錨索張拉在膨脹土地區地鐵施工中的應用

倪 婧 （中國能源建設集團安徽電力建設第二工程公司，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]。脹縮性主要表現為吸水膨脹軟化、失水干縮，會導致上部或相鄰建筑物的損壞或事故，這是膨脹土最本質的特征之一。合肥是典型的膨脹土地區，目前地鐵的建設必然會遇到膨脹土問題。因此選取一種安全，可靠、經濟的基坑支護型式，以防止膨脹土體坍塌、保持基坑邊坡的穩定性，對合肥地區膨脹土工程的設計和施工具有十分重要的意義。

趙宏蘭[4]采用壓力分散型預應力錨索加固石膏山水庫壩頂公路橫穿大壩的左壩肩邊坡，提高了表層巖體結構面的抗滑能力，從而提高整個坡體的穩定性。陳輝[5]以日照蘇寧廣場樁錨支護結構體系為例，重點介紹了樁錨支護結構中預應力錨索施工技術，并對施工過程中的問題進行了分析、總結，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合支護施工，現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過程，探索了錨索張拉循環曲線、荷載彈塑性位移曲線關系。

2 案例分析

合肥南站地鐵換乘站車站地處合肥市包河區，位于廬州大道以西、徽州大道以東，合寧高速以北規劃龍川路以南。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構，圍護結構采用Φ1000@1500mm鉆孔灌注樁+內支撐體系，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應力，并把預應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 張拉設備安裝及受力示意圖

圖3 限位板

2.1 張拉數據分析

本次張拉方法采用整體三級張拉的順序，規范中規定錨索預張拉力的取值范圍為設計錨索軸力的75%～90%，本次試驗的張拉力分別取設計軸力的50%、70%、85%，在前一級張拉達到要求時，荷載持續時間為5min，待上一級張拉力穩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，鋼絞線的應力應變關系時符合線性關系的，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數據顯示，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組試驗數據中，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了差距比為0%的情況，這種情況是理想狀態的，理論伸長值和實測伸長值是相等的。但也出現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的試驗數據進行數值分析整理，得出錨索張拉循環曲線、荷載彈塑性位移曲線關系。

錨索張拉試驗數據 表1

從圖4張拉循環曲線中反映了錨索加載-卸載-再加載的循環張拉過程，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，其工作狀態是穩定的，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，同時錨固段產生的塑性位移也在逐漸增加，表明錨固段的工作狀態也逐漸達到其極限狀態。

圖4 錨索張拉循環曲線

圖5 荷載彈性(Q-Se)，塑性(Q-Sp)位移曲線關系

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，當荷載小于設計軸向荷載的50%，此時，錨索所產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；當荷載大于設計軸向荷載的70%時，錨索所產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，對工程判斷錨索是否安全使用提供理論指導。

3 總結

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域錨索張拉正常。

②張拉循環曲線顯示，初始循環加載階段，加載曲線趨于光滑，表面錨索工作狀態是穩定的；隨著荷載的增加，位移增長速率加大，錨索工作狀態逐漸進入極限狀態，錨索發生塑性破壞，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有很大影響。