大直径可回收锚索支护在武汉建成区软土中应用技术研究_谢朋.pdf

2023 年 2 月第 1 期城市勘测Urban Geotechnical Investigation SurveyingFeb2023No1引文格式:谢朋，吴罡，王权等 大直径可回收锚索支护在武汉建成区软土中应用技术研究 J 城市勘测，2023(1):195198文章编号:16728262(2023)0119504中图分类号:TU4723文献标识码:B大直径可回收锚索支护在武汉建成区软土中应用技术研究谢朋*，吴罡，王权，肖舟*收稿日期:20220721作者简介:谢朋(1989)，男，硕士，工程师，主要从事岩土工程勘察、设计及防灾减灾工程等技术工作。Email:xipa813 126com(武汉市勘察设计有限公司，湖北 武汉430022)摘要:大直径可回收锚索相较于普通锚索高承载力、可回收而避免对周边地下空间开发的影响，绿色环保，经济节约。大直径可回收锚索适宜于一定厚度的淤泥质粉质黏土等软土层中。总结可回收锚索的回收工艺要点，及难以回收时采取的有效措施以提高回收率。通过模拟值与实际监测数值对比，证明有限元模拟虽然在数值上跟实际数据具有一定差别，但其变化趋向是相似的，即通过 MIDAS 建立有限元模型模拟基坑开挖过程是可靠的，证实大直径可回收锚索支护的有效性，为软土地区类似工程实例提供技术参考。关键词:大直径;可回收;锚索;软土1引言随着城市地下空间建设和城市更新领域快速发展，基坑工程的数量和规模在不断增大。针对面积大、开挖深、周边环境复杂、地质条件差、施工工期紧等基坑特点，桩锚式支护结构被广泛应用14。而普通锚索支护易超出建设红线，违背地方法律法规规定，同时普通锚索主筋不可回收严重影响了周围场地的开发利用，另外后期处理难度大且费用高。可回收锚索工艺就应运而生57。2000 年，Anthony D Barley8 等研制了 SBMA(即single bore multiple anchors)锚固系统，可大幅提高锚索在岩土体中的承载力，采用无粘结钢绞线作为杆体进行回收。2008 年，加拿大 JENNMA 公司研制出了 YieldLok 可回收锚索。1997 年，程良奎等人研发了聚酯纤维承载体 U 形可拆芯锚索并成功应用于北京中银大厦基坑等锚固工程，芯材回收率 96%。2003 年，总参工程兵科研三所研制了一种压力分散型可回收预应力锚索9。2013 年佛山新城 CBD 项目基坑工程将 JCE 可回收锚索技术运用于支护方案中。目前，新型锚索技术研究已成为岩土锚固领域研究的热点，近几年取得了许多具有实际应用价值的研究成果。可回收锚索研发自 2011 年以来就成为热点，也是今后的锚索研发的趋势。这些可回收锚索在临时支护工程中节省了大量的支护材料及费用，解决了地下“红线”问题，同时也促进了我国回收式锚索的研发与应用1012。而武汉建成区使用大直径可回收锚索技术较少。本文针对开挖深度大、地层条件差、周边环境复杂、支护空间狭窄、施工工期紧等基坑特点，以及留存在地基中的锚索的危害性以及武汉市也规定锚索不允许超出建设红线等现状，研究大直径高压旋喷可回收锚索在该类型基坑工程中的应用。并结合谌家矶 H2 地块基坑工程实例，对大直径可回收锚索支护应用技术进行分析探讨，证实方案安全适用、经济合理、保护环境。2大直径可回收锚索承载力及特点2.1承载力计算等截面型锚索的极限抗拔承载力标准值可按下式估算:k=d fili(1)式中:li为锚固段在第 i 土层中的长度;fi为锚固体与第 i 土层的极限粘接强度标准值。扩体型可回收锚索极限抗拔承载力标准值可按下式估算:k=dLdf1+DLDf2+(D2d2)pqp4(2)式中:d 为锚索普通锚固段直径;D 为锚索扩体锚固段直径;Ld为锚索普通锚固段计算长度;LD为锚索扩体锚固段计算长度;f1为锚索普通锚固段注浆体和土层间的极限粘接强度标准值;f2为锚索扩体锚固段注浆体与土层间的极限粘接强度标准值;p为锚索扩城市勘测2023 年 2 月体锚固段前端阻力发挥系数;qp为锚索扩体锚固段前端土体的极限端阻标准值。可回收锚索筋体的工作预应力筋有效截面积应按下式计算:AS0Nd fpy(3)式中:0为重要性系数;Nd为锚索轴向拉力设计值;fpy为筋体抗拉强度设计值;为可回收锚索筋体强度折减系数。可回收锚索锚固体端部承载力应按下式验算:kl fckAn(4)式中:l=Am/An，l为锚固体局部受压时面积扩散系数，Am为锚固注浆体横截面，An为锚索承载体与锚固体横截面净接触面积;为锚固注浆体有侧限强度提高系数;fck为锚固体边长 707 mm立方体 28d 抗压强度标准值。2.2大直径可回收锚索受力特点大直径可回收锚索杆体处于受拉状态，压力型锚索借助特制的承载体和无粘结钢绞线使之与锚固体隔开，将荷载直接传至底部的承载体，承载体则将荷载传递于灌浆体，最终通过灌浆体与周边土层之间的摩擦力传递至周边土层中。2.3大直径可回收锚索锚固体局部受压破坏锚索杆体的构造需要对中才能满足承载力要求，若不能有效对中，承载体因重力作用，处于锚固体横截面下侧，且下侧可能沉积有虚土，其锚固体强度必受影响。如果承载体不能在圆截面上将拉力荷载均匀扩散到锚固体上，其他各项优势都将损失殆尽。因此，通常设置隔离支架等对中装置，减少锚固体局部受压破坏，从而满足相关设计要求。2.4大直径锚索杆体的回收锚索回收时，先把中心的钢绞线用千斤顶拔出，然后用千斤顶相继对周围的钢绞线进行加载，使之脱离固定台座，即可回收。一般采用压力为 20 t的千斤顶便可进行回收施工，而回收与预加应力采用同一组千斤顶。当筋体无法正常回收时，可采用或综合采用以下补救方法:直接拔除筋体:若仅有少量筋体无法回收，可用千斤顶对单根钢绞线强行顶拔，直至抽出筋体;套管跟进拔除锚索:对单根筋体强行顶拔仍无法回收的锚索，用锚索钻机全套管钻进后，再拔除锚索;降低锚固段摩阻力后直接拔除锚索:按一定的次序在锚索周边进行钻孔，或采用单管旋喷工艺对锚固段周围土体进行软化处理，降低锚索锚固力后，再拔除锚索。3工程实例3.1工程概况某基坑工程位于武汉市江岸区，基坑开挖面积约28 500 m2，周长约 735 m，开挖深度 800 m 850 m，本项目设置两层地下室，局部一层地下室。本基坑周边为市政道路以及空地，基坑开挖边线离红线较近，周边支护空间紧张。3.2地质条件本项目位于长江冲积二级阶地，场地内现状主要以拆迁区、菜地为主，地势整体较为平坦，场地地层自上而下主要由 5 个单元层组成:单元层为人工填土(Qml);单元层为第四系全新统冲积形成的一般黏性土及淤泥质土层(Q4al);单元层为第四系上更新统冲洪积(Q3al+pl)老黏性土层及黏质砂土夹砾石层;单元层为残积土层(Qel);单元层为白垩系下第三系(KE)泥质砂岩。基坑开挖影响范围内的地下水主要为上层滞水，赋存于人工填土中，稳定水位在地面以下 03 m12 m。3.3MIDAS GTS NX 数值分析Midas GTS 的全称是 Midas GTS NX 有限元分析软件。它是韩国迈达斯公司开发出来的一款针对岩土工程分析的软件。它可以快速地对岩土工程进行设计和分析，可以在边坡、地铁和隧道等工程项目中使用，并且强大的分析和设计功能，即使模型再复杂，都可以快速地响应。MidasGTS 软件具有如静力分析、施工阶段分析和固结分析等六大分析功能，基本上包含了岩土工程中所有需要分析的功能。建立模型时，需要选择合适的本构模型。通常选用的模型有霍克布朗(HoerBrown)、修正莫尔库伦(Modified MohrCou-lomb)以及修正剑桥(Modified CamClay)等几十种本构模型。本文主要选取的是修正莫尔库伦模型。(1)基本假定为了简化计算，基本假定如下:同一种材料为均质、各向同性;土体为理想弹塑性材料;桩和锚索为弹性体;根据等截面刚度原理，支护桩利用公式 H=D/L(式中:H 为连续墙的厚度，为经验修正系数，D 为支护桩的直径，L 为桩心间距)简化为连续墙;考虑桩土间摩擦;不考虑土体的排水固结;不考虑由于支护结构施工对土体扰动的影响。(2)建立模型基坑开挖的影响深度为开挖深度的 2 倍4 倍，影响宽度为开挖深度的 3 倍4 倍，确定模型尺寸。边界条件:地表面为自由面，模型四周约束法向水平方向位691第 1 期谢朋，吴罡，王权等.大直径可回收锚索支护在武汉建成区软土中应用技术研究移，底面约束(x、y、z)3 个方向位移，支护桩底约束竖向位移。土体采用实体单元，腰梁采用梁单元，连续墙采用板单元，锚索采用植入式桁架单元。基坑周边为施工道路及河道等。在 MIDAS/GTS 中，通过荷载、钝化和激活单元来实现基坑的开挖与支护。首先建立原始地层模型，施加位移约束边界条件，在初始地应力条件下进行迭代计算使计算模型达到初始应力平衡，并使初始位移归零，模拟基坑开挖前土体的固结沉降。然后按照深基坑施工的顺序钝化开挖部分土体，激活上一步开挖土体部分的支撑单元和单元预应力，再钝化下一步开挖部分土体，如此继续，直至结束。主要土层参数如表 2 所示。表 1土层物理力学性质参数地层序号岩性容重 w/kN/m3黏聚力c/kPa内摩擦角/1填土1858182黏土1928113淤泥质粉质黏土1791264粉质黏土1861675黏土19527136黏质砂土19510204数值模拟及基坑监测4.1数值模拟采用 MIDAS GTS NX 有限元软件模拟锚索基本试验，模拟模型如图 1 所示。图 1数值模拟分析模型图(1)锚索变形基坑开挖至整平标高以下 25 m 处，施作大直径可回收锚索，其变形云图如图 2 所示，锚固体顶端的变形值约 48 mm。图 2大直径可回收锚索变形云图(2)基坑边坡变形基坑开挖至基底处，基坑边坡变形云图如图 3 所示。基坑边坡水平位移变形值约 18 mm36 mm。图 3基坑边坡变形云图4.2基坑监测本基坑监测内容包括支护结构的水平位移监测、冠梁水平位移监测、桩体深层水平位移监测等。基坑监测从 2021 年 6 月中旬开始到 2021 年 12 月结束。基坑监测平面布置图如图 4 所示。图 4基坑监测平面布置图(1)坡顶水平位移基坑坡顶水平位移监测从 2021 年 6 月中旬开始到 2021 年 12 月结束。采用大直径可回收锚索区间坡顶位移范围为 72 mm160 mm，如图 5 所示。图 5基坑坡顶水平位移监测曲线(2)冠梁水平位移采用大直径可回收锚索区间冠梁位移范围为87 mm206 mm，如图 6 所示。图 6冠梁水平位移监测曲线791城市勘测2023 年 2 月5分析与结论根据数值模拟结果，大直径可回收锚索杆体变形在安全范围内，可回收锚索结合支护桩能有效控制基坑变形，满足相关规范要求。根据监测结果，边坡水平位移及冠梁水平位移变形曲线相似，都满足规范要求，如图 7 所示。其中P25、P26、G25 及 G26 位移偏小，推测监测点离支撑较近，另外分区开挖土方，支撑区间土方开挖较慢。图 7冠梁水平位移监测曲线将数值模拟结果及监测结果进行对比分析，证明数值模拟基坑变形与监测结果相近，证明可回收锚索结合支护桩的支护方案的有效性。6结语大直径可回收锚索相较于普通锚索高承载力、可回收而避免对周边地下空间开发的影响，绿色环保，经济节约。大直径可回收锚索适宜于一定厚度的淤泥质粉质黏土等软土层中。总结可回收锚索的回收工艺要点及难以回收时采取的有效措施，以提高回收率。通过模拟值与实际监测数值对比，证明有限元模拟虽然在数值上跟实际数据具有一定差别，但其变化趋向是相似的，即通过 MIDAS 建立有限元模型模拟基坑开挖过程是可靠的。参考文献 1龚晓南，俞建霖 可回收锚杆技术发展与展望 J 土木工程学报，2021，54(10):9096 2王卫东，翁其平，吴江斌 软土地区大直径可回收锚索支护技术的设计与应用 J 建筑结构，2012，42(5):177180 3李红军，张开普 可回收式锚索在基坑支护工程中的应用 J 建筑结构，2019，49(10):110114+21 4张继红 全回收的基坑