錨索張拉在膨脹土地區(qū)地鐵施工中的應(yīng)用

倪 婧 （中國能源建設(shè)集團安徽電力建設(shè)第二工程公司，安徽 合肥 230601）

1 引言

膨脹土的工程特性歸納起來就是人們常說的“三性”，即脹縮性、裂隙性、超固結(jié)性。膨脹土邊坡的工程問題往往主要由于這“三性”引起[1-3]。脹縮性主要表現(xiàn)為吸水膨脹軟化、失水干縮，會導(dǎo)致上部或相鄰建筑物的損壞或事故，這是膨脹土最本質(zhì)的特征之一。合肥是典型的膨脹土地區(qū)，目前地鐵的建設(shè)必然會遇到膨脹土問題。因此選取一種安全，可靠、經(jīng)濟的基坑支護型式，以防止膨脹土體坍塌、保持基坑邊坡的穩(wěn)定性，對合肥地區(qū)膨脹土工程的設(shè)計和施工具有十分重要的意義。

趙宏蘭[4]采用壓力分散型預(yù)應(yīng)力錨索加固石膏山水庫壩頂公路橫穿大壩的左壩肩邊坡，提高了表層巖體結(jié)構(gòu)面的抗滑能力，從而提高整個坡體的穩(wěn)定性。陳輝[5]以日照蘇寧廣場樁錨支護結(jié)構(gòu)體系為例，重點介紹了樁錨支護結(jié)構(gòu)中預(yù)應(yīng)力錨索施工技術(shù)，并對施工過程中的問題進行了分析、總結(jié)，并提出了可行的解決方案，通過本實例分析為類似工程提供借鑒。

本文以合肥南站地鐵換乘站為例，該深基坑工程選擇樁錨聯(lián)合支護施工，現(xiàn)就該施工中的錨索張拉試驗進行分析，研究了錨索張拉的循環(huán)過程，探索了錨索張拉循環(huán)曲線、荷載彈塑性位移曲線關(guān)系。

2 案例分析

合肥南站地鐵換乘站車站地處合肥市包河區(qū)，位于廬州大道以西、徽州大道以東，合寧高速以北規(guī)劃龍川路以南。車站標準段基坑凈寬48.6m，深度為約15m，采用地下二層三柱四跨鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，圍護結(jié)構(gòu)采用Φ1000@1500mm鉆孔灌注樁+內(nèi)支撐體系，第一道支撐采用鋼筋混凝土支撐，第2～4道采用錨索支撐。施工平、斷面圖如下：

圖1 合肥南站地鐵換乘站錨索施工平面圖

對錨索張拉的目的是給與錨索預(yù)應(yīng)力，并把預(yù)應(yīng)力有效的傳遞給土體，增強錨索錨固段與土體之間作用力。張拉設(shè)備主要包括油壓千斤頂、油泵、工作夾片、錨板和限位板，見圖2、圖3。

圖2 張拉設(shè)備安裝及受力示意圖

圖3 限位板

2.1 張拉數(shù)據(jù)分析

本次張拉方法采用整體三級張拉的順序，規(guī)范中規(guī)定錨索預(yù)張拉力的取值范圍為設(shè)計錨索軸力的75%～90%，本次試驗的張拉力分別取設(shè)計軸力的50%、70%、85%，在前一級張拉達到要求時，荷載持續(xù)時間為5min，待上一級張拉力穩(wěn)定之后再進行下一級張拉。本次張拉試驗記錄見表1。張拉材料采用的鋼絞線，鋼絞線的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系時符合線性關(guān)系的，因此，本次試驗張拉力的伸長值可用式（1）表示：

式中：ΔL—理論伸長值（mm）；F—張拉力（kN）；L-鋼絞線張拉長度（mm）；Ap—鋼絞線總受力面積（mm2）；Es—鋼絞線彈性模量（N/mm2）。

表1數(shù)據(jù)顯示，15組錨索進行整體三級張拉之后，通過式（1）計算的理論伸長值和實際測量的伸長值差值幅度較小，以差距比來反映錨索的張拉是否符合要求。在本次15組試驗數(shù)據(jù)中，其中D-1-3、D-1-4、D-1-5、D-1-6、D-1-7、D-1-8、D-1-12、D-1-13錨索在三級張拉中出現(xiàn)了差距比為0%的情況，這種情況是理想狀態(tài)的，理論伸長值和實測伸長值是相等的。但也出現(xiàn)了差距比相當大的錨索張拉，如D-1-1組錨索張拉三級張拉差距比都超過10%，說明該組錨索張拉不符合要求，需要更換錨索及錨索裝置；D-1-8錨索第三級張拉差距比達到33.3%，此時需要進行補強張拉。表1中，95.7%差距比不超過10%，是符合錨索張拉限值的，從而證明錨索張拉過程正常，本次15組試驗錨索中，剔除第一組錨索不符合張拉要求，其余14組錨索的張拉鎖定荷載為116.25MPa。對表1的試驗數(shù)據(jù)進行數(shù)值分析整理，得出錨索張拉循環(huán)曲線、荷載彈塑性位移曲線關(guān)系。

錨索張拉試驗數(shù)據(jù) 表1

從圖4張拉循環(huán)曲線中反映了錨索加載-卸載-再加載的循環(huán)張拉過程，第一級張拉荷載較小，加載-卸載曲線呈彈性變形，反映了錨索在第一級張拉加載-卸載過程中，其工作狀態(tài)是穩(wěn)定的，錨索通過張拉將力有效的傳遞到錨固段，然后再傳至土層中，形成錨固力。隨著荷載的繼續(xù)增加，第二級加載-卸載曲線呈塑性變形，錨索伸長值逐漸增加，卸載之后發(fā)生了塑性變形；隨著第三級的加載-卸載塑性變形更大，錨索的伸長值越來越大，且塑性位移越來越大，反映了錨索錨固力的承載力逐漸趨于其極限值，同時錨固段產(chǎn)生的塑性位移也在逐漸增加，表明錨固段的工作狀態(tài)也逐漸達到其極限狀態(tài)。

圖4 錨索張拉循環(huán)曲線

圖5 荷載彈性(Q-Se)，塑性(Q-Sp)位移曲線關(guān)系

從圖5反映的是錨索隨著荷載的增加，其彈性位移和塑性位移變化的曲線圖。曲線圖顯示，在第一級張拉過程中，當荷載小于設(shè)計軸向荷載的50%，此時，錨索所產(chǎn)生的彈性位移稍大于塑性位移，如當荷載為450kPa時，彈性位移為23mm，塑性位移為16mm，位移差距不大；當荷載大于設(shè)計軸向荷載的70%時，錨索所產(chǎn)生的彈性位移遠低于塑性位移，如荷載為1400 kPa時，彈性位移為78mm，塑性位移為137mm，兩者相差59mm，由于塑性位移的過快增長，促使錨索達到其變形極限，致使錨索的破壞。因此，在張拉過程中，塑性變形的大小是影響錨索工作狀態(tài)的主要因素。圖5也能夠反映錨索在不同荷載作用下的工作狀態(tài)，對工程判斷錨索是否安全使用提供理論指導(dǎo)。

3 總結(jié)

①本文以合肥南站地鐵換乘站車站為研究對象，選擇15個代表錨索進行張拉試驗，通過差距比說明該區(qū)域錨索張拉正常。

②張拉循環(huán)曲線顯示，初始循環(huán)加載階段，加載曲線趨于光滑，表面錨索工作狀態(tài)是穩(wěn)定的；隨著荷載的增加，位移增長速率加大，錨索工作狀態(tài)逐漸進入極限狀態(tài)，錨索發(fā)生塑性破壞，最終破壞。

③隨著荷載的增加，Q～Se曲線和Q～Sp曲線曲線反映了在張拉過程中塑性位移的增長對錨索工作狀態(tài)有很大影響。