深基坑支護中的預應力錨桿柔性支護技術

■劉 鵬 ■中石化中原石油工程設計有限公司，河南 濮陽 457001

在基坑開挖和邊坡穩定方面，出現了一種新型支護技術，也就是預應力錨桿柔性支護技術，在上個世紀九十年代在我國某深基坑支護工程中得到了較為廣泛的應用。相較于傳統的土釘支護技術，具有一系列的優勢，可以對基坑變形有效的控制。

1 基本構造

預應力錨桿柔性支護體系包括諸多的組成部分，如預應力錨桿、面層、錨下承載結構、排水系統等。承載體系指的是預應力錨桿，構造體系則由面層和錨下承載結構組成，排水系統則發揮著輔助作用。

具體來講，預應力錨桿柔性支護技術指的是在潛在滑移面以外的穩定巖土體中錨固錨桿的錨固段，通過錨下承載結構和面層，在潛在滑移面以外的穩定巖土體中施加錨桿增加的預應力。因為存在著預應力，那么就會有壓應力區產生于錨桿周圍巖土中，這樣潛在滑動面上的正應力和抗剪阻力就會得到增加，非穩定土體的下滑力得到減少，因此，將預應力施加于錨桿上，可以對巖土體的變形進行主動控制，對巖土體的應力狀態進行合理調整，促使基坑的穩定性得到強化。

2 變形和穩定分析

通過研究發現，傳統的深基坑支護結構將穩定性控制的設計方法應用過來，以此來促使支護結構的安全和穩定得到保證。如今基坑有著越來越大的深度和更加復雜的環境條件，對深基坑支護結構設計提出了更高的要求。因此，在基坑工程中，如今變形控制設計方式逐漸取代了以往的強度控制設計方式。過去傳統的極限平衡法，主要是分析基坑穩定性，無法對任何有關變形的信息進行獲取，但是基坑開挖數值模擬計算分析則可以全面分析研究基坑支護的受力、變形以及破壞模式等力學行為，以便更加有效的指導基坑工程的設計和施工。本文主要采用的是FLAC2D，將顯式有限差分格式求解場的微分控制方程給利用了起來，通過混合離散元模型，來對材料的屈服、塑形流動進行準確的模擬，可以對基坑開挖的施工過程進行模擬，進而實時仿真施工過程。

一是工程概況和計算模型:本文以某大廈深基坑工程為例，基坑深度為23.5米，對11排錨桿進行了布置，錨桿長度在8米到20米之間，豎向間距和水平間距分別為2米和1.5米，將高強度低松弛鋼絞線作為錨桿桿體。結合地質勘察結果，場地包括諸多的土質類型，如雜填土、中風化輝綠巖、微風化輝綠巖等。深基坑模擬寬度和模擬深度分別為50米和35米，其中，基坑開挖寬度和開挖深度分別為10米和23.5米，基坑模擬所劃分的平面單元有數千個，每一個網絡單元尺寸為0.25平方米。模型左右兩側對水平位移進行限制，模型底面對水平位移和垂直位移進行限制。我們將理想彈塑性本構模型—摩爾庫侖屈服準則作為土體，預應力錨桿的模擬利用cable單元來實現。

二是計算結果分析:首先是基坑穩定分析，我們將極限平衡法和強度折減法給應用了過來，這樣就可以將不同工況下的基坑安全穩定系數給得出來。通過對預應力錨桿進行施加，前移了基坑潛在滑移面的位移，在較大程度上提升了基坑的安全穩定系數。

其次是基坑位移分析，通常是沿著基坑深度，基坑坑壁的水平位移呈曲線分布形式，在基坑頂面出現了最大位移，深度增大的同時，會逐漸較小。增加錨桿預加力，會在較大程度上減少基坑坑壁的水平位移，但是會逐漸減小減小的幅度。如果預加力值在kN以上，那么對預加力進行提升，基本上不會影響到坑壁變形。基坑地面的沉降分布規律等同于坑壁水平位移分布規律。越大的水平位移，就會產生越大的沉降量。因此，在控制中，往往將水平位移作為標準，基坑穩定不受影響的基礎上，對基坑坑壁的水平位移進行控制，通常就可以控制地面沉降。

最后是基坑滑移場分析，我們從理論層面來進行分析，因為將預應力施加于錨桿上，那么基坑坑壁水平位移和基坑地表沉降就得到了減小，對巖土體的滑動起到一定程度的約束作用，對巖土體的剪切變形進行減少，這樣潛在滑動面上巖土體的剪切變形也會得到減小，對于出現的巖土體塑性區，也會起到一定的延緩作用，促使潛在滑移區的范圍得到了縮小。通過研究發現，在不斷增加錨桿預應力值的過程中，會逐漸減小潛在滑移面上剪切應變，減小滑移區，如果預應力在400kN以上，就會大范圍消失滑移區，只會有小范圍存在于基坑底處。因此，通過錨桿預應力的施加，可以對基坑變形進行減小，并且基坑巖土體塑性區的范圍也得到了縮小，對于巖土體潛在滑動區的出現，可以起到延緩或者阻止作用。

3 結語

通過上文的敘述分析我們可以得知，隨著時代的進步和發展，預應力錨桿柔性支護技術因為具有一系列的優點，因此被廣泛應用到深基坑支護中。通過有限元數值模擬，可以將錨下承載結構各個構件的最佳匹配尺寸給得出來，這樣可以對設計和施工起到有效的指導作用。在具體的實踐施工過程中，需要結合具體情況，綜合考慮諸多方面的因素，科學設計應用方案;在施工過程中，嚴格依據相關的規定和要求來進行，以便更好的將預應力錨桿柔性支護技術給應用到深基坑支護中，推動我國各類建筑事業獲得更好的發展。

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