桩锚支护体系在深基坑支护中的设计与应用研究

2015-11-04梁均盛

建材与装饰 2015年42期

关键词：腰梁土方张拉

梁均盛

（广东蓬江建筑设计院有限公司广东江门 529000）

桩锚支护体系在深基坑支护中的设计与应用研究

梁均盛

（广东蓬江建筑设计院有限公司广东江门 529000）

桩锚支护体系在深基坑支护施工中的应用，不仅体现出经济、安全的优势，同时也发挥了应有的功能和作用。桩锚支护体系就是把受拉杆件的两端分别牢固在深基坑稳定土层内部和围护桩相连接的基坑支护系统中。本文分析了桩锚支护体系的应用特征以及在深基坑施工中的应用。

桩锚支护体系；深基坑；支护；设计；施工

前言

现代社会，现代化基础设施工程建设规模不断扩大，深基坑工程施工范围也在急剧拓展，深基坑支护施工较为复杂，容易受到客观环境因素以及施工技术等因素的影响。要想打造出一个高质量的深基坑施工工程，就要加强深基坑支护的环境管理，提高施工技术，并做好事先的设计、调查、分析等工作，为深基坑支护施工创造有利的主客观条件。

1　桩锚支护体系的应用范围与特征

这一支护体系一般用在明挖深基坑工程项目中，这一体系应用的优势体现在：将其应用于深基坑内部，土方开挖与支撑系统空间干扰较小，特别是在一些地质条件、地形特点、自然环境等相对恶劣、复杂的地区，利用锚索取代内支撑，易于施工操作，同时，也需要达到预应力锚索施工所需要的客观条件，也就是要确保所设置的锚索系统不与基坑四周的地基、河流、地下管网等发生干扰，四周以及地表上方要确保地质稳定，覆盖合适厚度的土层。同内支撑比较起来，预应力锚索不会对土方开挖造成过大的空间影响，然而，预应力锚索工程是一项较为复杂的工程项目，需要较长的施工周期，特别是下部土方挖掘属于长周期、复杂的施工过程。

2　桩锚支护体系应用于深基坑支护施工过程

2.1支护桩施工

深基坑施工过程中，支护桩属于桩锚支护系统内部的关键环节，充当挡土构筑物。在基坑开挖前半个月，就要完成支护桩工程的施工，支护桩施工过程中需控制的主体环节为：桩位、桩的垂直度，这是由于这两个环节会在很大程度上影响日后预应力锚索、桩锚支护体系等功能与作用的发挥。参照当前我国已有的施工工具特点，来对桩位进行科学控制，可以采用适度外放的方法。例如：道路工程钻孔桩的施工，可以在工程施工开始前，对工程主体构造钻孔桩实施外放处理，外放5cm，最终的外放结果表明：不存在侵入界限的桩体，其中桩体的垂直程度是工程施工控制的核心，经过诸多的实验研究表明：工程施工建设前必须认真检查钻机的功能和性质。

2.2预应力锚索施工

2.2.1同土方开挖施工的科学配合

预应力锚索施工同土方开挖施工彼此间要达到有效促进、相互配合的效果，这是因为他们彼此间相互受影响。①基坑的挖掘要为锚索施工创造有利空间。②锚索等强张拉完成后再进行土方挖掘施工。例如：公路车站工程的施工，可以选择倒梯形施工方法，也就是土方开挖要先从基坑两端启动，先挖出锚索施工的工作面，先开展锚索施工，控制等强时间，接下来再实施中间土方的挖掘施工，本着先两端再中间的原则展开施工，循环往复。

2.2.2锚索孔位的科学安排

锚索钻孔施工前，要根据设计规定来决定孔位标高，其中要尽量确保一系列锚索分布于同一直线，为后面的腰梁安装施工做好准备。相反，如果锚索标高参差不齐，彼此间存在较大的差距，就可能造成腰梁无法整体安装，使锚索整体上的受力不佳。

2.2.3腰梁的加工与安装

腰梁主要发挥着传力作用，负责把锚头的轴拉力传递至桩上，主要的力量包括：水平作用力与垂直方向的作用力。通常来说，腰梁能够选择工字钢组合箱型直梁式，通常垂直分力会途径腰梁托板来作用在组合箱，其生产过程相对简单、而且便于拆分。

2.2.4预应力张拉施工

通常来说，锚固体的强度要在设计强度的70%，只有达到这一标准才能开展预应力张拉施工。因为只有这样才能减少相邻锚索张拉过程中预应力的损失。应该选择“跳张法”进行预应力张拉施工。在正规的张拉施工开始时，通常可取设计拉力的10～ 20%，锚索预张施工在1～2次左右，确保不同部位之间能够密切接触，杆体同土层之间也能紧密贴粘，出现初剪。

张拉过程中，锚索的最终张拉力也要参照最终锁定值与预应力的损失率来取舍与决定。

3　桩锚支护体系的作用机理分析

3.1桩锚支护体系的传力过程

3.1.1桩锚支护体系的构造

这一系统的构造大体包括：钻孔灌注桩、托架、预应力锚索体等等。其中腰梁与托架为链接钻孔灌注桩与预应力锚索体的中间环节。

3.1.2传力过程分析

具体的传力的过程主要为压力的传递，来自于坑壁侧向土的压力，经钻孔灌注桩抵达钢腰梁，再作用于锚头，再经预应力钢绞线，同锚固体之间形成粘结力，锚固体同四周土体之间又形成了摩擦阻力。

3.2预应力锚索的拉拔过程

锚索属于受拉杆件，凭借拉拔力牢固在土层内部。如果锚固段的锚杆受到外力时，第一步经锚索同四周水泥泥浆的粘结力传递至砂浆内，再经砂浆传递至四周的土体，由于载荷不断上升，对应的传力程度也增加，锚索同水泥砂浆之间的粘结力也会慢慢延伸至锚杆下部分，当锚固段的粘结力达到一定程度时，土体也会随之移动，进而在土和锚索之间产生了摩擦阻力，成为极限摩擦力，具体的受力过程与传力过程如图1。

图1

3.3锚索抗拔力的影响因素

通常来说土层的强度较低，然而，砂浆强度却相对较高，土层锚杆孔壁和砂浆之间摩擦所形成的阻力主要同接触面外层的土层抗剪强度密切相关，其中所涉及的表达公式：

式中：C——锚固处的粘结力，单位为：kPa；

ψ——土层内的摩擦角，单位为：°；

σ——孔壁周边法向压应力，单位为：kPa。

从以上关系式能够分析出各个量之间的关系，其中锚杆的抗剪强度在很大程度上会受到锚杆的影响，由于不同的土质土层都有自己的摩擦角与粘结力参数，所计算的抗剪强度也各不相同。因此，基坑所处地理位置的土质类型、土层特征不同，对应的锚索的抗拔力也就不同。

3.4压力灌浆与二次压浆对抗拔的影响

锚索的抗拔力除了受到土层、土质等自然条件因素的影响外，还会受到灌浆压力、二次压浆等因素的影响。特别是压力灌浆会对锚索的抗拔力会产生极大的影响，这是因为灌浆压力容易导致水泥浆颗粒渗透到四周的土体土层内部，这样就使得毛固体和土层土体之间产生了巨大的摩擦力，导致锚索的抗拔力上升。经过大量的实验研究表明：由于灌浆压力的不断上升，对应锚杆的承载力也会上升，然而，这种正比例的上升趋势也并非永无止境，当注浆压力大于4MPa，抗拔力的上升幅度就有所下降。

3.5加强施工质量控制

基坑支护施工要有一套科学的设计方案，同时也要加强施工质量控制，其中锚索控制是重点，不仅要规划梳理好基坑四周的环境，缕清地下管线，排除一切影响预应力锚索施工的外界因素，同时也要积极控制基坑边坡的位移，要确保临近的建筑物以及其他公共基础设施等的安全。为了确保施工质量，必须加强施工过程管理，从工程设计、施工、监理到检测等都要有效配合，从整体上确保工程施工质量。