王 佩,邱勇強(qiáng),薛 超,柳思航
(西安科技大學(xué),陜西 西安 710054)
隨著近年來的經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展,城市化率進(jìn)一步提高,人口密度進(jìn)一步增大。深基坑支護(hù)工程是地下工程的重點(diǎn),樁錨支護(hù)作為一種因城市建設(shè)用地有限常用深基坑支護(hù)工程手段被廣泛應(yīng)用。樁錨支護(hù)體系中的一種安全、高效的巖土工程加固手段,廣泛應(yīng)用于邊坡加固、隧道、基坑工程及地下工程中[1]。錨索將基坑邊坡對(duì)樁的部分推力傳到巖土體深層,增加支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。檢驗(yàn)錨索滿足設(shè)計(jì)抗拔承載力,為更好優(yōu)化設(shè)計(jì)、降低工程成本,尋求研究黃土層中的錨固力特征值,為設(shè)計(jì)提供理論支撐[2]。
實(shí)際上,預(yù)應(yīng)力錨索技術(shù)是一個(gè)復(fù)雜的力學(xué)系統(tǒng),目前的研究成果是通過力學(xué)模型或者數(shù)值模型探討其機(jī)制,由于工程現(xiàn)場(chǎng)的復(fù)雜性和獨(dú)特性,理論模型與實(shí)際存在較大差異[3~5]。實(shí)際工程是通過對(duì)錨索的抗拔試驗(yàn)進(jìn)行檢驗(yàn),錨索是否能達(dá)到設(shè)計(jì)要求,因此存在潛在的工程隱患或不必要的工程資源浪費(fèi)現(xiàn)象。通過對(duì)海榮地產(chǎn)長(zhǎng)安ONE項(xiàng)目基坑支護(hù)工程錨索抗拔現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究,對(duì)位于黃土地層的預(yù)應(yīng)力錨索現(xiàn)場(chǎng)抗拔試驗(yàn)進(jìn)行研究,對(duì)于錨索設(shè)計(jì)錨固長(zhǎng)度下的極限承載力和預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行測(cè)試和驗(yàn)證,確定錨索設(shè)計(jì)是否滿足要求,為類似工程的設(shè)計(jì)提供參考,從而做到更好地優(yōu)化設(shè)計(jì)。
海榮地產(chǎn)長(zhǎng)安ONE項(xiàng)目場(chǎng)地位于西安市未央?yún)^(qū),南鄰鳳城十路東鄰未央路,基坑開挖深度10.57 m~11.07 m,由于場(chǎng)地限制,不利于放坡,該基坑采用微型樁+錨索支護(hù)方案。該支護(hù)為臨時(shí)性支護(hù),設(shè)計(jì)使用時(shí)間為12個(gè)月,支護(hù)結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為一級(jí)。
場(chǎng)地地貌單元屬于渭河一級(jí)階地,根據(jù)勘察報(bào)告中鉆探鑒別,地層在75 m深度范圍內(nèi)的主要有素填土Q4ml、黃土狀粉質(zhì)黏土 Q4al+pl、中砂 Q4al+pl、中砂 Q4al+pl、粉質(zhì)黏土 Q3al+pl、中砂 Q3al+pl、粉質(zhì)黏土Q3al+pl、中砂Q2al+pl、中砂Q2al+pl等地層構(gòu)成。根據(jù)勘察報(bào)告該場(chǎng)地屬于關(guān)中地區(qū)典型的自重濕陷性黃土場(chǎng)地,場(chǎng)地范圍內(nèi)地層分布穩(wěn)定,無不良地質(zhì)作用,穩(wěn)定水位埋深10.2 m~16.90 m,相應(yīng)標(biāo)高為362.50 m~363.50 m,屬于潛水類型。
該項(xiàng)目位于市區(qū),基坑開挖深度10.57 m~11.07 m,土方開挖量大,D-A-B-C段采用樁錨支護(hù)方案,樁徑300 mm,樁間距1600 mm,樁長(zhǎng)度22600 mm。
錨索設(shè)計(jì)采用3Φs15.2鋼絞線,截面面積為417mm2,長(zhǎng)23 m,自由端長(zhǎng)度5 m,固定端長(zhǎng)度18 m,角度為15°,設(shè)計(jì)軸向抗拔力標(biāo)準(zhǔn)值為300 kN。錨索施工采用機(jī)械成孔,并用不小于0.6 MPa壓力灌注M20水泥砂漿。錨索孔徑150 mm。
為了對(duì)該項(xiàng)目基坑邊坡預(yù)應(yīng)力錨索設(shè)計(jì)錨固長(zhǎng)度下的極限抗拔承載力等設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行試驗(yàn),特在工程現(xiàn)場(chǎng)選址進(jìn)行預(yù)應(yīng)力錨索抗拔試驗(yàn),以確定錨索抗拔是否滿足設(shè)計(jì)要求。
本次試驗(yàn)為相同型號(hào)尺寸的錨索(3Φs15.2,長(zhǎng)度23 m)(安裝圖見圖1)作為抗拔試驗(yàn)組共計(jì)12根。試驗(yàn)采用逐級(jí)加載法。根據(jù)設(shè)計(jì)要求和支護(hù)結(jié)構(gòu)安全等級(jí)確定在建場(chǎng)地抽檢的錨索最大試驗(yàn)荷載值為錨索軸向拉力標(biāo)準(zhǔn)值的1.4倍。具體試驗(yàn)的加載、卸荷、讀數(shù)均按照《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》(JG J120-2012)附錄A之A4驗(yàn)收試驗(yàn)相關(guān)要求執(zhí)行。錨索抗拔承載力檢測(cè)采用單循環(huán)加載法,其加載分級(jí)和錨頭位移觀測(cè)時(shí)間按表1確定。
圖1 錨索抗拔試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)安裝圖
表1 加載分級(jí)和錨頭位移觀測(cè)時(shí)間表
根據(jù)試驗(yàn)加載方案的試驗(yàn)要求,統(tǒng)計(jì)共計(jì)12根試驗(yàn)錨索錨頭位移讀數(shù)的平均值,見表2、表3,并統(tǒng)計(jì)12根錨索在各級(jí)加荷條件下最大位移、最小位移和平均位移,見表4。根據(jù)表2、表3,經(jīng)過統(tǒng)計(jì)計(jì)算后,抽檢的12根錨索,均在抗拔承載力檢測(cè)值下,錨頭位移穩(wěn)定,且在抗拔承載力檢測(cè)值下測(cè)得的彈性位移量大于錨索自由端長(zhǎng)度理論彈性伸長(zhǎng)量的80%,滿足《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》(JGJ 120-2012)附錄A中過于錨索驗(yàn)收實(shí)驗(yàn)要求,判定為合格。
表2 1~6號(hào)錨頭位移讀數(shù)平均值
表3 7~12號(hào)錨頭讀數(shù)平均值
表4 1~12號(hào)錨頭位移讀數(shù)統(tǒng)計(jì) 單位:mm
根據(jù)表2~表4的試驗(yàn)數(shù)據(jù),表中的試驗(yàn)數(shù)據(jù)做出各級(jí)加載過程中錨頭位移量與載荷的散點(diǎn)圖,并擬合各級(jí)載荷錨頭位移最大值、最小值、平均值曲線,見圖2。
圖2 錨頭位移量與載荷的散點(diǎn)圖
錨頭各級(jí)荷載位移最大值擬合曲線方程為:
錨索各級(jí)荷載位移最小值擬合曲線方程為:
錨索各級(jí)荷載位移平均值擬合曲線方程為:
式中:S為錨索錨頭位移,Q為錨索加載量,R2為擬合優(yōu)度判定系數(shù)。
上述三式中(1)式最大值擬合曲線可作為同類預(yù)應(yīng)力錨索位移計(jì)算的參考或經(jīng)驗(yàn)公式使用。
該項(xiàng)目場(chǎng)地為自重濕陷性黃土場(chǎng)地,對(duì)該場(chǎng)地基坑支護(hù)工程錨索抗拔試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行研究得出以下結(jié)論:
(1)該抗拔試驗(yàn)可以通過統(tǒng)計(jì)抽樣的方法對(duì)該支護(hù)工程的錨索進(jìn)行檢驗(yàn),從而估計(jì)整個(gè)基坑中錨索的設(shè)計(jì)和施工質(zhì)量,但可能存在設(shè)計(jì)過于保守的情況。
(2)錨索抗拔Q-S曲線一般為非線性,位移累積量和位移增加速率隨著載荷增大而增加。
(3)通過曲線的擬合得到了自重濕陷性黃土地層樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)的預(yù)應(yīng)力錨索Q-S曲線擬合多項(xiàng)式為類似場(chǎng)地的深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)提供參考。