简述桩锚支护体系力学性能

简述桩锚支护体系力学性能
随着经济的快速发展，建筑技术取得了很大进步。

在实际的施工过程中应用哪种技术就应该对这种技术进行了解。

文章就对桩锚支护体系的力学性能进行了相关阐述。

标签：桩锚支护体系；力学性能；建筑
1 桩锚支护体系的构成
深基坑桩锚支护体系主要由支护桩与锚杆组成，为了增强支护结构的整体稳定性，在桩顶通常设有冠梁。

这种支护结构由锚杆与周围土体的之间的摩擦力及支护桩共同抵挡桩后的土压力，桩锚支护体系应设有腰梁。

锚杆与腰梁连接，而腰梁与支护桩连接，以此形成一个稳定的受力体系。

由于土中水对锚杆周围土之间的受力有很大影响，而深基坑中地下水位往往在基底以上，所以桩锚支护结构施工通常与降水共同进行。

1.1 支护桩体系
桩锚结构中的桩目前最常见的是钻孔灌注桩，也可以人工挖孔桩，预制桩钢板桩等，桩既有挡土作用又有受力作用。

一般情况下桩孔径大于400mm，桩间距依据受力及桩间土体稳定条件确定。

1.2 锚杆及腰梁体系
1.2.1 锚杆
锚杆的作用是将桩所受侧压力传至稳定的土层，与腰梁排桩共同作用，形成一个稳定的体系。

预应锚杆由自由端、锚固端、紧固段组成，锚杆端是锚杆的最远端，它将拉力传给土层。

锚固端通过灌浆形成一个粗糙圆柱体，锚杆居中，四周为砂浆裹护，此部分是锚杆中最关键的部分，锚固杆段长度不宜小于4m。

自由端是将这力传至锚固段的中间段，锚头是用来锚固锁定锚杆并通过它对锚杆施加压力的部分，锚头由部分钢绞线、承压垫板、锚具、夹片组成。

长度不宜大于5m，外露长度需要满足台座、腰梁尺寸以及张拉作业要求。

1.2.2 腰梁
腰梁必须有足够的刚度与强度，才能保证排桩能将其承受的土压力有效的传给锚杆，同时由于考虑工程造价及腰梁主要受弯这一特点，工程中通常用双槽钢作为腰梁。

2 预应力锚杆特点及预应力损失
2.1 预应力锚杆特点
预应力锚杆支护是一种现今流行、技术成熟应用广泛的深基坑支护技术。

它通过对锚杆预先施加一定拉应力，实现对深基坑侧壁的加固。

通过对锚杆自由段的张拉，使锚固的土体产生应压力，锚杆被固定，因而对腰梁产生压力，固定了排桩。

预应力锚杆安全性好，由于锚杆每一根受力都必须张拉，并可检测，所以锚杆即便有问题也可以补救，因此预应力锚杆具有良好的安全性。

预应力锚杆能够先主动对土体岩体进行加固，随后才进行土方开挖，岩土才受到土压力，所以能够减少土体剪切变形，有利于岩土体的稳定性，基坑变形较小。

2.2 预应力锚杆的预应力损失
预应力锚杆的预应力损失是工程中必须面临的问题，它是关系到工程安全的一个重要问题。

预应力损失与很多因素相关，土体力学特征、材料的性质、使用的锚具质量、现行的施工工艺和当前的管理水平都是其影响的主要因素。

通常预应力锚杆的预应力损失主要分为：张拉过程损失、锚固过程损失、和由时间变化引起的损失。

2.2.1 张拉过程的预应力损失
张拉过程中的预应损失主要由两种摩擦决定：预应力锚杆与土体孔壁的摩擦、千斤顶的摩擦阻力。

我们应采取方法来减少锚杆与土体的接触，由此来减少此部分预应力损失。

张拉千斤力的摩擦损失一般为张拉力的1%，这部分损失可以通过超张拉来消除。

2.2.2 锚固过程中的损失
卸载是在锚杆在张拉程序完成后必须进行的一道工序。

通常在锁定锚杆时钢绞线会有一定量的回缩，在某种程度上锚杆预应力损失的大小取决于回缩量的多少。

通常锚固工具的状态与操作人员水平对其影响较大，此部分损失可通过超张拉来弥补。

2.2.3 由时间引起的损失
由时间引起的损失主要有锚杆的松驰、土体的徐变。

（1）锚杆的松驰。

现行锚杆通常由钢材制成，如钢丝、钢铰线等材料。

钢材具有长期受荷载作用下会出现松驰的情形，而且随着外加荷载的不断增大这种
松驰的损失量也会逐渐加大。

试验表明，钢材在长期受荷载的情况下预应力损失量通常为5～10%。

由此可见，由于钢材本身所具有的上述特性，锚杆在使用过程中必然会面对錨杆随着时间的推移，强度逐渐损失的情况。

（2）土体徐变。

土体徐变是土体一个特性，它是桩锚支护体中锚杆预应力损失的又一来源。

在桩锚体系中预应力施加后，土体会产生压缩变形，这种变形并不是一次到位的，随着时间的推移，这种变形也应逐渐增加。

3 桩锚支护体系的工作原理
基坑开挖、支护过程其实是一种土体从一种平衡状态到另一种平衡状态的过程。

土体开挖时会引起支护体系内侧的土体的应力释放。

为了保证施工安全，我们必须采取措施来进行阻挡已经失去支撑的那部分土方，防止土体侧移，这样就形成了一个新平衡。

支护结构限制了土体变形，故而自身必定受到来土体的压力，这就形成了土体与支护结构之间平衡的相互作用。

在深基坑桩锚支护体系中，排桩体在深基坑周围土体荷载的作用下会向基坑内倾倒，桩后土在此情况下也会有一定的位移。

在这种情况下桩体依靠嵌固深度范围内桩体和锚杆来抵挡桩后所受的主动土压力，并减小一部分位移，从而产生了支护桩、锚杆以及土体间相互作用。

3.1 支护结构中桩与土体的相互作用
在基坑开挖过程中，由于土体内部压力的存在，致使土体在开挖后有向坑内倾倒的趋势，而排桩则限制了土体的位移。

桩的长度要大于基坑的深度，桩深嵌于土层内，利用土层的嵌固作用来抵抗桩上部的侧压力。

对于排桩而言，桩间的土拱效应是土体自身强度得以发挥的结果。

桩后土压力通过土体传到桩，桩利用深埋地土内的下部及桩本身来抵抗压力。

在开挖过程中桩间土有向基坑内移动的趋势，所以桩间土的位移要大于桩后土。

在这种情况下桩间土与桩后土抗剪能力发挥，其在土体中形成了一种楔紧作用，这就是所说的桩间土的土拱效应。

土拱效应其限制了桩间土的位移，构成了相对稳定的一种状态，而桩间土的土体压力则传到相邻两侧的桩上。

3.2 锚杆与土体的相互作用
桩锚支护结构中的桩锚属于预应力结构，它通过主动施加锚杆拉力限制了土体的变形与位移。

预应力锚杆不仅加固了坑壁，同时改变了排桩那悬臂桩的不合理的受力状态。

而且由于锚杆的作用，增强了土体在竖向的嵌固作用，进而减小了下滑体的下滑力。

锚杆的受力情况复杂，不同的材料、不同的施工状况和不同的土质情况所造成的受力情况都不尽相同，其工作机理一时难以分析清楚。

一般认为锚杆的拉力
由自由段传至锚固段，当锚固段受力后传至锚杆与周边水泥砂浆的形成的粘结力锚固体中，最后通过锚固体与周围土体之间的想互作用传至土体。

3.3 桩锚结构的受力特征
桩锚支护结构综合了排桩支护与锚杆支护的优点，使得二者都能发挥最大功效。

尤其使支护桩体受力更加合理，有效的控制了支护结构的变形。

通常在场地测量后进行排桩施工，然后进行土方开挖，在挖到设计高度后锚杆进行施工。

在挖土后锚杆受力前桩受到土体压力作用，出现悬臂状态。

在锚杆施工后，桩上增加了支点，桩受到的是弯力，如此就改变了悬臂状态，减少了桩的变形。

随着深度加大，桩上锚杆的增加，桩受力逐渐变为多点支撑受弯状态。

桩锚结构有效地利用桩及锚杆的优势，桩的变形极小，且桩在水平土压力作用下趋于均匀，受力更加合理。