預(yù)應(yīng)力錨桿柔性支護(hù)法機(jī)理與力學(xué)行為研究.pdf

1、預(yù)應(yīng)力錨桿柔性支護(hù)法是一種新的深及超深基坑支護(hù)技術(shù)，目前采用該技術(shù)支護(hù)的大連遠(yuǎn)洋大廈深基坑深度為25.6m，大連國(guó)際金融中心超深基坑已經(jīng)達(dá)到30.0m。預(yù)應(yīng)力錨桿柔性支護(hù)技術(shù)主要由預(yù)應(yīng)力錨桿、錨下承載結(jié)構(gòu)以及噴射混凝土面層組成，具有造價(jià)低、工期短、施工占地小、施工便捷、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，并廣泛適用于風(fēng)化巖層和中等強(qiáng)度及以上的巖土層，應(yīng)用十分普遍。本文主要針對(duì)預(yù)應(yīng)力錨桿柔性支護(hù)法技術(shù)，重點(diǎn)以壓力型錨桿錨固機(jī)理、噴射混凝土面層上的土壓力、錨下

2、承載結(jié)構(gòu)的承載力以及基坑的力學(xué)行為作為研究對(duì)象，利用理論分析、解析計(jì)算、試驗(yàn)對(duì)比和數(shù)值模擬等多種研究手段，得到了一些可直接應(yīng)用于工程或供理論參考的研究成果。主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　(1)綜合考慮錨固體彈性模量和泊松比，巖土體粘聚力、內(nèi)摩擦角、彈性模量、泊松比，以及錨固體與巖土體界面上的粘結(jié)力以及外摩擦角，并引入錨固體與巖土體界面粘結(jié)力工作條件系數(shù)，推導(dǎo)了壓力型錨桿錨固體與巖土體界面剪應(yīng)力和錨固體軸力的計(jì)算公式并進(jìn)行了參數(shù)影響分析。

3、結(jié)果表明:壓力型錨桿錨固段上剪應(yīng)力和軸力均呈指數(shù)分布，且隨到承載體處距離的增加而逐漸衰減?？紤]錨固體與巖土體界面粘結(jié)力影響后，得到的錨固體界面上的剪應(yīng)力比不考慮界面粘結(jié)力得到的剪應(yīng)力要小，而軸力要大。在此基礎(chǔ)上，分析了壓力型單孔復(fù)合錨的錨固機(jī)理，推導(dǎo)了其錨固體上的剪應(yīng)力和軸力計(jì)算公式，其荷載傳遞規(guī)律及參數(shù)影響研究結(jié)果表明:巖土體相對(duì)越堅(jiān)硬，即巖土體彈性模量越大、泊松比越小、粘聚力越大、內(nèi)摩擦角越大，則剪應(yīng)力分布越不均勻，且剪應(yīng)力和軸力衰

4、減越快。壓力型單孔復(fù)合錨由于在錨桿鉆孔內(nèi)同時(shí)設(shè)置多個(gè)承載體，形成多級(jí)錨固單元共同受力，各承載體單元受到的荷載大大降低，界面上的剪應(yīng)力也大大降低，各單元錨固段上的側(cè)摩阻力都得到較好的發(fā)揮，受力更加均勻合理。
　　(2)采用解析的方法，對(duì)壓力型錨桿在受拉荷載及錨固體系極限承載力時(shí)的最大錨固長(zhǎng)度進(jìn)行了研究，得出了相應(yīng)的錨固長(zhǎng)度的計(jì)算方法，并分析了不同參數(shù)對(duì)錨固長(zhǎng)度的影響，結(jié)果表明:巖土體彈性模量越大，泊松比越小，粘聚力越大，內(nèi)摩擦角越大

5、，則荷載在錨固段上傳遞的長(zhǎng)度越小;泊松比對(duì)荷載傳遞長(zhǎng)度的影響很小，幾乎可以忽略不計(jì)。通過(guò)與壓力型錨桿的室內(nèi)模型試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比，理論計(jì)算的荷載傳遞長(zhǎng)度與模型試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果吻合較好。另外，本文得出的壓力型錨桿的錨固長(zhǎng)度計(jì)算方法計(jì)算的結(jié)果與規(guī)范值比較吻合，由于規(guī)范假定側(cè)摩阻力均勻分布，當(dāng)實(shí)際錨固長(zhǎng)度大于規(guī)范值或大于本文方法的計(jì)算值時(shí)，有可能會(huì)因?yàn)槌霾糠皱^固段上的側(cè)阻力得不到發(fā)揮而導(dǎo)致錨桿的錨固力達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。本文得出的錨固長(zhǎng)度計(jì)算方法，簡(jiǎn)單實(shí)

6、用，可以較好地指導(dǎo)指導(dǎo)實(shí)際工程設(shè)計(jì)與施工。
　　(3)基于土拱效應(yīng)，建立了預(yù)應(yīng)力錨桿柔性支護(hù)法噴射混凝土面層土壓力的分析模型，推導(dǎo)得出了作用在噴射混凝土面層上的土壓力計(jì)算公式，并與簡(jiǎn)倉(cāng)法和規(guī)程法進(jìn)行了對(duì)比分析，結(jié)果表明:基于主動(dòng)土壓力的土釘規(guī)程法計(jì)算面層土壓力明顯偏高;本文法計(jì)算結(jié)果與簡(jiǎn)倉(cāng)法比較吻合，但是簡(jiǎn)倉(cāng)法由于沒(méi)有考慮面層與巖土體間的外摩擦角以及巖土體的粘聚力影響，計(jì)算結(jié)果相對(duì)比較粗糙。通過(guò)進(jìn)一步研究分析，提出了預(yù)應(yīng)力錨桿柔性

7、支護(hù)法噴射混凝土面層上土壓力的簡(jiǎn)化計(jì)算公式。并將土拱效應(yīng)應(yīng)用于粘性填土的平動(dòng)剛性擋土墻，推導(dǎo)了考慮土拱效應(yīng)的擋土墻上主動(dòng)土壓力解析式，在不同情況下該解的簡(jiǎn)化解與現(xiàn)有經(jīng)典解析結(jié)果及前人推導(dǎo)結(jié)果完全吻合，計(jì)算結(jié)果表明:土拱效應(yīng)使擋土墻的主動(dòng)土壓力呈非線性分布，考慮土拱效應(yīng)后，擋土墻中上部的土壓力要大于經(jīng)典土壓力計(jì)算結(jié)果，而在中下部尤其是底部，得到的主動(dòng)土壓力偏小。
　　(4)采用三維有限元分析軟件，對(duì)預(yù)應(yīng)力錨桿柔性支護(hù)法的錨下承載結(jié)構(gòu)

8、進(jìn)行了數(shù)值試驗(yàn)分析，研究了不同型號(hào)槽鋼組合形式下錨下承載結(jié)構(gòu)的承載力，結(jié)果表明:厚墊板和豎向肋筋在一定程度上可以適當(dāng)提高錨下承載結(jié)構(gòu)的承載力;噴射混凝土約束可以有效控制錨下承載結(jié)構(gòu)的側(cè)向變形，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性;且噴射混凝土全約束時(shí)，約束混凝土和槽鋼形成復(fù)合承載結(jié)構(gòu)，錨下承載結(jié)構(gòu)的承載力得到較大提高，而噴射混凝土半約束時(shí)基本不提高結(jié)構(gòu)的承載力;在槽鋼上翼緣指定位置設(shè)置水平連接筋能有效控制結(jié)構(gòu)的側(cè)向變形，且設(shè)置水平連接筋后，噴射混凝土約束對(duì)

9、控制槽鋼側(cè)向變形的效果大幅削弱。工程應(yīng)用結(jié)果表明，通過(guò)數(shù)值試驗(yàn)得到的錨下承載結(jié)構(gòu)承載力能很好地滿足工程需要。本文得到的數(shù)值試驗(yàn)結(jié)果可為預(yù)應(yīng)力錨桿柔性支護(hù)設(shè)計(jì)和施工提供科學(xué)依據(jù)和技術(shù)指導(dǎo)。
　　(5)結(jié)合預(yù)應(yīng)力錨桿柔性支護(hù)深基坑工程案例，通過(guò)錨桿的拉拔試驗(yàn)，分析了錨桿在風(fēng)化巖層中的抗拔力及錨固段側(cè)模阻力分布規(guī)律，結(jié)果表明:錨桿的側(cè)摩阻力呈非線性分布，錨桿的抗拔力并不隨錨桿長(zhǎng)度的增加而線性增加，僅僅采用增加錨桿錨固段長(zhǎng)度的方法來(lái)提高錨

10、桿的抗拔力是不合理的。采用FLAC軟件對(duì)預(yù)應(yīng)力錨桿柔性支護(hù)基坑進(jìn)行了數(shù)值模擬，模擬得到的水平位移與實(shí)際工程監(jiān)測(cè)值吻合較好。并重點(diǎn)分析了錨桿預(yù)應(yīng)力對(duì)基坑變形及滑移場(chǎng)的影響，結(jié)果表明:錨桿預(yù)應(yīng)力能有效控制基坑變形并改善基坑的滑移場(chǎng)，在一定范圍內(nèi)，預(yù)應(yīng)力越大效果越明顯，但是當(dāng)錨桿預(yù)應(yīng)力超過(guò)一定范圍后，繼續(xù)增大預(yù)應(yīng)力幾乎不起作用，反而在一定程度上延長(zhǎng)工期。相關(guān)研究結(jié)論對(duì)預(yù)應(yīng)力錨桿柔性支護(hù)基坑的合理設(shè)計(jì)與優(yōu)化施工都具有一定的參考作用。