边水平位移观测、基坑周边沉降观测、边坡深层土体水平位移测试、等。

基坑变形、边坡土体位移监测依据《深圳地区建筑深基坑支护》进行。具体为基坑开挖期间每三天测一次，基坑开挖结束后每周测一次，如遇大暴雨和超过警戒值须加密观测，观测应从基坑开挖或降水当日实施。基坑开挖完成后且变形已趋于稳定时可适当延长观测间隔时间，在地下构筑物完成后既可结束观测。各种观测点的布置见图1。

3.3 试验装置。

3.3.1 水平、垂直位移测试。

3.3.1.1 水平位移采用德国产T2经纬仪，在基坑边上每边相交点设置一个不动点，采用小角度位移法测出基坑边水平位移，测量精度为0.1mm。

3.3.1.2 垂直位移采用瑞士产的WILDN3精密水准仪，测量精度为0.1mm。

3.3.2 土体位移测试。

在距离基坑开挖线0.5mm位置布置一个测斜孔孔径110mm，测斜管采用专用PVC管；采用美国产GK6000型全自动测斜仪。

4. 试验成果及其分析。

4.1 复合土钉墙支护结构位移、沉降的观测结果。

4.1.1 复合土钉墙支护结构位移观测结果。

4.1.1.1 坡顶位移观测结果（见图2）。

图2 水平位移日程曲线图

图3 土体水平位移

4.1.1.2 边坡内部土体位移观测结果。从基坑开挖至开挖完成后一个月对A试验剖面共进行了48次测斜观测。图3中分别画出开挖至第三层、第五层、第七层和开挖完成后的不同深度土体水平位移的变化情况。

4.1.2 复合土钉墙支护结构沉降观测结果（见图4）。

4.2 复合土钉墙支护结构位移、沉降观测结果分析。

4.2.1 坡顶位移观测结果分析。从图2中可以发现如下规律：

4.2.1.1 曲线的开始阶段斜率比较大，后面变小。这是支护初期，支护体系是土钉，作为一种被动受力体系，开始阶段对于基坑位移的控制作用没能充分发挥，位移速率大。随着基坑下挖，位移增大，土钉开始发挥作用，一定程度上控制了基坑变形。从图中可以看到在张拉锁定以后开挖到第四层锚索时，速率明显降低，作为主动受力体系的锚索，是控制基坑位移的关键因素，再加上上部土钉强度逐渐加强，两者的共同约束作用，使得以后开挖支护的水平位移发展趋势比较平缓，不存在较大的突变。通过对比开挖第四层和开挖第六层和第八层的速率还可以看出，靠近基坑上部的锚索控制水平位移的效果更明显，因此应尽可能把锚索布置在开挖边坡的中上部区域。

4.2.1.2 根据试验数据可以看出，由每层瞬时开挖引起的水平位移与本层开挖所引起的总水平位移的比值随开挖深度递减，变化范围在25%～5%，说明瞬时开挖效应引起的变形最大可以达到开挖引起总体变形的1/4，因此每层开挖完成后快速地构筑支护结构有利于减小边坡的总体位移。

4.2.2 边坡内部土体位移观测结果分析。从图3可以看出：在开挖至第三层时，属于典型的土钉墙支护，从图中可以看出：越靠近地表，水平位移越大。开挖至第五层时，发生最大水平位移的位置已经开始下移，虽然最大水平位移仍然在基坑边坡的中上部，但置入土体的第三排预应力锚索已经开始发挥约束土体变形的作用。开挖至第七层时，发生最大水平位移的位置向下移动更明显，此时，基坑最大水平位移已经转移到第三排和第五排预应力锚索之间。当基坑开挖到底后，整个边坡的水平位移变化特征已经就非常明显，表现为中间大，上下小的'勺'状分布，水平位移最大值发生在基坑边坡中偏下的位置。

4.2.3 地面沉降观测结果分析。

图4 A 、B剖面观测点沉降日程曲线

4.2.3.1 从图4中可以看出，累积沉降曲线走势平缓，这说明基坑每层开挖的瞬时效应对沉降的影响不大。沉降值是在本层开挖完成到下一层开挖前这段时间内逐渐形成的。

4.2.3.2 观察图4中不同开挖深度处的基坑边沉降值差异不是很大，所产生的沉降主要由降水固结所引起。

5. 结论

通过试验研究，得出预应力锚索复合土钉墙支护结构的变形和内力特征如下：

5.1 预应力锚索复合土钉支护结构变形具有渐进性，瞬时开挖效应不明显。

5.2 预应力锚索复合土钉支护结构变形具有空间效应；预应力锚索能免有效地减小基坑边坡的水平位移变形；且靠近边坡上部布置的锚索对于减小坡顶的水平面位移更有实际意义。

5.3 基坑边坡沉降变形不存在瞬时开挖效应。

5.4 预应力锚索复合土无权支护结构的水平位移最大值在基坑边坡中部偏听偏信下的位置，沿边坡深度变形表现为“鼓肚”状分布。

参考文献

[1] 林森.复合土钉强在深基坑工程中的应用分析[J]，建筑科学，2009.3.