簡述樁錨支護體系力學性能

摘 要：隨著經濟的快速發展，建筑技術取得了很大進步。在實際的施工過程中應用哪種技術就應該對這種技術進行了解。文章就對樁錨支護體系的力學性能進行了相關闡述。

關鍵詞：樁錨支護體系；力學性能；建筑

1 樁錨支護體系的構成

深基坑樁錨支護體系主要由支護樁與錨桿組成，為了增強支護結構的整體穩定性，在樁頂通常設有冠梁。這種支護結構由錨桿與周圍土體的之間的摩擦力及支護樁共同抵擋樁后的土壓力，樁錨支護體系應設有腰梁。錨桿與腰梁連接，而腰梁與支護樁連接，以此形成一個穩定的受力體系。由于土中水對錨桿周圍土之間的受力有很大影響，而深基坑中地下水位往往在基底以上，所以樁錨支護結構施工通常與降水共同進行。

1.1 支護樁體系

樁錨結構中的樁目前最常見的是鉆孔灌注樁，也可以人工挖孔樁，預制樁鋼板樁等，樁既有擋土作用又有受力作用。一般情況下樁孔徑大于400mm，樁間距依據受力及樁間土體穩定條件確定。

1.2 錨桿及腰梁體系

1.2.1 錨桿

錨桿的作用是將樁所受側壓力傳至穩定的土層，與腰梁排樁共同作用，形成一個穩定的體系。

預應錨桿由自由端、錨固端、緊固段組成，錨桿端是錨桿的最遠端，它將拉力傳給土層。錨固端通過灌漿形成一個粗糙圓柱體，錨桿居中，四周為砂漿裹護，此部分是錨桿中最關鍵的部分，錨固桿段長度不宜小于4m。自由端是將這力傳至錨固段的中間段，錨頭是用來錨固鎖定錨桿并通過它對錨桿施加壓力的部分，錨頭由部分鋼絞線、承壓墊板、錨具、夾片組成。長度不宜大于5m，外露長度需要滿足臺座、腰梁尺寸以及張拉作業要求。

1.2.2 腰梁

腰梁必須有足夠的剛度與強度，才能保證排樁能將其承受的土壓力有效的傳給錨桿，同時由于考慮工程造價及腰梁主要受彎這一特點，工程中通常用雙槽鋼作為腰梁。

2 預應力錨桿特點及預應力損失

2.1 預應力錨桿特點

預應力錨桿支護是一種現今流行、技術成熟應用廣泛的深基坑支護技術。它通過對錨桿預先施加一定拉應力，實現對深基坑側壁的加固。通過對錨桿自由段的張拉，使錨固的土體產生應壓力，錨桿被固定，因而對腰梁產生壓力，固定了排樁。

預應力錨桿安全性好，由于錨桿每一根受力都必須張拉，并可檢測，所以錨桿即便有問題也可以補救，因此預應力錨桿具有良好的安全性。

預應力錨桿能夠先主動對土體巖體進行加固，隨后才進行土方開挖，巖土才受到土壓力，所以能夠減少土體剪切變形，有利于巖土體的穩定性，基坑變形較小。

2.2 預應力錨桿的預應力損失

預應力錨桿的預應力損失是工程中必須面臨的問題，它是關系到工程安全的一個重要問題。預應力損失與很多因素相關，土體力學特征、材料的性質、使用的錨具質量、現行的施工工藝和當前的管理水平都是其影響的主要因素。通常預應力錨桿的預應力損失主要分為：張拉過程損失、錨固過程損失、和由時間變化引起的損失。

2.2.1 張拉過程的預應力損失

張拉過程中的預應損失主要由兩種摩擦決定：預應力錨桿與土體孔壁的摩擦、千斤頂的摩擦阻力。我們應采取方法來減少錨桿與土體的接觸，由此來減少此部分預應力損失。張拉千斤力的摩擦損失一般為張拉力的1%，這部分損失可以通過超張拉來消除。

2.2.2 錨固過程中的損失

卸載是在錨桿在張拉程序完成后必須進行的一道工序。通常在鎖定錨桿時鋼絞線會有一定量的回縮，在某種程度上錨桿預應力損失的大小取決于回縮量的多少。通常錨固工具的狀態與操作人員水平對其影響較大，此部分損失可通過超張拉來彌補。

2.2.3 由時間引起的損失

由時間引起的損失主要有錨桿的松馳、土體的徐變。

（1）錨桿的松馳。現行錨桿通常由鋼材制成，如鋼絲、鋼鉸線等材料。鋼材具有長期受荷載作用下會出現松馳的情形，而且隨著外加荷載的不斷增大這種松馳的損失量也會逐漸加大。試驗表明，鋼材在長期受荷載的情況下預應力損失量通常為5～10%。由此可見，由于鋼材本身所具有的上述特性，錨桿在使用過程中必然會面對錨桿隨著時間的推移，強度逐漸損失的情況。

（2）土體徐變。土體徐變是土體一個特性，它是樁錨支護體中錨桿預應力損失的又一來源。在樁錨體系中預應力施加后，土體會產生壓縮變形，這種變形并不是一次到位的，隨著時間的推移，這種變形也應逐漸增加。

3 樁錨支護體系的工作原理

基坑開挖、支護過程其實是一種土體從一種平衡狀態到另一種平衡狀態的過程。土體開挖時會引起支護體系內側的土體的應力釋放。為了保證施工安全，我們必須采取措施來進行阻擋已經失去支撐的那部分土方，防止土體側移，這樣就形成了一個新平衡。支護結構限制了土體變形，故而自身必定受到來土體的壓力，這就形成了土體與支護結構之間平衡的相互作用。

在深基坑樁錨支護體系中，排樁體在深基坑周圍土體荷載的作用下會向基坑內傾倒，樁后土在此情況下也會有一定的位移。在這種情況下樁體依靠嵌固深度范圍內樁體和錨桿來抵擋樁后所受的主動土壓力，并減小一部分位移，從而產生了支護樁、錨桿以及土體間相互作用。

3.1 支護結構中樁與土體的相互作用

在基坑開挖過程中，由于土體內部壓力的存在，致使土體在開挖后有向坑內傾倒的趨勢，而排樁則限制了土體的位移。樁的長度要大于基坑的深度，樁深嵌于土層內，利用土層的嵌固作用來抵抗樁上部的側壓力。

對于排樁而言，樁間的土拱效應是土體自身強度得以發揮的結果。樁后土壓力通過土體傳到樁，樁利用深埋地土內的下部及樁本身來抵抗壓力。

在開挖過程中樁間土有向基坑內移動的趨勢，所以樁間土的位移要大于樁后土。在這種情況下樁間土與樁后土抗剪能力發揮，其在土體中形成了一種楔緊作用，這就是所說的樁間土的土拱效應。土拱效應其限制了樁間土的位移，構成了相對穩定的一種狀態，而樁間土的土體壓力則傳到相鄰兩側的樁上。

3.2 錨桿與土體的相互作用

樁錨支護結構中的樁錨屬于預應力結構，它通過主動施加錨桿拉力限制了土體的變形與位移。預應力錨桿不僅加固了坑壁，同時改變了排樁那懸臂樁的不合理的受力狀態。而且由于錨桿的作用，增強了土體在豎向的嵌固作用，進而減小了下滑體的下滑力。

錨桿的受力情況復雜，不同的材料、不同的施工狀況和不同的土質情況所造成的受力情況都不盡相同，其工作機理一時難以分析清楚。一般認為錨桿的拉力由自由段傳至錨固段，當錨固段受力后傳至錨桿與周邊水泥砂漿的形成的粘結力錨固體中，最后通過錨固體與周圍土體之間的想互作用傳至土體。

3.3 樁錨結構的受力特征

樁錨支護結構綜合了排樁支護與錨桿支護的優點，使得二者都能發揮最大功效。尤其使支護樁體受力更加合理，有效的控制了支護結構的變形。通常在場地測量后進行排樁施工，然后進行土方開挖，在挖到設計高度后錨桿進行施工。在挖土后錨桿受力前樁受到土體壓力作用，出現懸臂狀態。在錨桿施工后，樁上增加了支點，樁受到的是彎力，如此就改變了懸臂狀態，減少了樁的變形。隨著深度加大，樁上錨桿的增加，樁受力逐漸變為多點支撐受彎狀態。樁錨結構有效地利用樁及錨桿的優勢，樁的變形極小，且樁在水平土壓力作用下趨于均勻，受力更加合理。