簡述樁錨支護(hù)體系力學(xué)性能

摘 要：隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，建筑技術(shù)取得了很大進(jìn)步。在實際的施工過程中應(yīng)用哪種技術(shù)就應(yīng)該對這種技術(shù)進(jìn)行了解。文章就對樁錨支護(hù)體系的力學(xué)性能進(jìn)行了相關(guān)闡述。

關(guān)鍵詞：樁錨支護(hù)體系；力學(xué)性能；建筑

1 樁錨支護(hù)體系的構(gòu)成

深基坑樁錨支護(hù)體系主要由支護(hù)樁與錨桿組成，為了增強支護(hù)結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性，在樁頂通常設(shè)有冠梁。這種支護(hù)結(jié)構(gòu)由錨桿與周圍土體的之間的摩擦力及支護(hù)樁共同抵擋樁后的土壓力，樁錨支護(hù)體系應(yīng)設(shè)有腰梁。錨桿與腰梁連接，而腰梁與支護(hù)樁連接，以此形成一個穩(wěn)定的受力體系。由于土中水對錨桿周圍土之間的受力有很大影響，而深基坑中地下水位往往在基底以上，所以樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)施工通常與降水共同進(jìn)行。

1.1 支護(hù)樁體系

樁錨結(jié)構(gòu)中的樁目前最常見的是鉆孔灌注樁，也可以人工挖孔樁，預(yù)制樁鋼板樁等，樁既有擋土作用又有受力作用。一般情況下樁孔徑大于400mm，樁間距依據(jù)受力及樁間土體穩(wěn)定條件確定。

1.2 錨桿及腰梁體系

1.2.1 錨桿

錨桿的作用是將樁所受側(cè)壓力傳至穩(wěn)定的土層，與腰梁排樁共同作用，形成一個穩(wěn)定的體系。

預(yù)應(yīng)錨桿由自由端、錨固端、緊固段組成，錨桿端是錨桿的最遠(yuǎn)端，它將拉力傳給土層。錨固端通過灌漿形成一個粗糙圓柱體，錨桿居中，四周為砂漿裹護(hù)，此部分是錨桿中最關(guān)鍵的部分，錨固桿段長度不宜小于4m。自由端是將這力傳至錨固段的中間段，錨頭是用來錨固鎖定錨桿并通過它對錨桿施加壓力的部分，錨頭由部分鋼絞線、承壓墊板、錨具、夾片組成。長度不宜大于5m，外露長度需要滿足臺座、腰梁尺寸以及張拉作業(yè)要求。

1.2.2 腰梁

腰梁必須有足夠的剛度與強度，才能保證排樁能將其承受的土壓力有效的傳給錨桿，同時由于考慮工程造價及腰梁主要受彎這一特點，工程中通常用雙槽鋼作為腰梁。

2 預(yù)應(yīng)力錨桿特點及預(yù)應(yīng)力損失

2.1 預(yù)應(yīng)力錨桿特點

預(yù)應(yīng)力錨桿支護(hù)是一種現(xiàn)今流行、技術(shù)成熟應(yīng)用廣泛的深基坑支護(hù)技術(shù)。它通過對錨桿預(yù)先施加一定拉應(yīng)力，實現(xiàn)對深基坑側(cè)壁的加固。通過對錨桿自由段的張拉，使錨固的土體產(chǎn)生應(yīng)壓力，錨桿被固定，因而對腰梁產(chǎn)生壓力，固定了排樁。

預(yù)應(yīng)力錨桿安全性好，由于錨桿每一根受力都必須張拉，并可檢測，所以錨桿即便有問題也可以補救，因此預(yù)應(yīng)力錨桿具有良好的安全性。

預(yù)應(yīng)力錨桿能夠先主動對土體巖體進(jìn)行加固，隨后才進(jìn)行土方開挖，巖土才受到土壓力，所以能夠減少土體剪切變形，有利于巖土體的穩(wěn)定性，基坑變形較小。

2.2 預(yù)應(yīng)力錨桿的預(yù)應(yīng)力損失

預(yù)應(yīng)力錨桿的預(yù)應(yīng)力損失是工程中必須面臨的問題，它是關(guān)系到工程安全的一個重要問題。預(yù)應(yīng)力損失與很多因素相關(guān)，土體力學(xué)特征、材料的性質(zhì)、使用的錨具質(zhì)量、現(xiàn)行的施工工藝和當(dāng)前的管理水平都是其影響的主要因素。通常預(yù)應(yīng)力錨桿的預(yù)應(yīng)力損失主要分為：張拉過程損失、錨固過程損失、和由時間變化引起的損失。

2.2.1 張拉過程的預(yù)應(yīng)力損失

張拉過程中的預(yù)應(yīng)損失主要由兩種摩擦決定：預(yù)應(yīng)力錨桿與土體孔壁的摩擦、千斤頂?shù)哪Σ磷枇ΑＮ覀儜?yīng)采取方法來減少錨桿與土體的接觸，由此來減少此部分預(yù)應(yīng)力損失。張拉千斤力的摩擦損失一般為張拉力的1%，這部分損失可以通過超張拉來消除。

2.2.2 錨固過程中的損失

卸載是在錨桿在張拉程序完成后必須進(jìn)行的一道工序。通常在鎖定錨桿時鋼絞線會有一定量的回縮，在某種程度上錨桿預(yù)應(yīng)力損失的大小取決于回縮量的多少。通常錨固工具的狀態(tài)與操作人員水平對其影響較大，此部分損失可通過超張拉來彌補。

2.2.3 由時間引起的損失

由時間引起的損失主要有錨桿的松馳、土體的徐變。

（1）錨桿的松馳。現(xiàn)行錨桿通常由鋼材制成，如鋼絲、鋼鉸線等材料。鋼材具有長期受荷載作用下會出現(xiàn)松馳的情形，而且隨著外加荷載的不斷增大這種松馳的損失量也會逐漸加大。試驗表明，鋼材在長期受荷載的情況下預(yù)應(yīng)力損失量通常為5～10%。由此可見，由于鋼材本身所具有的上述特性，錨桿在使用過程中必然會面對錨桿隨著時間的推移，強度逐漸損失的情況。

（2）土體徐變。土體徐變是土體一個特性，它是樁錨支護(hù)體中錨桿預(yù)應(yīng)力損失的又一來源。在樁錨體系中預(yù)應(yīng)力施加后，土體會產(chǎn)生壓縮變形，這種變形并不是一次到位的，隨著時間的推移，這種變形也應(yīng)逐漸增加。

3 樁錨支護(hù)體系的工作原理

基坑開挖、支護(hù)過程其實是一種土體從一種平衡狀態(tài)到另一種平衡狀態(tài)的過程。土體開挖時會引起支護(hù)體系內(nèi)側(cè)的土體的應(yīng)力釋放。為了保證施工安全，我們必須采取措施來進(jìn)行阻擋已經(jīng)失去支撐的那部分土方，防止土體側(cè)移，這樣就形成了一個新平衡。支護(hù)結(jié)構(gòu)限制了土體變形，故而自身必定受到來土體的壓力，這就形成了土體與支護(hù)結(jié)構(gòu)之間平衡的相互作用。

在深基坑樁錨支護(hù)體系中，排樁體在深基坑周圍土體荷載的作用下會向基坑內(nèi)傾倒，樁后土在此情況下也會有一定的位移。在這種情況下樁體依靠嵌固深度范圍內(nèi)樁體和錨桿來抵擋樁后所受的主動土壓力，并減小一部分位移，從而產(chǎn)生了支護(hù)樁、錨桿以及土體間相互作用。

3.1 支護(hù)結(jié)構(gòu)中樁與土體的相互作用

在基坑開挖過程中，由于土體內(nèi)部壓力的存在，致使土體在開挖后有向坑內(nèi)傾倒的趨勢，而排樁則限制了土體的位移。樁的長度要大于基坑的深度，樁深嵌于土層內(nèi)，利用土層的嵌固作用來抵抗樁上部的側(cè)壓力。

對于排樁而言，樁間的土拱效應(yīng)是土體自身強度得以發(fā)揮的結(jié)果。樁后土壓力通過土體傳到樁，樁利用深埋地土內(nèi)的下部及樁本身來抵抗壓力。

在開挖過程中樁間土有向基坑內(nèi)移動的趨勢，所以樁間土的位移要大于樁后土。在這種情況下樁間土與樁后土抗剪能力發(fā)揮，其在土體中形成了一種楔緊作用，這就是所說的樁間土的土拱效應(yīng)。土拱效應(yīng)其限制了樁間土的位移，構(gòu)成了相對穩(wěn)定的一種狀態(tài)，而樁間土的土體壓力則傳到相鄰兩側(cè)的樁上。

3.2 錨桿與土體的相互作用

樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)中的樁錨屬于預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，它通過主動施加錨桿拉力限制了土體的變形與位移。預(yù)應(yīng)力錨桿不僅加固了坑壁，同時改變了排樁那懸臂樁的不合理的受力狀態(tài)。而且由于錨桿的作用，增強了土體在豎向的嵌固作用，進(jìn)而減小了下滑體的下滑力。

錨桿的受力情況復(fù)雜，不同的材料、不同的施工狀況和不同的土質(zhì)情況所造成的受力情況都不盡相同，其工作機理一時難以分析清楚。一般認(rèn)為錨桿的拉力由自由段傳至錨固段，當(dāng)錨固段受力后傳至錨桿與周邊水泥砂漿的形成的粘結(jié)力錨固體中，最后通過錨固體與周圍土體之間的想互作用傳至土體。

3.3 樁錨結(jié)構(gòu)的受力特征

樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)綜合了排樁支護(hù)與錨桿支護(hù)的優(yōu)點，使得二者都能發(fā)揮最大功效。尤其使支護(hù)樁體受力更加合理，有效的控制了支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形。通常在場地測量后進(jìn)行排樁施工，然后進(jìn)行土方開挖，在挖到設(shè)計高度后錨桿進(jìn)行施工。在挖土后錨桿受力前樁受到土體壓力作用，出現(xiàn)懸臂狀態(tài)。在錨桿施工后，樁上增加了支點，樁受到的是彎力，如此就改變了懸臂狀態(tài)，減少了樁的變形。隨著深度加大，樁上錨桿的增加，樁受力逐漸變?yōu)槎帱c支撐受彎狀態(tài)。樁錨結(jié)構(gòu)有效地利用樁及錨桿的優(yōu)勢，樁的變形極小，且樁在水平土壓力作用下趨于均勻，受力更加合理。