預應力錨索樁受力機理研究

李果

摘 要：基于樁錨變形協調原理，對巖土工程中樁錨支護結構進行理論公式推導，并結合工程案例進行實際數據的理論計算，加深了對樁錨支護結構設計的認識水平，有利于工程實踐。

關鍵詞 ：樁錨結構；設計原理；工程實踐分析

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.06.111

1 引言

隨著城市化建設的加快，深基坑工程正朝著深、大方向發展，并且城市基坑工程項目常面臨地下管線問題，因此基坑開挖安全越來越引起有關部門和學者的注意。

目前，基坑工程在軟土地區常采用地下連續墻加鋼管樁支撐，而當巖質較硬的情況下對采用抗滑樁，在某些工程安全等級較高，變形控制嚴格的地方常采用錨索樁。

本文通過對深基坑樁錨支護結構進行理論公式推導，并結合工程算例加以應用，可以更好的服務工程設計。

2 樁錨結構設計原理

2.1 樁錨結構設計基本假設[1]

（1）巖土體在開挖卸荷過程中，對于同一類型的巖土層沿著某一確定的破裂角破壞，滑裂體被當作剛性體，且其后的推力類型分為三角形、梯形形式。

（2）抗滑樁在受到推力變形后，與原始樁體垂直的截面在變形后任然保持垂直[2]。

（3）樁錨支護結構在受力變形過程中，把樁、錨、巖土體作為一個整體，并且滿足錨索作用點位置處的樁體變形量等于錨索的變形量。

2.2 樁錨支護結構受力機理

基坑開挖過程中錨索樁受力分析情況，對于開挖面底部彎矩、剪力：

M0=My-RH ； V0=F-R （1） 式中：F和My分別表示巖土壓力和巖土體在開挖面產生的彎矩；R、H分別表示錨索水平方向應力和錨索距離開挖面的高度當有多根錨索時，錨索應力進行求和。

并且在錨索作用點的位置，樁體和錨索的應變滿足變形協調原理， 所以：Sz=Ss （2） 其中：SZ=X0+φ0H+z-Sij （3） 式中：X0、φ0分別表示開挖底面的位移和樁體轉角；Z和Sij分別表示樁節點的位移和錨索作用力在節點處的位移。

在巖土壓力的作用下樁體節點的位移計算方式：

Z=L4（5q0*（3-4（1-?）+（1-?）4）+（q1-q0）*（4-5（1-?）+（1-?）5）；S=Eδ （4） 式中：EI為樁體剛度；?表示錨索所在位置高度和基坑高度的比值；L表示錨索的自由段長度；δ表示應變系數。

對于預應力錨索可以通過k法計算得到樁體嵌固端部的位移和轉角分別為：

Ф0=V0*θ2/β2EI+M0*θ3/βEI

X0=V0*θ1/β3EI+M0*θ2/β2EI （5）

結合式（1）到式（5）通過應變協調原理求得錨索樁錨索應力R。

3 樁錨結構算例

由于公路邊坡對于人們的生命財產安全較為重要，現對某公路邊坡工程進行二維理論計算研究。該邊坡采用抗滑樁加一道錨索的支護形式，邊坡擬采用1.5x2m尺寸的抗滑樁，錨索采用8束7根直徑為5mm的錨索束，基坑土壓力分布采用三角行分布形式，q0、q1分別取值0、300KN，樁身采用混凝土的彈性模量和錨索的彈性模量分別取值為2.6x1010N/m2和1.9x1011N/m2，樁體錨固深度取值為5m，懸臂段長度為16m，錨索作用于樁頂以下3m位置，試求抗滑樁上需要施加的錨索應力值。

（1）樁體剛度：EI=2.6×1010×bL3/12=2.6×1010

（2）本例中對于單錨索結構：δ=2.817X10-5。

（3） 根據式（4）計算受土壓力作用時，錨索拉應力作用點的位移為：z=0.0193

（4）在樁體錨固端部的彎矩和剪力計算情況：V0=q1H/2=2400KN.m；

M0=q1H2/6=12800KN.m2

（5）通過樁體的變形系數和計算寬度確定錨索樁的三個系數。

1）當樁體的寬度超過一米時，抗滑樁的計算寬度取值為：Bp=b+1=2.5m。

2）樁體的變形系數計算公式為：β=0.2914。

3）通過樁體變形系數和樁體埋設深度等信息得到樁體變形的三個系數分別為：θ1=0.7137 、θ2=0.815、θ3=1.4969。

（6）將前式中的各參數帶入理論推導的式（1）到式（5）得到錨索應力值為：。

4 結論

本文通過對預應力錨索樁進行理論分析研究，推導了錨索樁的計算公式研究了錨索樁的受力機理。對于工程實踐和理論分析研究具有較好的現實意義。

參考文獻：

[1]陳占.預應力錨索樁設計與計算[J].地球科學-中國地質大學學報，2001，26（04）：352-356.

[2]粟一凡.材料力學.下冊.第2版[M].高等教育出版社，1983.