压力分散型预应力锚索控制边坡变形的研究

压力分散型预应力锚索控制边坡变形的研究

杨小涛1

1.重庆市设计院，重庆 400015

摘要：针对某项目深基坑，采用桩+预应力锚索进行设计。坡顶建筑物位于边坡滑裂面范围内，为保护坡顶建筑物的安全及正常使用，采用压力分散型预应力锚索，以控制边坡安全及变形。压力分散型预应力锚索可以提供较大的拉力设计值，用于解决土压力较大时普通预应力锚索无法可靠的锚固的问题。

关键词：深基坑；高边坡；压力分散型号；预应力锚索

Study on control of slope deformation by pressure dispersed prestressed anchor cable

Yang Xiao Tao1

(1. Chongqing Architectural Design Institute , ChongQing 400015, China)

Abstract：Aiming at the deep foundation pit of a project, pile + prestressed anchor cable is used for design. In order to protect THE safety and normal use of THE slope top building, the pressure dispersive prestressed anchor cable is used to control the safety and deformation of the slope. The pressure dispersive prestressed anchor cable can provide a larger tension design value, which is used to solve the problem that the ordinary prestressed anchor cable cannot anchor reliably when the earth pressure is high.

Key words：Deep foundation pit; High slope; Pressure dispersion model; Prestressed anchor cable

0 引言

近年设计工作中，遇到高边坡、深基坑设计时，经常采用桩+锚索设计方案。对于普通边坡，采用普通的锚杆或锚索即可满足设计要求，当边坡土压力吨位较大、锚固体与基岩锚固强度较低时，按普通锚杆（锚索）设计时，锚固段计算长度超过规范建议值，锚固可靠度降低；此时采用压力分散型预应力锚索，可以提供更大的设计承载力，很好的解决实际工程问题。本位以实际案例为基础，总结压力分散型锚索的优点及设计流程。

1工程概况

重庆某工程，位于重庆市沙坪坝区，该项目总用地面积9796m2，新建专科楼工程包括专科楼主楼（-3+18F）。总建筑面积503255㎡，其中地上总建筑面积40400㎡；地下总建筑面积9925㎡。为框架结构，拟采用桩基础和独立基础，工程安全等级为二级。场地内地形起伏较大，总体地形南高北低，因原建筑物建设开挖及拆除，场地形成多层阶梯状陡坎及平台，因地下室开挖，存在深20m的基坑工程。

基坑边坡南侧形成20米左右岩土混合边坡，坡顶为6层砖混建筑，采用桩+预应力锚索锚方式支护，边坡安全等级一级，桩板挡墙设计使用年限50年。基坑开挖期间，坡顶建筑功能不能中断，设计需严格控制边坡变形，故预应力锚索需设计较大预应力，以控制边坡变形。

2  设计方案

2.1 地质情况

根据地勘报告显示，南侧专科楼侧基坑边坡，边坡为岩质量边坡。边坡边坡赤平投影如下图：

根据上图显示，此段基坑边坡对边坡稳定性影响小，岩质边坡稳定性较好，边坡稳定性主要受岩体强度控制，且局部因裂隙组合形成楔形岩体，不利于边坡稳定，直立开挖后边坡可能沿强风化层内产生局部跨塌现象。典型地质剖面如下图：

基坑边坡覆盖层与基岩界面滑动在天然状态及饱和状态下的稳定系数分别为1.36、1.19，在天然工况下边坡稳定系数大于一级边坡安全稳定系数1.35的要求，边坡处于稳定状态，在饱和工况下边坡稳定系数小于一级边坡安全稳定系数且大于1.05，处于基本稳定状态。因该侧边坡后缘为保留使用的老专科楼，场地狭窄，不具备放坡条件，且老专科楼为条形基础，建筑物对沉降敏感，边坡破坏后果很严重。

2.2 边坡支护设计流程

边坡设计基本流程：①收集原始资料（地形图、地下管线资料、场地内建筑物资料、地勘报告等）②根据地勘报告分析边坡破坏形式、边坡安全等级、分析对比后确定边坡支护方案③根据地勘报告确定边坡计算参数④根据以上分析确定土压力计算方式及土压力放大等参数（坡顶有重要建筑物等）⑤建立边坡支护计算模型并计算分析支护形式配筋锚固等⑥绘制施工图。

根据地勘报告及收集的上部建筑物资料，此基坑边坡破坏形式主要是上部填土的圆弧滑动；下部基岩强度控制的平面滑动和可能沿强风化层内产生局部跨塌现象。边坡安全等级为一级，边坡支护方式为桩+预应力锚索.

《建筑边坡工程技术规范GB 50330-2013》6.3.3条规对无外倾结构面的岩质边坡，应以岩体等效内摩擦角按侧向土压力方法计算侧向岩石压力。

因坡顶有重要建筑物，根据《建筑边坡工程技术规范GB 50330-2013》第7章要求对土压力进行放大，土压力修正系数按7.2.4要求，取1.55：

确定土压力计算后，抗滑桩计算模型按弹簧模型，采用K值法计算。

经计算分析，严格控制桩顶变形值，锚索最大12s21.6,D=250mm，锚固长度15米。

3设计难点

3.1本项目桩顶建筑物距离边坡顶极近，且坡顶建筑物非常重要，须严格控制边坡变形。边坡变形控制值的确定就非常重要，目前《建筑边坡设计规范》对边坡变形没有明确的规定，根据7.3.6条文解释：

可见边坡变形控制值应综合考虑，笔者参照《建筑地基基础设计规范》5.3.4表中对砌体承重结构基础的局部倾斜的要求，综合考虑按25mm控制桩顶变形。经计算，桩顶最大变形值为21.73mm，满足设计要求。

3.2 根据计算分析，为控制变形，预应力锚索施加预应力后，可减小桩的直径。但锚索刚度增加后，锚索设计拉力值达到1700KN，锚固段需要15米。根据《建筑边坡工程技术规范GB 50330-2013》8.4.1预应力锚索不宜大于55D和8．0m；锚索锚固段可靠度直接影响锚索的安全，进而影响边坡安全。锚固段超长时，如何可靠的锚固锚索是本工程的一个重点。

4 压力分散型锚索设计要点

规范限制锚索锚固段的长度，《边坡规范》8.4.1进行了详细的解释，“当杆体受拉后粘结应力并非沿纵向均匀分布，而是出现如图中Ⅰ所示应力集中现象。当锚固段过长时，随着应力不断增加从靠近边坡面处锚固端开始，灌浆体与地层界面的粘结逐渐软化或脱开，此时可发生裂缝沿界面向深部发展现象，如图中Ⅱ所示。随着锚固效应弱化，锚杆抗拔力并不与锚固长度增加成正比，如图中Ⅲ所示。由此可见，计算采用过长的增大锚固长度，并不能提高锚固力，公式(8．2．3)应用必须限制计算长度的上限值，国外有关标准规定计算长度不超过10m。”

解决锚固段过长的一个办法就是采用荷载分散型锚杆。“荷载分散型锚杆是在同一个锚杆孔内安装几个单元锚杆，每个单元锚杆均有各自的锚杆杆体、自由段和锚固段。承受集中拉力荷载时，各个不同的单元锚杆锚固段分别承担较小的拉力荷载，使锚杆锚固段上粘结应力大大减小且相应于整根锚杆分布均匀，能最大限度地调用整个加固范围内土层强度。可根据具体锚杆孔直径大小与承载力要求设置单元锚杆个数，使锚杆承载力可随锚固段长度的增加正比例提高，满足使用要求。”

故采用荷载分散型锚索是解决本项目的一个设计方向，而荷载分散型锚杆分为压力分散型和拉力分散型。

拉力型锚索在砂浆保护层产生裂缝后，由于水和空气与钢绞线接触后易锈蚀，影响耐久性。而压力型锚固段的浆体和浆体与孔壁之间在压应力状态，将会提高浆体与岩土体的致密性，且使其产生不同程度的膨胀趋势，使浆体与孔壁岩土体之间的压应力增加而使岩土体的摩阻力不同程度的有所提高，这非常利于锚索的受力环境改善和锚固能力提高的，从而提高锚索的耐久性和锚固效果。因此本项目采用压力分散型锚索。

压力分散型锚索还有以下优势：

(1)压力分散型锚索灌浆体受压，锚固力分散在各锚固段，改善了内锚固段的受力状态，可以消除拉力型锚索锚固段拉应力集中导致锚固段产生渐进性破坏的后顾之忧。

(2)压力分散型锚索比拉力型锚索防腐效果好，因为压力分散型锚索的锚索体使用的是全长无粘结型钢绞线，具有多层防锈防腐功能，即使砂浆保护

层产生裂缝，钢绞线由于有聚乙烯保护层和防腐涂料层的保护，也不会因为水和空气进入而产生锈蚀。

(3)压力分散型锚索可充分发挥围压效应，提高锚固段与岩体抗剪强度。

(4)在复杂的岩体中，压力分散型锚索比拉力型锚索提供更大的锚固力。

压力分散型锚索的缺点是构造复杂，施工工艺要求高，锚固成本较高。

压力分散型锚索设计时，应明确不同锚固段的预应力束的张拉荷载和实验荷载。

5施工过程

压力分散型锚索施工过程与普通预应力锚索基本一致，主要施工过程如下：钻孔-注浆-锚索防腐-预应力锚索张拉锁定。特别注意锚索张拉时应根据不同锚固段分批张拉。施工完成后如下：

6 竣工后边坡变形情况

监测单位于2021年7月开始，坡顶、坡脚设置了监测点。

监测年限：边坡施工期 6 个月；边坡施工完成后 2 年

监测周期：第 1-6 个月：1 次/7 天，预计 26 次；第 7-12 个月:1 次/15 天，预计 12 次；

第 13-30 个月：1 次/1 月，预计 18 次；

根据监测单位反馈，边坡变形稳定，变形值均在规范允许范围内，无预警值出现。

7 结束语

通过普通预应力锚索与压力分散型预应力锚索的对比，需较大预应力的边坡设计应采用压力分散型预应力锚索；桩+锚索设计时采用预应力较大的压力分散型预应力锚索，可增大锚索刚度，减小桩的截面和配筋；当岩质边坡较高且对边坡变形要求严格时，采用压力分散型预应力锚索，可减少桩的截面及配筋，节约成本且能达到控制边坡变形的目的。研究成果可为需严格控制边坡变形的高边坡、深基坑项目提供参考。

参考文献:

[1]GB50010-2010混凝土结构设计规范[s]. 北京：中国建筑工业出版社，2010.

[2]GB 50330-2013 建筑边坡工程技术规范[s]. 北京：中国建筑工业出版社，2013.

[3]GB 50007-2011 建筑地基基础设计规范[s]. 北京：中国建筑工业出版社，2013.