預應力錨桿柔性支護法機理與力學行為研究.pdf

1、預應力錨桿柔性支護法是一種新的深及超深基坑支護技術，目前采用該技術支護的大連遠洋大廈深基坑深度為25.6m，大連國際金融中心超深基坑已經達到30.0m。預應力錨桿柔性支護技術主要由預應力錨桿、錨下承載結構以及噴射混凝土面層組成，具有造價低、工期短、施工占地小、施工便捷、安全可靠等優(yōu)點，并廣泛適用于風化巖層和中等強度及以上的巖土層，應用十分普遍。本文主要針對預應力錨桿柔性支護法技術，重點以壓力型錨桿錨固機理、噴射混凝土面層上的土壓力、錨下

2、承載結構的承載力以及基坑的力學行為作為研究對象，利用理論分析、解析計算、試驗對比和數值模擬等多種研究手段，得到了一些可直接應用于工程或供理論參考的研究成果。主要研究內容如下:
　　(1)綜合考慮錨固體彈性模量和泊松比，巖土體粘聚力、內摩擦角、彈性模量、泊松比，以及錨固體與巖土體界面上的粘結力以及外摩擦角，并引入錨固體與巖土體界面粘結力工作條件系數，推導了壓力型錨桿錨固體與巖土體界面剪應力和錨固體軸力的計算公式并進行了參數影響分析。

3、結果表明:壓力型錨桿錨固段上剪應力和軸力均呈指數分布，且隨到承載體處距離的增加而逐漸衰減?？紤]錨固體與巖土體界面粘結力影響后，得到的錨固體界面上的剪應力比不考慮界面粘結力得到的剪應力要小，而軸力要大。在此基礎上，分析了壓力型單孔復合錨的錨固機理，推導了其錨固體上的剪應力和軸力計算公式，其荷載傳遞規(guī)律及參數影響研究結果表明:巖土體相對越堅硬，即巖土體彈性模量越大、泊松比越小、粘聚力越大、內摩擦角越大，則剪應力分布越不均勻，且剪應力和軸力衰

4、減越快。壓力型單孔復合錨由于在錨桿鉆孔內同時設置多個承載體，形成多級錨固單元共同受力，各承載體單元受到的荷載大大降低，界面上的剪應力也大大降低，各單元錨固段上的側摩阻力都得到較好的發(fā)揮，受力更加均勻合理。
　　(2)采用解析的方法，對壓力型錨桿在受拉荷載及錨固體系極限承載力時的最大錨固長度進行了研究，得出了相應的錨固長度的計算方法，并分析了不同參數對錨固長度的影響，結果表明:巖土體彈性模量越大，泊松比越小，粘聚力越大，內摩擦角越大

5、，則荷載在錨固段上傳遞的長度越小;泊松比對荷載傳遞長度的影響很小，幾乎可以忽略不計。通過與壓力型錨桿的室內模型試驗結果對比，理論計算的荷載傳遞長度與模型試驗測試結果吻合較好。另外，本文得出的壓力型錨桿的錨固長度計算方法計算的結果與規(guī)范值比較吻合，由于規(guī)范假定側摩阻力均勻分布，當實際錨固長度大于規(guī)范值或大于本文方法的計算值時，有可能會因為超出部分錨固段上的側阻力得不到發(fā)揮而導致錨桿的錨固力達不到設計要求。本文得出的錨固長度計算方法，簡單實

6、用，可以較好地指導指導實際工程設計與施工。
　　(3)基于土拱效應，建立了預應力錨桿柔性支護法噴射混凝土面層土壓力的分析模型，推導得出了作用在噴射混凝土面層上的土壓力計算公式，并與簡倉法和規(guī)程法進行了對比分析，結果表明:基于主動土壓力的土釘規(guī)程法計算面層土壓力明顯偏高;本文法計算結果與簡倉法比較吻合，但是簡倉法由于沒有考慮面層與巖土體間的外摩擦角以及巖土體的粘聚力影響，計算結果相對比較粗糙。通過進一步研究分析，提出了預應力錨桿柔性

7、支護法噴射混凝土面層上土壓力的簡化計算公式。并將土拱效應應用于粘性填土的平動剛性擋土墻，推導了考慮土拱效應的擋土墻上主動土壓力解析式，在不同情況下該解的簡化解與現有經典解析結果及前人推導結果完全吻合，計算結果表明:土拱效應使擋土墻的主動土壓力呈非線性分布，考慮土拱效應后，擋土墻中上部的土壓力要大于經典土壓力計算結果，而在中下部尤其是底部，得到的主動土壓力偏小。
　　(4)采用三維有限元分析軟件，對預應力錨桿柔性支護法的錨下承載結構

8、進行了數值試驗分析，研究了不同型號槽鋼組合形式下錨下承載結構的承載力，結果表明:厚墊板和豎向肋筋在一定程度上可以適當提高錨下承載結構的承載力;噴射混凝土約束可以有效控制錨下承載結構的側向變形，增強結構的穩(wěn)定性;且噴射混凝土全約束時，約束混凝土和槽鋼形成復合承載結構，錨下承載結構的承載力得到較大提高，而噴射混凝土半約束時基本不提高結構的承載力;在槽鋼上翼緣指定位置設置水平連接筋能有效控制結構的側向變形，且設置水平連接筋后，噴射混凝土約束對

9、控制槽鋼側向變形的效果大幅削弱。工程應用結果表明，通過數值試驗得到的錨下承載結構承載力能很好地滿足工程需要。本文得到的數值試驗結果可為預應力錨桿柔性支護設計和施工提供科學依據和技術指導。
　　(5)結合預應力錨桿柔性支護深基坑工程案例，通過錨桿的拉拔試驗，分析了錨桿在風化巖層中的抗拔力及錨固段側模阻力分布規(guī)律，結果表明:錨桿的側摩阻力呈非線性分布，錨桿的抗拔力并不隨錨桿長度的增加而線性增加，僅僅采用增加錨桿錨固段長度的方法來提高錨

10、桿的抗拔力是不合理的。采用FLAC軟件對預應力錨桿柔性支護基坑進行了數值模擬，模擬得到的水平位移與實際工程監(jiān)測值吻合較好。并重點分析了錨桿預應力對基坑變形及滑移場的影響，結果表明:錨桿預應力能有效控制基坑變形并改善基坑的滑移場，在一定范圍內，預應力越大效果越明顯，但是當錨桿預應力超過一定范圍后，繼續(xù)增大預應力幾乎不起作用，反而在一定程度上延長工期。相關研究結論對預應力錨桿柔性支護基坑的合理設計與優(yōu)化施工都具有一定的參考作用。