分散型預應力錨索實際工況承載力研究

舒國志 龍嘉軒 孟照輝 李正東

（1 深圳市房屋安全和工程質量檢測鑒定中心；2 深圳鵬瑞集團有限公司）

0 引言

隨著城市的發展，城市地面空間有限，深基坑越來越多。基坑支護中樁錨支護是常見的類型[1]，預應力錨索應用十分廣泛。分散型預應力錨索受力機理獨特，承載力大，比起普通錨索，分散型錨桿承載力提高幅度達30%，并且在相對軟弱的土層中錨桿承載力的提高更為明顯[2]，因此廣泛應用于支護工程中。預應力錨索承載力和變形是其一個重要的參數，與常規預應力錨索整體受力不同，分散型預應力錨索施工工藝獨特，受力作用到不同的受力單元[3]，如果按照原來的檢測方法，會造成單一受力單元的破壞，達不到設計需要的荷載。

隨著分散型預應力錨索應用的增多，分散型錨索的張拉成為工程實際運用中的難題。如何在現有的張拉方法中優選加載準確、操作靈活的張拉方法，對于分散性錨索的運用有較大的實用意義。

1 工程概況

擬建場地位于深圳市羅湖區紅嶺北路東側，泥崗東路南側，寶安北路西側，梨園路北側。場地原為倉儲物流區，現已拆除完畢。周邊主要為高層住宅、高層寫字樓等。根據本項目地質勘查報告顯示，擬建場地原始地貌屬于沖洪積平原地貌，場地較平整。擬建場地地下設有四層地下室。

根據建設單位所提相關資料，暫定地下室邊線為用地紅線內退3m，基坑支護結構內邊線距離用地紅線1.5m，由此確定本項目基坑周長約1230.0m，面積約40315.5m2。場地周邊現狀標高+15.00m～+16.50m，基坑支護深度20.5～23.0m（考慮底板及墊層厚度）。基坑支護工程等級為一級～二級。依據巖土工程勘察報告，擬建場區基坑開挖深度范圍內主要地層情況見表1。

表1 各巖土層地質概況

2 試驗錨索設計

2.1 基坑設計情況

基坑西北側靠近建筑物，南側靠近高層建筑，距離均小于一倍基坑開挖深度范圍；基坑側壁土層存在填土層、砂土層及有機質土層，每層的平均厚度約2～4m；基坑挖深20.50 至23.0m；基坑安全等級為一級。基坑豎向支護結構采用φ1.4m@2.2m 的咬合樁進行支護，φ1.4m 的素砼樁進行止水。地塊區域靠近地鐵，基坑整體采用樁撐支護，支護樁采用旋挖鉆孔灌注樁，樁直徑1.4m，間距2.2m，支護樁間采用1.4m 素混凝土樁咬合。為了不影響后期地鐵盾構施工和南側學校用地后期施工，選用可回收壓力型擴體錨索進行支護。

2.2 試驗錨桿參數

本次試驗錨索共三組9 根，均為熱熔型壓力分散性錨索，錨索共分三個受力單元，共3 組，每組3 根。分別布置于原設計7-7 剖面、13-13 剖面、14-14 剖面，其中錨固段全分化6 根，粉質黏土3 根。采用一種熱熔型壓力分散型錨索，運用普通鉆孔、高壓旋噴擴孔和二次注漿工藝擴體段長度為4.5m，擴體直徑為φ600mm，擴體段放入3 塊φ135mm 承壓板，其中第一受力單元26m，第二受力單元22m，第三受力單元18m。具體信息詳見圖1、表2。

圖1 分散性試驗錨索示意圖

表2 錨索基本信息

3 試驗方法

本次基坑支護工程錨索基本試驗采用三種不同方式對3 組共9 根錨索進行檢測，采用油泵加壓，千斤頂出力，位移觀測穩定時間為5min,荷載偏差控制在50kN以內，其他穩定標準，位移觀測依據相應行業標準《錨桿檢測與監測技術標準》（JGJ401-2017）[4]。

3.1 單個千斤頂逐個受力單元張拉

1#、4#、7#試驗錨索：采用單個千斤頂，對各單元錨桿從前端到底端逐個進行加載，單元錨桿達到破壞條件時停止加載，直至鋼絞線斷裂或錨索破壞。試驗要求：1#試驗錨索第一受力單元為兩根鋼絞線，要求試驗荷載400kN，第二受力單元為兩根鋼絞線，要求試驗荷載400kN，第三受力單元是單根鋼絞線，要求試驗荷載為200kN；4#試驗錨索第一受力單元為兩根鋼絞線，要求試驗荷載400kN，第二受力單元為一根鋼絞線，要求試驗荷載200kN，第三受力單元是單根鋼絞線，要求試驗荷載為200kN；7# 試驗錨索第一受力單元為兩根鋼絞線，要求試驗荷載400kN，第二受力單元為一根鋼絞線，要求試驗荷載200kN，第三受力單元是單根鋼絞線，要求試驗荷載為200kN。

3.2 采用單個千斤頂補償整體張拉

2#、5#、8#試驗錨索：采用單個千斤頂，依次對1、2號單元錨桿（由錨桿底端的單元錨桿開始）預張拉，然后對1～3 號單元錨桿整體張拉，錨桿達到破壞條件時停止加載。試驗要求：2#試驗錨索受力單元分別為兩根、兩根、一根鋼絞線，當第一受力單元張拉荷載到175kN時，第一和第二受力單元整體張拉，荷載達到270kN 時，三個受力單元整體張拉，當破壞時終止試驗；5#試驗錨索受力單元分別為為兩根、一根、一根鋼絞線，當第一受力單元張拉荷載到151kN 時，第一和第二受力單元整體張拉，荷載達到228kN 時，三個受力單元整體張拉，當破壞時終止試驗；8#試驗錨索受力單元分別為為兩根、一根、一根鋼絞線，當第一受力單元張拉荷載到159kN 時，第一和第二受力單元整體張拉，荷載達到240kN 時，三個受力單元整體張拉，當破壞時終止試驗。

3.3 千斤頂并聯法

3#、6#、9#試驗錨索：采用并聯千斤頂，依次對單元錨桿（由錨桿底端的單元錨桿開始，編號分別為1/2/3）進行張拉，若總荷載達到試驗荷載后錨桿仍未破壞，則繼續對錨桿按每級20kN 加載至破壞。試驗采用分散型錨索的檢測裝置［5］，試驗錨索每根鋼絞線一個千斤頂控制，同一油泵油壓通過并聯，保持每根鋼絞線荷載相同。3#試驗錨索試驗荷載共900kN，每根鋼絞線150kN；6#試驗錨索試驗荷載共760kN，每根鋼絞線190kN；6#試驗錨索試驗荷載共800kN，每根鋼絞線200kN。當達到試驗荷載沒有破壞時，繼續加載至破壞。

4 試驗結果分析

第一組1#、4#、7#三根試驗錨索，試驗破壞荷載均大于試驗荷載，其中1#試驗錨索荷載達到1100kN，4 號試驗錨索荷載達到800kN，7#試驗荷載達到950kN。基本都達到了鋼絞線強度的80%，把鋼絞線的材料強度應用到最大；第二組2#、5#、8#三根試驗錨索，2#試驗錨索試驗在荷載920kN 時，鋼絞線發生破壞；5#試驗錨索試驗在荷載820kN 時，鋼絞線發生破；7#試驗錨索試驗在荷載840kN 時，鋼絞線發生破。三根試驗錨索試驗時的破壞均大于計劃試驗荷載；第三組3#、6#、9#三根試驗錨索，3#、6#、9# 試驗錨索在試驗荷載達到1100kN、840kN、850kN 時，由于千斤頂伸長量的限制，試驗終止，均未達到破壞荷載。三根試驗錨索試驗時的破壞均大于計劃試驗荷載。

從三組試驗結果來看，三組試驗荷載均達到計劃荷載。由于壓力分散性錨索的特殊性，本次試驗的錨索均有三個受力單元，每個受力單元錨固在不同的土層中，各自發揮效果。從錨索受力來說，并聯千斤頂的試驗方法更接近錨索的受力及鎖定狀態。施工時，考慮到現場錨桿鎖定及施工人員一般為勞務人員，采用單個千斤頂逐個受力單元張拉以及采用補償張拉鎖定，基本很難實現。如果采用常見的整體張拉鎖定法，很容易造成單個受力單元破壞，達不到設計想要的設計效果。采用并聯千斤頂基本解決了這一困難，操作既不復雜，又能達到設計要求效果。

5 結語

本次試驗，驗證了實際工況承載力的受力情況，分散性錨索比普通預應力錨索受力更大。試驗樣本相對較少，基本在理想狀態下進行試驗，工程實際應用中，分散性錨索由于施工繁瑣，鎖定尤其麻煩，常用的補償張拉法對人的要求極高，如果對施工人員培訓不到位，后期容易出現問題。采用并聯千斤頂張拉進行鎖定，是一個解決方法。