预应力锚杆在黏土岩中的研究和应用

预应力锚杆在黏土岩中的研究和应用

杨杰

中航长沙设计研究院有限公司湖南长沙410014

摘要：本文结合了工程实例，对预应力锚杆在黏土岩中的研究和应用进行了探讨，并且给出了笔者自己的看法，同时对计算的结果进行了分析，经过对结果的分析后发现其与监测数据较为吻合，由此可以看出桩锚支护结构在黏土岩基坑中有较高的应用价值。

关键词：预应力锚杆；黏土岩；应用研究

钻孔灌注排桩结合预应力锚杆支护技术是一种在建筑工程施工过程中较为常用的技术，桩锚支护体系主要是由排桩、锚杆以及压顶梁组成的，作为支护结构施工中的重要组成部分，在运行的时候会起到协同工作的作用。现阶段，桩锚支护结构作为一种较为成熟的建筑工程施工技术，应经开始得到了较为广泛的应用，与传统的支护方式进行比较，其优势主要体现在造价更加经济并且开挖便利上[1]。

一、工程概况和水文地质条件

（一）工程概况和周边的环境

本次工程项目的周边环境较为复杂，基坑的东侧有多栋居民住宅楼，并且均为浅基础建筑，大多数在七层以下，在项目施工地点的南侧是一条河流，河流旁边是水泥道路，道路底下埋设有雨水管以及污水管，围护边线距离用地红线之间也仅仅只有3.5米。其右侧则是公路主干道，车流量较为密集，该侧的围墙紧贴着人行道，围护边线到地红线和城市主干道之间的距离分别为5米和10米，在主干道地下埋有污水管以及电信管线等。由此可以看出，工程施工周围的地理环境以较为复杂，想要完成施工会有一定的挑战性[2]。

（二）工程地质条件

本工程在进行基坑开挖的时候，其影响因素主要在于土层的填土、粉质黏土以及鹅卵石混圆砾、泥质粉砂岩等等。

（三）水文地质条件

本次项目施工对于水文地质条件也是有较为严格的要求的，场地含水层主要为空隙潜水，并且部分地基土层应该具有透水性，下部基岩通常情况下不含水。孔隙潜水部分主要分布在第四层卵石混圆砾层，这一层属于中等透水层，通常会连续分布在潜水层或者微承压水层中。地下水的补给来源主要是来自雨季雨水的积攒以及上游河水的补给。

二、围护方案以及数值分析

（一）基坑围护方案

对于项目工程的基坑围护来说，本工程通常采用大直径钻孔灌注的方式来进行，并且要在顶部设置四道钢筋来进行支护，以此来增加工程结构的稳定性。同时，为了控制西侧以及东侧基坑变形对于工程的不利影响，可以将钻孔管制的位置向外做移动，从而形成双排桩支护的体系[3]。

（二）计算方法与计算模型

本文主要采用的是PLAXIS2D软件来进行模型的建设，并且在实际应用的过程中有较为理想的效果。取基坑西侧的典型桩锚支护剖面作为计算的剖面，从而建立起了基本的模型（如图1所示）。深基坑的深度为14.7米，主要采用了1.0米直径钻孔管制桩来进行工作。

图1

（三）基坑破坏模式分析

预应力的锚杆长度为18米，主要作用于第五层强风化粉质黏土层以及中风化泥质粉砂岩，这两层岩石材质相对较软，容易冲化。因此，在进行基坑的第五层开挖时，力学结构经常会发生变化，导致其强度会有一定程度的降低，从而使基坑的稳定性受到了影响，在进行数值软件模拟计算的时候应该充分考虑到该因素对于结果的影响。可以由数值软件来模拟出整个基坑开挖的全过程，并且基本可以做到精准无误，当施工进行到第二道工序的时候，应该注意从第四道钢筋土钉开挖到第五层顶面的时候，开挖的深度应该控制在8.0左右为最佳。在这时候，土体的位移以及围护桩的桩顶水平位移应该都不大于5毫米，从而形成了滑裂面，这时候的钻孔灌注桩和钢筋土钉共同作用就起到了很好的效果。当整体的开挖施工都已经完成之后，应该挖至基坑底部，并且深度为14.7米，这时候的围护桩顶的水平位移在29.4毫米左右，从这样的数据当中可以看出土体并没有出现拉裂破坏现象[4]。当最后一道18.0米预应力锚杆有效的切断了土体上部的潜在滑裂面，并且对主动区域的控制起到了较为理想的效果。当取消最后一道预应力锚杆的时候，土体会出现一定的位移，并且此时的围护桩总位移应该在69.6毫米左右，主动区土体的破坏范围会有一定的扩张，并且受到破坏的范围会呈直线分布，一直向四周进行蔓延。竖向的拉裂破坏一般会在地表产生，从而形成了较为明显的滑裂面。当滑裂面较为严重的时候，就会对地下室的开挖有很大的影响，很可能会造成地表的开裂，威胁到周围建筑物的安全，这样的情况也是经常会出现的[5]。

经过上文的分析之后，我们不难看出，在对黏土岩遇到水之后的力学性质改变进行分析探究是非常必要的，通常情况下，都是最后一道预应力对工程的支护起到了关键的作用，并且该道锚杆施加以后，可以有效的控制周围结构的变化，使得项目工程的整体结构稳定性有了一定的保证，同时也使围护桩的最大水平位移有了很大程度的减小。在黏土岩中施加预应力锚杆可以有效的对基坑的位移进行控制，减小了基坑开挖的影响范围，同时也减小了围护水平位移以及地表的竖向位移。

三、基坑监测以及成果的分析

在基坑的上方进行开挖的时候，主要是用于开挖地下室，要对基坑的结构以及水平的位移进行监测，这与本文所研究的主题是一致的，经过对研究的数据进行分析之后可以看出，由于地表以下大概8.3米处设置了预应力锚杆，所以，地表8.0米的位置维护结构的水平位移相对较小，这也在一定程度上证明了预应力锚杆的实际作用。对基坑监测结果进行分析之后，已经在很大程度上将该道预应力锚杆的支护效果体现了出来。

结束语

本工程所涉及到的环节步骤相对较多，在实际工作展开的时候，经常会受到一些突发因素的影响，并且在对造成影响的因素进行控制的时候，往往又会存在一定的难度。当本工程开挖至8.0米以上的时候，再进行钻孔灌注桩结合的土钉墙支护效果会更加理想，最后一道预应力锚杆的应用可以有效的对整个围护结构的整体位移进行很好的控制，并且对控制地表稳定也起到了关键的作用。通过对数字的对比监测之后发现，数字的分析结果与实际结果基本一致，从而较为精准的反映了围护结构内部变化的情况，监测数据也充分表明了预应力锚杆对减小围护结构变形的显著作用。在进行钻孔灌注的时候，应该注意与钢筋土钉以及预应力锚杆进行结合，这样支护结构会变得更加稳定，从而达到较为理想的支护效果。综上所述，本文对预应力锚杆在黏土岩中的研究和应用进行了较为详细的分析，并且给出了笔者自己的意见建议，希望对我国基坑工程相关工作的展开起到一定的帮助。

参考文献

[1]杨校辉，朱彦鹏，郭楠，黄雪峰.软岩深基坑预应力锚杆承载特性与滑移面确定试验研究[J].岩石力学与工程学报，2014，33（S2）：4287-4298.

[2]周辉，徐荣超，卢景景，张传庆，孟凡震，沈峥.深埋隧洞板裂化围岩预应力锚杆锚固效应试验研究及机制分析[J].岩石力学与工程学报，2015，34（06）：1081-1090.

[3]周辉，徐荣超，张传庆，卢景景，孟凡震，沈峥.预应力锚杆内锚固段长度效应研究[J].岩土力学，2015，36（09）：2688-2694.

[4]姚庆雨.预应力锚杆在黏土岩中的研究和应用[J].上海建设科技，2016，10（05）：24-26.

[5]李海燕，李伟，李术才，刘玉萍，高祀敏.新型高预应力锚杆支护技术的研究及应用[J].山东大学学报（工学版），2013，38（06）：51-54.