预应力锚杆复合土钉墙的侧向变形

预应力锚杆复合土钉墙的侧向变形

刘家麟

刘家麟

辽宁有色一0一勘测工程有限公司辽宁抚顺113000

摘要：目前我国涌现出了大量的深、大基坑工程，有关基坑工程的相关理论研究也日趋完善，但在变现控制方面理论研究仍然相对滞后，由于变形过大而引起的周围建筑物和地下管线破坏等工程问题也时有发生。在工程建设中，由于土体、土钉、预应力锚杆三者变形协调,所以土体在自身所分担的土压力作用和预应力作用下的侧向变形即为基坑的侧向变形。基于此，文章探讨分析了预应力锚杆复合土钉墙的侧向变形，以供参考。

关键词：预应力锚杆；复合土钉墙；侧向变形

引言

复合土钉支护是以土钉支护为主，辅以其它补强措施以维持和提高土坡稳定性的复合支护形式。复合土钉支护是以土钉支护为主，辅以其它补强措施以维持和提高土坡稳定性的复合支护形式。复合土钉支护结构经济合理、施工工艺方便而成熟，安全可靠、具有较好的经济效益和社会效益。由于复合土钉墙变形相对较大,而目前人们对于基坑变形产生的不利影响较为重视,因此基于位移控制的基坑设计理论正在逐渐形成。

1复合土钉支护类型

1.1土钉与预应力锚杆复合支护

这种复合支护是在当地层条件为粘性土层和周边环境允许降水，但基坑较深及无放坡条件的情况下，采用土钉支护、预应力锚杆这种复合土钉支护。在复合土钉的中部设置1~3排预应力锚杆，对土钉支护施加初始背拉力,可减少土钉支护的位移,提高工程的安全性，满足不同实际工程的需要。预应力锚杆可采用钢绞线预应力锚索和钢筋预应力锚杆，也可采用钢管预应力锚杆。锚杆锚头必须与喷射混凝土面层连接可靠，可设置承压板和喷射混凝土连梁，锚头承压板或连梁通过计算确定，保证足够的强度和刚度，将锚固力有效地传递到面层或土层中。

1.2土钉与微型桩复合支护

当土质条件较差，为确保边坡在土方开挖后和支护施工完成前的稳定性，需采取超前加固措施，即采用土钉与微型桩复合土钉支护。微型桩常采用直径100~300mm的钻孔灌注桩，桩插入基坑底面以下2~3m。微型桩配置钢筋笼或型钢，配置型钢时，以16~22号工字钢应用最多。微型桩上常设置小型冠梁或连梁，将桩连接在一起，连梁上常设置预应力锚杆或土钉。

1.3土钉墙与微型桩、预应力锚杆复合支护

当基坑开挖线离红线和建筑物距离很近，且土质条件较差，开挖前需对开挖面进行加固，搅拌桩又无法施工时，可采用土钉墙、微型桩和预应力锚杆，这种复合土钉支护形式。微型桩常采用直径100~300mm的钻孔灌注桩、型钢桩、钢管桩以及木桩等，预应力锚杆加强土钉墙，限制土钉墙位移。

2预应力锚杆复合土钉墙的侧向变形

2.1工程实例软件模拟

2.1.1工程概况

某基坑临近在建地铁,项目占地面积约68785m2,总建筑面积253430.8m2,其中,地上总建筑面积230324.4m2,地下总建筑面积为21125m2。由于基坑开挖过程的安全稳定对周边既有建筑物和地下管线的安全有较大影响,因此对该基坑分段采用复合土钉墙及土钉墙进行支护.该基坑工程的安全等级为二级。

2.1.2岩土工程地层条件

根据工程勘察设计单位提供的勘察报告,拟建工程场地底层结构较为简单.地基土自上而下主要为人工填土、黄土状粉土、卵石,基底为大厚度的第三系风化岩。设计时使用的岩土参数见表1。

表1岩土参数

图2为基坑东侧土钉加预应力锚杆部分典型设计剖面图.设计了3排土钉加2排预应力锚杆,倾角均为15°。土钉长度自上而下分别为9、7、6m。土钉杆体为直径20mm的HRB400钢筋。注浆材料采用M20级水泥浆。预应力锚杆长度分别为15m(自由段长6m,锚固段长9m)、13m(自由段长5m,锚固段长8m)。预应力锁定值为100kN。锚杆材料选用HRB400级钢筋,注浆采用M20级水泥浆。喷射混凝土面层厚度为100mm,喷射混凝土强度等级为C20。基坑倾角为69°。

2.2工程实例计算与比较

将采用本文方法计算得到的结果与软件模拟结果进行对比。

由图4可知,理论计算结果和模拟结果趋势基本一致,但在基坑中间位置处计算曲线有凹陷。主要原因是按本文方法计算时未考虑喷射混凝土面层对预应力的分散作用,导致预应力作用范围较集中,从而使得预应力锚杆附近的计算值比模拟值偏小。此外,还可以看出最大侧移值发生在基坑中下部,而不是基坑中上部。这可能是由于柔性支护结构不能有效抑制土体塑性发展造成的。

图4归一化的基坑水平位移模拟曲线与计算曲线比较

结论

1)通过假定基坑开挖产生的土压力由土体、土钉、预应力锚杆三者共同承担,并按刚度大小分配,预应力以外荷载的形式作用到土体,并考虑支护结构与土体变形协调,由此来计算土体在承受所分担的土压力和外荷载的条件下产生的侧移。

2）土钉墙加预应力锚杆这种柔性支护结构的最大侧移值可能出现在基坑的中下部。基坑设计时可以在基坑中下部设置预应力锚杆以控制侧移。

3)通过与软件模拟计算结果的对比,说明该计算方法可以较好地预测基坑在土钉加预应力锚杆柔性支护结构支护下的侧移。本次研究未考虑基坑的空间效果,而且可以参考的实测资料较少,有待在工程实践中进一步研究。

参考文献:

[1]尹骥,魏建华,李象范.计算复合土钉支护变形的增量方法[J].岩土工程学报,2007,29(5):755-759.

[2]孙剑平,魏焕卫,刘绪峰.复合土钉墙变形规律的实测分析[J].岩土工程学报,2008,27(增刊1):479-482.

[3]张尚根.复合土钉墙变形分析[J].岩土工程学报,2008,30(增刊1):243-246.