錨索在基坑開挖過程中的應力變化分析

宋恩潤　秦春暉　張磊

摘要：研究錨索在基坑開挖過程中的應力變化對于了解錨索應用機制以及增強工程穩(wěn)定性具有重要的意義，本文結合深圳市某基坑支護項目，對錨索在支護過程中出現(xiàn)的技術問題展開進一步研究，通過建立一套科學合理的實驗方案，最后得出了應力變化的相關結論，希望能為改善錨索設置工作提供一定的幫助。

關鍵詞：錨索;基坑開挖;應力變化分析

近來隨著建筑的高度不斷增加，基坑開挖深度也隨之加深，因為預應力錨索具有形變小，施工靈活，性能穩(wěn)定的優(yōu)點而廣泛應用于各種類型的地基工作中，錨索支護已經逐漸成為當前基坑支護中較為常用的支護方式，所以研究檢測錨索預應力的變化將增加基坑支護體系的安全性，對于更好地了解錨索建設具有的重要參考意義。

一、工程簡介

本工程位于珠江三角洲，深圳市以西，北和東南方向三面環(huán)山的地方;地貌的東面和南面為廣闊平原靠海地帶，地貌分布特征由西到東是山丘到平原，由平原地區(qū)到沖積扇平原地區(qū)，其地層分布是由碎土石到粘土層再到粉土交互地層。本工程覆蓋的土地厚度在150m左右，地下的土層由粉土，碎石和軟土層混合而成。

基坑開挖深度上選擇15m～20m，其類型屬于超深基坑，支護采用樁錨連接的剛性保護結構，樁心距不超過2m，錨索在對于基坑工程的安全質量都有不可忽視的作用，本次實驗的目的旨在探索錨索應力在整個基坑開挖過程中的變化情況，幫助工程師對錨索參數(shù)設計的合理性做出更深一步的理解[1]。

二、實驗方案介紹

（一）參數(shù)介紹

錨索在實驗階段中采用螺旋鉆桿的錨桿鉆機成孔，水灰比在0.5～0.55之間。水泥采用國際標準P.O43.5，成孔直徑為160mm，鉆孔傾角為20度，支護的模式采用一個樁一錨的形式，當漿液達到設計強度之后隨后進行拉張工作，具體數(shù)據(jù)如表1：

（二）具體方案介紹

首先保證錨索在被張拉到一定的數(shù)值后與預先的設定值進行對比，得出的數(shù)據(jù)差額作為瞬間應力損失的參考數(shù)據(jù)，設計師根據(jù)應力的損失情況改變鎖定值大小，制定一個合適的數(shù)值更好地服務于設計，以便為后期的基坑工程提供安全保證。

實驗的另外一個目標在于探索錨索在短時間內的應力變化情況，并且隨著整個工程的進行，深度的增加，基坑回筑等因素的影響，其應力的變化情況，根據(jù)這些變化可以更好地驗證原本設計方案的合理性和數(shù)據(jù)參數(shù)的精準度。

三、實驗結果顯示報告

根據(jù)實驗的數(shù)據(jù)分析，錨索的預應力會隨著時間的變化而產生預應力損失，最快的階段為張拉后60分鐘之內，隨著時間的增加其下降的幅度也隨之變少，這一現(xiàn)象產生的原因在于鋼絞線在完成張拉工作后不會立刻停止進入穩(wěn)定狀態(tài)，這個時間內鋼絞線會和自由端在空間內產生相對的位移，數(shù)據(jù)顯示B1型號的錨索在基坑開挖的整個過程中其預應力的變化顯示較小然后逐漸變大，預應力由于發(fā)生相對損失因而變小，隨著后期開挖工程的推進逐漸變大。開挖的過程分為兩個步驟：第一個階段開挖的幅度較大，預應力的變化一般在80kN左右的幅度變動，第二階段趨于平穩(wěn)變化時，變化幅度在40kN左右浮動。錨索完成開挖工作后不會在下一個階段繼續(xù)開展開挖工作，在施工作業(yè)中錨索則會隨著時間發(fā)生持續(xù)預應力的損失，持續(xù)挖方時上面的土方由于土層上方壓力的持續(xù)增長，錨索的預應力也逐漸增長，當?shù)孛婀ぷ魍Ｖ购蠡蛘咚泄ぷ魍戤?，主動土壓力和排樁的應力達到一定的平衡之后，此時錨索的壓力也就逐漸穩(wěn)定于一個數(shù)值[2]。

四、工程錨索檢測細節(jié)參考

（一）錨索檢測點分布設置

本工程的錨索檢測數(shù)量設計要求不能低于整體數(shù)量的15%，并且抽樣位置的遵循隨機原則，安裝的日期根據(jù)施工現(xiàn)場的實際情況而定，現(xiàn)場的施工在2015到2017年期間總共針對18個檢測的地點進行預應力的測試，其測試的結果符合預期的期望。

（二）檢測頻率和報警預設值

從錨索的拉張開始之初開始進行檢測且每天檢測一次，如果在檢查過程中遇到特殊的突發(fā)狀況并且不是因為人工技術失誤造成的，應該針對現(xiàn)場的狀況進行加密處理，如果現(xiàn)場出現(xiàn)如下的情況就應該及時做出警報處理。第一，每周的預應力荷載超過了限度的6%，第二，錨索預應力的變化已經累積或者遠遠超過預先設定張拉力的30%。

（三）短期預應力變化分析

結合過往的施工經驗和研究成果，發(fā)現(xiàn)在錨索初步鎖定階段，尤其是前1到10個小時之內，預應力的損失速度極快，為了能夠理解預應力變化的原理，對于17個檢測點中的四個進行測試，在初步鎖定的3個小時之內，每隔5分鐘檢查一次，得到了如下的發(fā)現(xiàn)：在開始的2個小時之內，應力值的變法基本趨勢穩(wěn)定，都屬于標準的線性變化過程，前一個小時的預應力損失遠遠大于后一個小時的損失，經過計算是6倍以上，當前國內的很多鋼絞線都是屬于高強度不易松弛型號，所以鋼絞線的松弛程度僅會對預應力的變化造成極小的影響，但是在實際的工作中因為各個巖土層的縫隙發(fā)育程度不一樣，所以巖體的性質也是不盡相同，這就使得實際工程中的錨索預應力損失偏差較大，直接導致后期檢測工作發(fā)生不可避免的誤差。

五、實驗結果分析

（一）錨索應力損失變化

錨索在鎖定的一瞬間會發(fā)生極大的應力損失，且二者的關系如同基礎數(shù)學中的函數(shù)關系，鎖定數(shù)值越大應力損失的值也越大，鎖定數(shù)值越小則損失值越小，當鎖定數(shù)值和應力值相同時，基本不會發(fā)生數(shù)值的變化。

（二）應力變化幅度

錨索的應力值在剛剛鎖定的初始階段雖然會發(fā)生應力損失的變化，但是幅度較小，比較穩(wěn)定，隨著時間和外界的因素會逐步發(fā)生數(shù)值變化。

（三）影響因素

周圍不同的環(huán)境因素都會對應力變化造成一定的影響，尤其是在土方開挖過程中會有錨索預應力的上升，同時經過一定時間之后，當錨索的預應力增加到和土方壓力一樣大的時候，其數(shù)值一般不會發(fā)生變化。

（四）實驗結論

通過以上的實驗數(shù)據(jù)可得，錨索的應力損失變化在基坑施工中前期階段變化最大，可以占據(jù)總損失的80%以上，所以控制好錨索前期的施工工作對于整個工程都具有重要的意義。具體的控制方法還應根據(jù)工程的實際情況而定，可以從預應力錨索造孔，桿體的制作和安裝以及注漿工藝改進等幾個方面入手。

六、結語：

預應力錨索在樁板結構中具有很好的效果，然而當前我國很多的技術部門沒有重視這個環(huán)節(jié)的施工，這也就導致這一技術理論在當前沒有很好地應用，筆者希望能夠通過本文的實驗結論給國內不成熟的理論提供一個合適的參考建議，為今后基坑支護工作提供一定支持。

參考文獻：

[1]賀晨.基坑支護方案的優(yōu)化設計及施工過程受力變形特性研究[D].中南大學，2011.