張 翔，羅軍堯，袁慶飛

（1.昆明理工大學(xué)，云南 昆明 650093；2.云南地質(zhì)工程勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，云南 昆明 650041）

伴隨著經(jīng)濟(jì)的快速增長和城市的迅猛發(fā)展，各大中城市建設(shè)用地銳減，不但房屋建設(shè)施工中基坑開挖深度增大，周邊環(huán)境及地質(zhì)條件愈發(fā)復(fù)雜多樣，基坑工程也迎來了新的挑戰(zhàn)[1-3]?，F(xiàn)深基坑支護(hù)工程為對(duì)基坑提供足夠的支護(hù)力根據(jù)其特點(diǎn)和安全要求衍生出了多種支護(hù)手段[4]，目前較為成熟的樁錨支護(hù)體系中錨索的承載力需求也隨著基坑穩(wěn)定性及變形控制要求的提高越來越大，但僅依靠增加錨固段提高承載力往往十分有限[5]，故而增加側(cè)摩力以提升承載力的大直徑特殊工藝的擴(kuò)體錨索逐漸被廣泛使用。近年來，其擴(kuò)體方法、施工工藝、力學(xué)機(jī)制等也逐步在國內(nèi)被廣泛系統(tǒng)的研究。目前現(xiàn)有研究如汪立剛通過工程實(shí)例，闡述了擴(kuò)體錨索在技術(shù)層面的優(yōu)劣勢(shì)，分析了擴(kuò)體段受力機(jī)理[6]。胡建林通過抗拔試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)錨索經(jīng)擴(kuò)孔之后其軸向應(yīng)變會(huì)顯著降低，端承作用明顯提高，并得出了承載力水平的增幅值[7]。Celik通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)影響錨桿承載力的不僅有錨固段長度，土體參數(shù)以及其性質(zhì)對(duì)其極限承載力起著關(guān)鍵作用[8]。趙鶴飛通過對(duì)擴(kuò)體錨桿埋深及錨固段直徑對(duì)抗拔承載力的影響建立了頂部阻力對(duì)側(cè)摩阻力正向提高的計(jì)算公式[9]。郭湧通過有限元分析軟件建立了邊坡與滑裂面的模型，得出了擴(kuò)體錨桿的最佳傾角度數(shù)[10]等等。除了以上國內(nèi)外研究，短短幾年內(nèi)擴(kuò)體錨索的研究迅猛發(fā)展，這些理論研究也對(duì)擴(kuò)體錨索的推廣應(yīng)用提供了可靠基礎(chǔ)，但在已有研究中分析擴(kuò)體錨索相較普通錨索的實(shí)用性及工藝參數(shù)的內(nèi)容還相對(duì)較少，特別是在軟土基坑中的應(yīng)用實(shí)例研究也鮮有涉及，因此本文依托某軟土深基坑工程對(duì)擴(kuò)體錨索的承載力特性進(jìn)行對(duì)比研究，以供類似工程參考。

1 工程概況

擬建項(xiàng)目位于云南省昆明市，基坑周長約765m，現(xiàn)狀地面較平緩，基坑深度為8.25～9.85m，總建筑面積約為535893.00m2，整體下設(shè)2 層地下室。工程場區(qū)臨近滇池盆地，因其處在晚新生代斷陷盆地特殊的沉積環(huán)境，形成了深厚的湖沼相松軟的沉積物，加之其周圍水文地質(zhì)條件，區(qū)內(nèi)多軟土發(fā)育[11]。擬建場地內(nèi)地基土構(gòu)成自上而下為：第四系人工活動(dòng)層填土（Q4ml），第四系沖、洪積層黏土層（Q4al+pl）包括②1 層黏土和②2 層黏土，第四系湖沼積層（Q4l+h）③1 層淤泥和③2 層黏土（Q4l+h），第四系湖積（Q4l）層包括④1 層黏土、④2 層粉土、⑤1層黏土、⑤2 層粉土和⑤3 層泥炭質(zhì)土。

2 擴(kuò)體錨索

擴(kuò)體錨索是經(jīng)由一定工藝形成的較大孔徑錨索，一般分為囊式擴(kuò)體錨索、傘式擴(kuò)體錨索及高壓旋噴擴(kuò)體錨索，因其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)不但會(huì)提高錨固體與土層間的側(cè)摩阻力，土體還會(huì)產(chǎn)生對(duì)錨固段端部的正壓力，使得拉力足夠大時(shí)，端部土體被擠壓成受壓態(tài)，形成的被動(dòng)土壓力以提供一定的抗壓阻力，進(jìn)一步提升錨索的極限承載力[12]，其受力示意圖如圖1 所示。

圖1 擴(kuò)體錨索力學(xué)模型

式中PD——土體作用于擴(kuò)體端面的正壓力強(qiáng)度；

τs-鉆孔孔壁摩擦阻力。

3 理論計(jì)算

基坑南側(cè)與東側(cè)及東北側(cè)采用單排樁+錨索+樁頂放坡支護(hù)形式，考慮基坑南側(cè)及東側(cè)深度最大，以1-1 剖面為例，采用樁長均為28.1m 的?800mm 長螺旋鉆孔壓灌樁，樁間距1.2m，并施加2 道錨索，上部采用1∶2 放坡，坡面掛網(wǎng)噴砼，加設(shè)排樁后采用?650mm 三軸攪拌樁止水帷幕，長度13m（圖2）。

圖2 基坑1-1剖面圖

對(duì)1-1 剖面的樁錨支護(hù)體系在其他設(shè)計(jì)方案參數(shù)不變的情況下分別施加直徑150mm 的普通錨索與直徑300mm 的高壓旋噴擴(kuò)體錨索，且兩者均采用同等材料強(qiáng)度的1×7 束的鋼絞線，在上述工程場區(qū)地質(zhì)條件環(huán)境下運(yùn)用深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)軟件計(jì)算所得結(jié)果如表1、表2 所示。

表1 普通錨索計(jì)算結(jié)果

表2 擴(kuò)體錨索計(jì)算結(jié)果

從上表看出，為提供相當(dāng)承載力的情況下，擴(kuò)體錨索相較常規(guī)錨索其索固長度明顯縮短，總長及錨固段長度縮短了近5～6m，兩者相差約75%。

從普通錨索包絡(luò)圖和擴(kuò)體錨索包絡(luò)圖的計(jì)算結(jié)果分析得到在施加的預(yù)應(yīng)力及其他條件不變的情況下，擴(kuò)體錨索支護(hù)體系的位移量、彎矩和剪力變化范圍均小于普通錨索，但兩者位移量僅相差0.62mm，且彎矩與剪力的差值也幾乎可以忽略不計(jì)，這表明在軟土深基坑支護(hù)體系中兩種錨索提供的支反力都可以有效的傳遞到支護(hù)體系中，且均能有效的控制軟土深基坑的變形。但擴(kuò)體錨索錨固段長度較之普通錨索要短的多，支錨剛度也在長度增長過程中迅速降低，從理論上佐證了擴(kuò)大直徑是提高錨固體抗拔承載力的有效途徑。

4 加載試驗(yàn)

為進(jìn)一步驗(yàn)證擴(kuò)體錨索在軟土區(qū)深基坑的優(yōu)越性，采用現(xiàn)場試驗(yàn)的方法對(duì)兩種錨索進(jìn)行極限承載力對(duì)比試驗(yàn)，結(jié)果如圖3、圖4 所示。

圖3 普通錨索荷載-位移曲線

圖4 擴(kuò)體錨索荷載-位移曲線

上述試驗(yàn)是初始荷載為錨桿軸向受拉承載力設(shè)計(jì)值Tw的10%，對(duì)其多循環(huán)加載，當(dāng)產(chǎn)生位移不收斂、錨索被標(biāo)定千斤頂全部拔出、達(dá)到破壞標(biāo)準(zhǔn)或試驗(yàn)荷載達(dá)到要求時(shí)停止試驗(yàn)觀測所得的其位移變化，并對(duì)兩者的彈塑性位移進(jìn)行了對(duì)比如圖5 所示。

圖5 荷載-彈塑性位移曲線對(duì)比圖

從上圖可以看出兩種錨索在循環(huán)加載時(shí)，隨著每一循環(huán)最大荷載的施加，位移也隨之增大，與所加荷載量呈現(xiàn)線性關(guān)系，但兩者在循環(huán)從最大荷載降至起始荷載時(shí)，都產(chǎn)生了一定的殘余量，說明兩種錨索的位移并不能完全恢復(fù)，故而呈現(xiàn)出了上圖態(tài)勢(shì)。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)普通錨索的抗拔承載力較小為297.7～376.2kN，但位移也在常規(guī)控制范圍內(nèi)，而擴(kuò)體錨索的極限抗拔承載力可達(dá)938.4kN，遠(yuǎn)大于常規(guī)錨索，是其約2.5 倍，但相應(yīng)的擴(kuò)體錨索在循環(huán)加載下位移量也顯著增加，相較普通錨索位移量的是其約9 倍，兩者的在荷載-位移量并不相關(guān)，結(jié)果表明在此類軟土基坑中，錨固體長度的增加會(huì)顯著提升錨索的極限抗拔承載力，但增長比例會(huì)隨長度增長迅速降低，到達(dá)一定限值增長緩慢，且通過錨索直徑的增長幅度較之錨固體長度帶來的作用更為顯著。將上述數(shù)據(jù)匯總?cè)绫? 所示。

表3 試驗(yàn)計(jì)算結(jié)果匯總

5 應(yīng)用監(jiān)測結(jié)果分析

為探究擴(kuò)體錨索在軟土基坑中的實(shí)際應(yīng)用效果，在施工過程中按照相關(guān)要求在代表位置設(shè)立了監(jiān)測點(diǎn)D1、D2，監(jiān)測位移圖如圖6、圖7 所示。

圖6 D1監(jiān)測位移圖

圖7 D2監(jiān)測位移圖

從位移監(jiān)測結(jié)果可以看出，D1 監(jiān)測點(diǎn)期間累積最大位移為28.2mm，D2 監(jiān)測點(diǎn)為最大位移為24.8mm，兩監(jiān)測點(diǎn)累積位移差值為3.4mm，變形發(fā)展較快的階段為6～8 周，通過監(jiān)測數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，在施工過程中水平位移較小但出現(xiàn)了較大沉降變形，與其他基坑不同變形的最大值出現(xiàn)在錨索施加的過程中，工藝順序?qū)ξ灰屏坑休^大影響。

6 結(jié)論

本文依托云南某深基坑支護(hù)工程，采用軟件計(jì)算及現(xiàn)場試驗(yàn)的方法，較為全面地分析了擴(kuò)體樁錨支護(hù)體系相較常規(guī)錨索在軟土地區(qū)的特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)，得出以下結(jié)論，可為擴(kuò)體錨索在類似軟土地區(qū)深基坑的施工參數(shù)選取及效果分析提供參考。

1）昆明市官渡區(qū)擬建項(xiàng)目場地土層多為黏性土、淤泥質(zhì)土、泥炭土等軟土，含水量高、壓縮性大、工程性能差，在此環(huán)境的樁錨支護(hù)體系在設(shè)計(jì)得當(dāng)?shù)那疤針跺^支護(hù)體系可有效控制軟土深基坑的變形。

2）擴(kuò)體錨索支護(hù)體系的位移量、彎矩和剪力變化范圍均小于普通錨索，為提供相當(dāng)?shù)某休d力，擴(kuò)體錨索相較一般的普通錨索其錨索長度明顯縮短，在特定條件下可減小深基坑周圍建筑基礎(chǔ)或環(huán)境的影響。

3）擴(kuò)體錨索的大孔徑有效增加了承載能力，可以使得所施加錨索的間距增大、長度縮短，相比同等承載力下普通錨索更為經(jīng)濟(jì)，也使施工工期大大縮短。

4）由于軟土工程性能差及工藝施工順序的影響，在實(shí)際施工過程中變形最大值出現(xiàn)在了錨索施工過程中，應(yīng)避免高壓水泥漿切削周圍土體而使強(qiáng)度喪失，旋噴后也應(yīng)等待新混合體的初凝，實(shí)際施工需加強(qiáng)變形監(jiān)測避免造成大規(guī)模坍塌。