分散型预应力锚索实际工况承载力研究

2022-04-13舒国志龙嘉轩孟照辉李正东

广东建材 2022年3期

舒国志龙嘉轩孟照辉李正东

（1 深圳市房屋安全和工程质量检测鉴定中心；2 深圳鹏瑞集团有限公司）

0 引言

随着城市的发展，城市地面空间有限，深基坑越来越多。基坑支护中桩锚支护是常见的类型[1]，预应力锚索应用十分广泛。分散型预应力锚索受力机理独特，承载力大，比起普通锚索，分散型锚杆承载力提高幅度达30%，并且在相对软弱的土层中锚杆承载力的提高更为明显[2]，因此广泛应用于支护工程中。预应力锚索承载力和变形是其一个重要的参数，与常规预应力锚索整体受力不同，分散型预应力锚索施工工艺独特，受力作用到不同的受力单元[3]，如果按照原来的检测方法，会造成单一受力单元的破坏，达不到设计需要的荷载。

随着分散型预应力锚索应用的增多，分散型锚索的张拉成为工程实际运用中的难题。如何在现有的张拉方法中优选加载准确、操作灵活的张拉方法，对于分散性锚索的运用有较大的实用意义。

1 工程概况

拟建场地位于深圳市罗湖区红岭北路东侧，泥岗东路南侧，宝安北路西侧，梨园路北侧。场地原为仓储物流区，现已拆除完毕。周边主要为高层住宅、高层写字楼等。根据本项目地质勘查报告显示，拟建场地原始地貌属于冲洪积平原地貌，场地较平整。拟建场地地下设有四层地下室。

根据建设单位所提相关资料，暂定地下室边线为用地红线内退3m，基坑支护结构内边线距离用地红线1.5m，由此确定本项目基坑周长约1230.0m，面积约40315.5m2。场地周边现状标高+15.00m～+16.50m，基坑支护深度20.5～23.0m（考虑底板及垫层厚度）。基坑支护工程等级为一级～二级。依据岩土工程勘察报告，拟建场区基坑开挖深度范围内主要地层情况见表1。

表1 各岩土层地质概况

2 试验锚索设计

2.1 基坑设计情况

基坑西北侧靠近建筑物，南侧靠近高层建筑，距离均小于一倍基坑开挖深度范围；基坑侧壁土层存在填土层、砂土层及有机质土层，每层的平均厚度约2～4m；基坑挖深20.50 至23.0m；基坑安全等级为一级。基坑竖向支护结构采用φ1.4m@2.2m 的咬合桩进行支护，φ1.4m 的素砼桩进行止水。地块区域靠近地铁，基坑整体采用桩撑支护，支护桩采用旋挖钻孔灌注桩，桩直径1.4m，间距2.2m，支护桩间采用1.4m 素混凝土桩咬合。为了不影响后期地铁盾构施工和南侧学校用地后期施工，选用可回收压力型扩体锚索进行支护。

2.2 试验锚杆参数

本次试验锚索共三组9 根，均为热熔型压力分散性锚索，锚索共分三个受力单元，共3 组，每组3 根。分别布置于原设计7-7 剖面、13-13 剖面、14-14 剖面，其中锚固段全分化6 根，粉质黏土3 根。采用一种热熔型压力分散型锚索，运用普通钻孔、高压旋喷扩孔和二次注浆工艺扩体段长度为4.5m，扩体直径为φ600mm，扩体段放入3 块φ135mm 承压板，其中第一受力单元26m，第二受力单元22m，第三受力单元18m。具体信息详见图1、表2。

图1 分散性试验锚索示意图

表2 锚索基本信息

3 试验方法

本次基坑支护工程锚索基本试验采用三种不同方式对3 组共9 根锚索进行检测，采用油泵加压，千斤顶出力，位移观测稳定时间为5min,荷载偏差控制在50kN以内，其他稳定标准，位移观测依据相应行业标准《锚杆检测与监测技术标准》（JGJ401-2017）[4]。

3.1 单个千斤顶逐个受力单元张拉

1#、4#、7#试验锚索：采用单个千斤顶，对各单元锚杆从前端到底端逐个进行加载，单元锚杆达到破坏条件时停止加载，直至钢绞线断裂或锚索破坏。试验要求：1#试验锚索第一受力单元为两根钢绞线，要求试验荷载400kN，第二受力单元为两根钢绞线，要求试验荷载400kN，第三受力单元是单根钢绞线，要求试验荷载为200kN；4#试验锚索第一受力单元为两根钢绞线，要求试验荷载400kN，第二受力单元为一根钢绞线，要求试验荷载200kN，第三受力单元是单根钢绞线，要求试验荷载为200kN；7# 试验锚索第一受力单元为两根钢绞线，要求试验荷载400kN，第二受力单元为一根钢绞线，要求试验荷载200kN，第三受力单元是单根钢绞线，要求试验荷载为200kN。

3.2 采用单个千斤顶补偿整体张拉

2#、5#、8#试验锚索：采用单个千斤顶，依次对1、2号单元锚杆（由锚杆底端的单元锚杆开始）预张拉，然后对1～3 号单元锚杆整体张拉，锚杆达到破坏条件时停止加载。试验要求：2#试验锚索受力单元分别为两根、两根、一根钢绞线，当第一受力单元张拉荷载到175kN时，第一和第二受力单元整体张拉，荷载达到270kN 时，三个受力单元整体张拉，当破坏时终止试验；5#试验锚索受力单元分别为为两根、一根、一根钢绞线，当第一受力单元张拉荷载到151kN 时，第一和第二受力单元整体张拉，荷载达到228kN 时，三个受力单元整体张拉，当破坏时终止试验；8#试验锚索受力单元分别为为两根、一根、一根钢绞线，当第一受力单元张拉荷载到159kN 时，第一和第二受力单元整体张拉，荷载达到240kN 时，三个受力单元整体张拉，当破坏时终止试验。

3.3 千斤顶并联法

3#、6#、9#试验锚索：采用并联千斤顶，依次对单元锚杆（由锚杆底端的单元锚杆开始，编号分别为1/2/3）进行张拉，若总荷载达到试验荷载后锚杆仍未破坏，则继续对锚杆按每级20kN 加载至破坏。试验采用分散型锚索的检测装置［5］，试验锚索每根钢绞线一个千斤顶控制，同一油泵油压通过并联，保持每根钢绞线荷载相同。3#试验锚索试验荷载共900kN，每根钢绞线150kN；6#试验锚索试验荷载共760kN，每根钢绞线190kN；6#试验锚索试验荷载共800kN，每根钢绞线200kN。当达到试验荷载没有破坏时，继续加载至破坏。

4 试验结果分析

第一组1#、4#、7#三根试验锚索，试验破坏荷载均大于试验荷载，其中1#试验锚索荷载达到1100kN，4 号试验锚索荷载达到800kN，7#试验荷载达到950kN。基本都达到了钢绞线强度的80%，把钢绞线的材料强度应用到最大；第二组2#、5#、8#三根试验锚索，2#试验锚索试验在荷载920kN 时，钢绞线发生破坏；5#试验锚索试验在荷载820kN 时，钢绞线发生破；7#试验锚索试验在荷载840kN 时，钢绞线发生破。三根试验锚索试验时的破坏均大于计划试验荷载；第三组3#、6#、9#三根试验锚索，3#、6#、9# 试验锚索在试验荷载达到1100kN、840kN、850kN 时，由于千斤顶伸长量的限制，试验终止，均未达到破坏荷载。三根试验锚索试验时的破坏均大于计划试验荷载。

从三组试验结果来看，三组试验荷载均达到计划荷载。由于压力分散性锚索的特殊性，本次试验的锚索均有三个受力单元，每个受力单元锚固在不同的土层中，各自发挥效果。从锚索受力来说，并联千斤顶的试验方法更接近锚索的受力及锁定状态。施工时，考虑到现场锚杆锁定及施工人员一般为劳务人员，采用单个千斤顶逐个受力单元张拉以及采用补偿张拉锁定，基本很难实现。如果采用常见的整体张拉锁定法，很容易造成单个受力单元破坏，达不到设计想要的设计效果。采用并联千斤顶基本解决了这一困难，操作既不复杂，又能达到设计要求效果。