錨桿復(fù)合土釘支護(hù)設(shè)計(jì)穩(wěn)定性分析

1   引言

　　預(yù)應(yīng)力錨桿復(fù)合土釘墻支護(hù)技術(shù)，是幾種常見(jiàn)的復(fù)合土釘墻基坑支護(hù)形式之一。相對(duì)于錨桿支護(hù)和土釘支護(hù)，預(yù)應(yīng)力錨桿復(fù)合土釘墻支護(hù)具有支護(hù)能力強(qiáng)、機(jī)動(dòng)靈活、工期短、適用范圍廣等特點(diǎn)，在粘性土、粉砂土、卵石土等基坑工程中被廣泛應(yīng)用。

　　雖然預(yù)應(yīng)力錨桿復(fù)合土釘支護(hù)結(jié)構(gòu)在各大工程中運(yùn)用廣泛，但實(shí)際施工仍以工程經(jīng)驗(yàn)為主，對(duì)預(yù)應(yīng)力錨桿復(fù)合土釘墻支護(hù)結(jié)構(gòu)受力機(jī)理、破壞模式等相關(guān)的理論及試驗(yàn)研究還相當(dāng)少且不夠深入，存在著理論明顯滯后于工程實(shí)踐的現(xiàn)象，很大程度地限制了這項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展。為了解決這一矛盾，本文將結(jié)合中建三局樂(lè)陵棚戶區(qū)改造項(xiàng)目實(shí)際施工情況，深入研究和探討預(yù)應(yīng)力錨桿復(fù)合土釘墻支護(hù)結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能及其破壞模式，并在此基礎(chǔ)上對(duì)預(yù)應(yīng)力錨桿復(fù)合土釘墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行支護(hù)設(shè)計(jì)和穩(wěn)定性分析。

　　2   工程概況

　　中建三局集團(tuán)有限公司樂(lè)陵市城北片區(qū)、井家三期棚戶區(qū)改造項(xiàng)目（三標(biāo)段）位于山東省樂(lè)陵市，建設(shè)安置房約2786套，建筑總面積約466685.59m?，共43棟主樓，建筑高度：7.80m～50.70m，基坑深度5.8m。

　　3   預(yù)應(yīng)力錨桿復(fù)合土釘支護(hù)作用機(jī)理

　　3.1   土釘作用機(jī)理分析

　　土釘支護(hù)技術(shù)是在新奧法的原理上逐步發(fā)展起來(lái)的，由被加固土體、土釘筋體、噴射混凝土面層共同組成，是一種土體柔性支護(hù)技術(shù)。潛在滑移面內(nèi)主動(dòng)區(qū)土體由于土釘?shù)拇嬖?，其剛度增大，?qiáng)度和自穩(wěn)能力得到提升。土釘通過(guò)注漿作用與土體結(jié)合成為有機(jī)的整體，共同作用阻止基坑變形。土釘?shù)淖饔弥饕袘?yīng)力分擔(dān)作用、骨架箍束作用、應(yīng)力擴(kuò)散與傳遞作用等方面。

　　3.2 錨桿作用機(jī)理分析

　　預(yù)應(yīng)力錨桿是主動(dòng)支護(hù)方式，通過(guò)對(duì)錨桿施加預(yù)應(yīng)力，能有效的將基坑主動(dòng)區(qū)不穩(wěn)定土體的應(yīng)力傳遞到后方穩(wěn)定的土層中，主動(dòng)地將滑裂面外穩(wěn)定土體的潛能調(diào)動(dòng)起來(lái)，共同承受荷載。預(yù)應(yīng)力的存在一方面改善了主動(dòng)區(qū)土體的應(yīng)力狀態(tài)，另一方面也使土體的自承能力得以充分發(fā)揮，因而對(duì)控制基坑變形、維持基坑穩(wěn)定起到?jīng)Q定性作用。錨桿的作用機(jī)理可以概括總結(jié)為深層錨固作用、深部懸吊作用、注漿約束作用等幾個(gè)方面。

　　4   預(yù)應(yīng)力錨桿復(fù)合土釘支護(hù)設(shè)計(jì)分析

　　由于土釘和錨桿各自作用機(jī)理不同，在基坑開(kāi)挖的不同階段，土釘和錨桿發(fā)揮的作用也顯示出很大差別。根據(jù)樂(lè)陵市棚戶區(qū)改造項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工情況表明，開(kāi)挖初期，基坑挖深較小，土釘釘體大部分仍位于潛在滑裂面以外，土釘發(fā)揮其應(yīng)力傳遞與分散作用。隨著開(kāi)挖的不斷進(jìn)行，土釘釘體在潛在滑裂面以內(nèi)的長(zhǎng)度增大，此時(shí)為保證基坑穩(wěn)定，應(yīng)將錨桿置入土體中，此時(shí)錨桿作為主要受力構(gòu)件，將主動(dòng)區(qū)土體的水土壓力傳遞到深部穩(wěn)定土體中，并通過(guò)預(yù)應(yīng)力對(duì)基坑進(jìn)行主動(dòng)支護(hù)，限制土體的變形，維持基坑穩(wěn)定性。

　　錨桿在整個(gè)開(kāi)挖階段作用顯著，由于錨桿預(yù)應(yīng)力的作用，使錨桿對(duì)基坑得以主動(dòng)支護(hù)，不僅使基坑主動(dòng)區(qū)土體因受到擠壓而加固，還增加了潛在滑動(dòng)面上的正應(yīng)力和抗剪阻力，提供抵抗主動(dòng)區(qū)土體滑動(dòng)的抗滑力，減少基坑滑動(dòng)破壞的發(fā)生。同時(shí)，錨桿預(yù)應(yīng)力對(duì)基坑變形起到很關(guān)鍵的控制作用，能有效改善由基坑下層土體開(kāi)挖引起的應(yīng)力釋放。

　　目前，對(duì)預(yù)應(yīng)力錨桿復(fù)合土釘支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算方面的研究還很欠缺。本文結(jié)合樂(lè)陵棚戶區(qū)改造項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工，根據(jù)規(guī)范對(duì)預(yù)應(yīng)力錨桿復(fù)合土釘支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算方法進(jìn)行總結(jié)，包括土釘和預(yù)應(yīng)力錨桿這兩種主要受力構(gòu)件的設(shè)計(jì)和對(duì)錨桿復(fù)合土釘支護(hù)基坑的穩(wěn)定性進(jìn)行驗(yàn)算分析。

　　4.1   土釘支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

　?。?）土釘長(zhǎng)度確定

　　圖土釘長(zhǎng)度計(jì)算。

　　單根土釘長(zhǎng)度[li]可按下列公式初步確定：

　?。?）土釘桿體截面面積確定。

　　（3）土釘錨固力。在軸向拉力作用下，土釘可能有三種破壞方式：①沿錨固體與土體的界面拔出，即達(dá)到其極限錨固力;②拉力達(dá)到土釘?shù)目估瓘?qiáng)度而被拉斷;③土釘從灌漿體中拔出，即拉力達(dá)到其極限粘結(jié)力。一般不會(huì)發(fā)生土釘被拉斷的情況，通常土釘破壞為拔出破壞。第j排其中一個(gè)土釘所提供的錨固力標(biāo)準(zhǔn)值[Tk，j]：