深基坑預應力錨桿復合土釘支護設計穩定性分析

1   引言
　　預應力錨桿復合土釘墻支護技術，是幾種常見的復合土釘墻基坑支護形式之一。相對于錨桿支護和土釘支護，預應力錨桿復合土釘墻支護具有支護能力強、機動靈活、工期短、適用范圍廣等特點，在粘性土、粉砂土、卵石土等基坑工程中被廣泛應用。
　　雖然預應力錨桿復合土釘支護結構在各大工程中運用廣泛，但實際施工仍以工程經驗為主，對預應力錨桿復合土釘墻支護結構受力機理、破壞模式等相關的理論及試驗研究還相當少且不夠深入，存在著理論明顯滯后于工程實踐的現象，很大程度地限制了這項技術的發展。為了解決這一矛盾，本文將結合中建三局樂陵棚戶區改造項目實際施工情況，深入研究和探討預應力錨桿復合土釘墻支護結構的力學性能及其破壞模式，并在此基礎上對預應力錨桿復合土釘墻結構進行支護設計和穩定性分析。
　　2   工程概況
　　中建三局集團有限公司樂陵市城北片區、井家三期棚戶區改造項目（三標段）位于山東省樂陵市，建設安置房約2786套，建筑總面積約466685.59m?，共43棟主樓，建筑高度：7.80m～50.70m，基坑深度5.8m。
　　3   預應力錨桿復合土釘支護作用機理
　　3.1   土釘作用機理分析
　　土釘支護技術是在新奧法的原理上逐步發展起來的，由被加固土體、土釘筋體、噴射混凝土面層共同組成，是一種土體柔性支護技術。潛在滑移面內主動區土體由于土釘的存在，其剛度增大，強度和自穩能力得到提升。土釘通過注漿作用與土體結合成為有機的整體，共同作用阻止基坑變形。土釘的作用主要有應力分擔作用、骨架箍束作用、應力擴散與傳遞作用等方面。
　　3.2 錨桿作用機理分析
　　預應力錨桿是主動支護方式，通過對錨桿施加預應力，能有效的將基坑主動區不穩定土體的應力傳遞到后方穩定的土層中，主動地將滑裂面外穩定土體的潛能調動起來，共同承受荷載。預應力的存在一方面改善了主動區土體的應力狀態，另一方面也使土體的自承能力得以充分發揮，因而對控制基坑變形、維持基坑穩定起到決定性作用。錨桿的作用機理可以概括總結為深層錨固作用、深部懸吊作用、注漿約束作用等幾個方面。
　　4   預應力錨桿復合土釘支護設計分析
　　由于土釘和錨桿各自作用機理不同，在基坑開挖的不同階段，土釘和錨桿發揮的作用也顯示出很大差別。根據樂陵市棚戶區改造項目現場實際施工情況表明，開挖初期，基坑挖深較小，土釘釘體大部分仍位于潛在滑裂面以外，土釘發揮其應力傳遞與分散作用。隨著開挖的不斷進行，土釘釘體在潛在滑裂面以內的長度增大，此時為保證基坑穩定，應將錨桿置入土體中，此時錨桿作為主要受力構件，將主動區土體的水土壓力傳遞到深部穩定土體中，并通過預應力對基坑進行主動支護，限制土體的變形，維持基坑穩定性。
　　錨桿在整個開挖階段作用顯著，由于錨桿預應力的作用，使錨桿對基坑得以主動支護，不僅使基坑主動區土體因受到擠壓而加固，還增加了潛在滑動面上的正應力和抗剪阻力，提供抵抗主動區土體滑動的抗滑力，減少基坑滑動破壞的發生。同時，錨桿預應力對基坑變形起到很關鍵的控制作用，能有效改善由基坑下層土體開挖引起的應力釋放。
　　目前，對預應力錨桿復合土釘支護結構的設計計算方面的研究還很欠缺。本文結合樂陵棚戶區改造項目現場實際施工，根據規范對預應力錨桿復合土釘支護結構的設計計算方法進行總結，包括土釘和預應力錨桿這兩種主要受力構件的設計和對錨桿復合土釘支護基坑的穩定性進行驗算分析。
　　4.1   土釘支護結構設計
　　（1）土釘長度確定
　　圖土釘長度計算。
　　單根土釘長度[li]可按下列公式初步確定：
　　（2）土釘桿體截面面積確定。
　　（3）土釘錨固力。在軸向拉力作用下，土釘可能有三種破壞方式：①沿錨固體與土體的界面拔出，即達到其極限錨固力;②拉力達到土釘的抗拉強度而被拉斷;③土釘從灌漿體中拔出，即拉力達到其極限粘結力。一般不會發生土釘被拉斷的情況，通常土釘破壞為拔出破壞。第j排其中一個土釘所提供的錨固力標準值[Tk，j]：
　　本文結合實際工程實例，介紹了幾種典型的預應力錨桿復合土釘支護形式，進一步揭示了復合支護形式下土釘和錨桿以及二者之間的協同受力機理，并進行了土釘和預應力錨桿協同作用下的支護設計分析和穩定性分析，該設計理論可為深基坑預應力錨桿復合土釘支護提供一定的理論指導。