摘要：隨著城市空間的急速擴(kuò)張，國(guó)內(nèi)城市軌道交通及市政工程深基坑飛速發(fā)展，傳統(tǒng)的鋼支撐、摩擦型錨桿的支、錨技術(shù)越來越不能滿足日益苛刻的設(shè)計(jì)、施工邊界條件。擴(kuò)孔型錨桿作為承栽力高、占用空間小的一種支、錨技術(shù)越來越多的應(yīng)用與基坑工程及山體邊坡防護(hù)中。文章闡述了擴(kuò)孔行錨桿設(shè)計(jì)、計(jì)算原理、設(shè)計(jì)要點(diǎn)等事項(xiàng)。
錨桿作為一種常規(guī)支錨結(jié)構(gòu)，抗拔力是其在基坑工程或防護(hù)工程中最為主要的經(jīng)濟(jì)技術(shù)參數(shù)，也是設(shè)計(jì)、施工最為關(guān)心的參數(shù)。提高錨桿的抗拔承載力水平具有十分顯著的技術(shù)經(jīng)濟(jì)價(jià)值。研究資料及大量工程實(shí)驗(yàn)表明，普通(摩擦型)錨桿的承載力在錨桿達(dá)到一定長(zhǎng)度后增長(zhǎng)緩慢，單純?cè)黾渝^桿長(zhǎng)度并不能有效的提高其抗拔承載力，普通(摩擦型)錨桿錨固體內(nèi)桿體的軸向力及錨固體表面的粘結(jié)摩阻應(yīng)力傳遞長(zhǎng)度一般均不大于10～15m。超過此長(zhǎng)度后錨桿對(duì)軸向力的傳遞效率急速下降。為了提高錨桿的承載能力，滿足日益苛刻的設(shè)計(jì)、施工邊界條件，工程技術(shù)人員研究并提出了擴(kuò)孔型錨桿等基于傳統(tǒng)摩擦型錨桿基礎(chǔ)上的異型錨桿。其中擴(kuò)孔型錨桿可在有限長(zhǎng)度的錨固體實(shí)施范圍內(nèi)顯著的提高錨桿的承載力。
一、擴(kuò)大頭錨桿作用機(jī)理
(一)擴(kuò)大頭錨桿的受力組成
普通錨桿的承載力為錨桿錨固段錨固體與巖、土體的摩阻力，設(shè)計(jì)中僅考慮巖、土體與錨固段錨固體的摩阻力；而擴(kuò)孔型錨桿的承載力主要由三部分組成：
(1)錨固段與土體的摩阻力。
(2)擴(kuò)孔段與土體的摩阻力。
(3)擴(kuò)孔端部的端承力。
擴(kuò)孔型錨桿承載力提高主要由擴(kuò)孔段錨固體直徑增大引起的摩阻力增大，及擴(kuò)孔端頭與土體接觸的端承力組成，其受力機(jī)理與擴(kuò)孔樁、擠擴(kuò)樁相近。
(二)擴(kuò)孔型錨桿的破壞形式
(1)桿體破壞：擴(kuò)孔型錨桿較普通錨桿可抵抗的拉拔力有很大提高。若采用鋼絞線或鋼筋fyk*AS、fptk*AS小于巖、土體提供的摩擦力+端承力，則出現(xiàn)鋼絞線斷裂或鋼筋達(dá)到屈服。
(2)桿體與錨固體剝離破壞：當(dāng)孔直徑較大時(shí)，桿體與錨固體間握裹力小于擴(kuò)孔段錨固體與土體摩擦力與端承力的合，則會(huì)出現(xiàn)錨固體在與錨桿連接根部開裂，桿體將從擴(kuò)大頭中被拔出。工程實(shí)際中桿體與錨固體、擴(kuò)孔段間的握裹力為限制擴(kuò)孔型錨桿承載力進(jìn)一步提高的一個(gè)主要限制性因素。
(3)擴(kuò)孔端頭土體變形：假設(shè)錨桿桿體強(qiáng)度和桿體與擴(kuò)錨固段(擴(kuò)孔段)的包裹力足夠大，將出現(xiàn)擴(kuò)孔受壓端頭周圍土體壓縮變形，從而導(dǎo)致基坑發(fā)生變形。
(三)擴(kuò)孔錨桿的破壞機(jī)理
上述三種破壞形式中前兩種與普通錨桿相同，此處僅討論第三種破壞形式的受力機(jī)理。
(1)錨桿所受拉力較小，錨固段和擴(kuò)孔段側(cè)壁受摩阻力，擴(kuò)孔端頭受靜止土壓力。其受力形式與普通錨桿近似。
(2)當(dāng)靜摩阻達(dá)到峰值以后，錨桿拉力繼續(xù)增大，錨桿向外移動(dòng)，擴(kuò)孔端頭壓力增大，影響范圍內(nèi)土體開始產(chǎn)生局部塑性區(qū)。錨桿的受力變形性能由錨固段及擴(kuò)孔段的摩阻與擴(kuò)孔端頭土體壓縮性能共同決定。
(3)當(dāng)擴(kuò)孔端頭影響范圍內(nèi)土體完成塑性變形后，錨桿將明顯向外移動(dòng)，與此同時(shí)完成塑形變形土體外圍土體，在錨桿擴(kuò)孔段壓力下開始?jí)嚎s，當(dāng)壓力進(jìn)一步加大則此部分土體進(jìn)入塑形變形階段，當(dāng)此部分土體完成塑形變形后，錨桿位移趨于穩(wěn)定。假設(shè)錨桿外側(cè)防護(hù)結(jié)構(gòu)剛度無限大，擴(kuò)孔端頭的土體將繼續(xù)重復(fù)土體壓縮一錨固力增大一土體塑形變形(錨桿位移增大)一土體完成塑形變形(錨桿位移趨于穩(wěn)定)。錨桿抗拔承載力將周期性增大。
二、擴(kuò)大頭錨桿承載力的計(jì)算
(一)擴(kuò)大頭的基本力學(xué)模型
(二)端壓力的影響因素
目前國(guó)內(nèi)還沒有對(duì)端壓力擴(kuò)孔端頭正應(yīng)力。形成較為系統(tǒng)的理論計(jì)算依據(jù)，各種研究均形成了相對(duì)獨(dú)立的計(jì)算公式。根據(jù)工程實(shí)際及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，及國(guó)內(nèi)相關(guān)研究其主要影響因素可歸納為以下三個(gè)參數(shù)：
(1)擴(kuò)孔埋深h。在其它條件相同時(shí)，端壓力σ與擴(kuò)大頭埋深h成正比，擴(kuò)大頭埋深越大，σ越大，錨桿的抗拔力越大。
(2)粘聚力c、內(nèi)摩擦角。φc、φ作為巖、土體最主要的物理力學(xué)指標(biāo)，其對(duì)錨桿擴(kuò)孔端正應(yīng)力有很大影響。
端壓力。與土體粘聚力c成正比。尤其是c值很高的介質(zhì)如巖石，其c值一般可達(dá)粘性土的100倍以上，因此在巖石中一個(gè)較小的擴(kuò)大頭即可獲得很高的抗拔力。
φ是影響端壓力的最主要因素之一。根據(jù)國(guó)內(nèi)工程實(shí)驗(yàn)及研究成果表明隨著φ的增大o值加大幅度明顯加大，尤其是在φ值大于30°時(shí)，這種表現(xiàn)形式越來越明顯。
簡(jiǎn)單歸納巖土體越密實(shí)、強(qiáng)度越大，其所能提供的壓應(yīng)力越大，即錨桿的抗拔力越大。
三、擴(kuò)孔型錨桿的設(shè)計(jì)要點(diǎn)
(一)根據(jù)結(jié)構(gòu)功能設(shè)計(jì)要求，確定單根錨桿的設(shè)計(jì)抗拔力
根據(jù)地層特征、工程特征、單根錨桿承載力數(shù)值等因素綜合確定擴(kuò)孔段、錨固段長(zhǎng)度、埋置深度以取得所需要的抗拔力。由于抗拔力的大小除擴(kuò)大頭本身的幾何尺寸以外，還與擴(kuò)孔段埋深和土體的密實(shí)狀態(tài)有關(guān)，因此，當(dāng)工程條件允許時(shí)應(yīng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)原位基本試驗(yàn)。
(二)擴(kuò)孔段的埋深
擴(kuò)孔段的最小縱向埋深應(yīng)不小于7～12D(D為擴(kuò)孔直徑)。因?yàn)樵阱^桿長(zhǎng)度一定的條件下，由錨固段及擴(kuò)孔段與土體摩擦提供的抗拔力為定值，如果縱向埋深過小，擴(kuò)孔段影響范圍內(nèi)土體不能充分壓縮擠密，由此提供的端承力將受到很大影響，抗拔力亦隨之受到影響。
(三)擴(kuò)大頭直徑與長(zhǎng)度
擴(kuò)孔段直徑取決于土質(zhì)、設(shè)備能力和擬采用的施工工法三個(gè)主要因素。根據(jù)目前施工工藝及施工水平，一般可采用0.6～2.0m。擴(kuò)孔段的最小長(zhǎng)度由錨桿桿體與擴(kuò)孔段之間的握裹力確定(其為工程實(shí)際中限制擴(kuò)孔型錨桿承載力的主要因素)。增加擴(kuò)孔段長(zhǎng)度、提高錨桿桿體與擴(kuò)擴(kuò)孔段之間的握裹力能顯著提高彈性狀態(tài)下的抗拔力水平。
四、擴(kuò)孔型錨桿適用條件
擴(kuò)孔型錨桿使用范圍廣泛，對(duì)于可以采用普通錨桿的工程均可采用。除此之外還適用于下列情況：
(1)土質(zhì)條件差、深度大、臨近有建筑物，對(duì)變形要求高的基坑工程，普通錨桿設(shè)置困難，或根據(jù)承載力要求錨桿設(shè)置過長(zhǎng)、過密等情況。
(2)錨桿所需承載力很大，普通錨桿在加密、加長(zhǎng)后仍無法滿足的工程。
五、結(jié)論
隨著我國(guó)基礎(chǔ)建設(shè)的大規(guī)模進(jìn)行，錨桿支護(hù)作為一種經(jīng)濟(jì)有效的支護(hù)方式將會(huì)得到更廣泛的應(yīng)用，而擴(kuò)孔型錨桿憑其獨(dú)特的性能優(yōu)勢(shì)，也將會(huì)在越來越多的實(shí)際工程中發(fā)揮它的積極作用。擴(kuò)大頭錨桿具有使用條件廣，受周圍情況影響小，施工方便、影響小，有較高安全性等好處，可獲得較好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。
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