全长粘结型锚杆在深基坑支护中的应用

摘  要：在深基坑支护中应用最普遍的锚杆为端头锚固型锚杆，近年来在一些空间受限及松散土体支护中广泛使用全长粘结型锚杆。本文通过对全长粘结型锚杆加固机理的分析，并结合咸阳市某深基坑支护工程实践，该工程采用全长粘结型锚杆替代端头锚固型锚杆对设计方案进行优化，并利用MIDAS GTS软件对两种锚固形式进行计算分析;基坑变形监测数据结果表明，全长粘结型锚杆支护效果良好。

关键词：深基坑;端头锚固型锚杆;全长粘结型锚杆;MIDAS GTS软件

中图分类号：TU476     文献标识码：A

0引言

随着城市地下空间不断被开发利用，基坑支护的深度和难度在日趋增加。岩土锚杆技术控制变形效果好、施工工艺简便、造价经济，被广泛应用于深基坑支护工程中。

全长粘结型锚杆，即锚杆全长与砂浆粘结，将锚杆插入钻孔中，通过在孔内对锚杆进行全长灌注水泥砂浆，再施加预应力，使锚杆全长与岩土体粘结在一起而共同受力，通过锚杆将张拉力传至深部稳定岩土体中，以抵抗土压力，实现锚杆对岩土层的锚固。设置全长粘结锚杆，可以增大锚固力，同时对锚杆有较好的防腐效果。

1全长粘结型锚杆加固机理

（1）加筋作用。全长粘结型锚杆类似于土钉，对原位土体具有加筋作用，增加了土体强度，减小了主动土压力。

（2）锚固作用。在有限空间土体内或硬塑粘性土中，潜在的破裂面与水平面夹角大于45°+φ/2[1]，全长粘结型锚杆在理论破裂面之外的长度，起到一定的锚固作用，提供锚固力。全粘结锚杆通过承受拉力的杆体将表层松散土体的荷載传递至深部稳定岩土体中，实现锚固作用。

（3）连结作用。通过施加全长粘结型锚杆，使桩锚结构形成整体的受力体系，同时将支护结构和地层紧密地连结在一起。

（4）全长粘结型锚杆是一项超前加固措施，一旦基坑产生滑动面，全粘结锚杆不发挥作用。

2工程案例

2.1工程概况

本工程位于咸阳市秦都区，基坑长46.40 m，宽23.80 m，基坑深度10.70～11.70 m，基坑安全等级为一级。

基坑东侧深度10.7 m，毗邻秦皇南路，基坑东侧中间有一正在施工的顶管工作坑，工作坑距基坑下开挖线8.50 m，工作坑长6.0 m，宽4.0 m，深6.0 m，顶管直径2.0 m。距下开挖线约4.0 m处有一条φ600 mm的波纹雨水管线，走向与基坑东侧平行，埋深约2.0 m。

2.2工程地质条件

场地地貌单元属于渭河左岸一级阶地，地面高程介于390.15～390.85 m之间，基坑地层结构自上而下为：①层素填土，层厚2.5m;②层黄土状土，层厚7.0m;③层粉质黏土，层厚10.0m;④层粗砂，层厚2.0m;⑤层粉质黏土，层厚1.0m;⑥层粗砂，层厚11.50m。

地下水位埋深为8.30～8.60m，对应高程为381.55～382.07m，属于潜水类型。基坑采用管井降水。

2.3支护方案优化设计

原支护设计采用双排桩，并设一道端头锚固型锚杆进行支护，前后排桩桩长均为20.6 m，桩径均为0.8m，桩间距1.60 m，桩排距2.0 m，矩形布置，在冠梁下5.0 m处设一道长15.0 m的端头锚固型锚杆。锚杆倾角20°，以减小锚杆施工对秦皇南路范围内市政设施的影响。

为避让顶管工作坑，原初步设计锚杆设置在冠梁以下5.0 m处，锚杆设置位置偏低，不利于变形控制。污水管线位于秦皇南路中心线处，埋深大于6 m，锚杆施工无法避让。

结合类似的工程经验，经过分析计算，采用三道9 m长的全长粘结型锚杆替代原设计的一道端头锚固型锚杆，基坑结构安全，支护结构变形满足规范要求。全长粘结型锚杆杆体材料为2根Ф20钢筋，预应力50KN，竖向间距2.5m， 其余的设计参数不变。优化后的设计参数详见图1。

另外，基坑地面以下2.5m为素填土，采用全长粘结型锚杆更有利于上部松散土体的变形控制。减小施工对市政管线及设施的影响。

3 MIDAS GTS软件数值模拟分析

结合本工程实例，利用MIDAS GTS软件分别建立双排桩+端头锚固型锚杆、双排桩+全长粘结型锚杆的二维模型，并按照设计开挖工况逐一模拟分析，比较基坑开挖至10.70m深时基坑位移、排桩弯矩及锚杆轴力计算分析结果。

3.1位移分析

通过图2～图5的基坑位移云图可以看出，两种支护结构最大水平位移和竖直位移接近，优化后的设计方案基坑位移满足规范要求，且竖直位移小于优化前方案的竖直位移，说明全粘结锚杆在控制松散土体的变形有效果，对松散土体起到了加固作用。

3.2排桩弯矩分析

通过图6～图8的弯矩云图的对比分析可以看出：后排桩的弯矩值大小明显增加，连系梁的产生的弯矩逐渐增大，说明锚杆在桩锚支护体系中发挥着重要的作用。通过锚杆的连结作用，使桩土共同受力。

通过图7和图8的弯矩云图可以看出：（1）优化后的设计方案弯矩分布范围明显减小，弯矩的绝对值减小，弯矩分布趋向均匀，桩身最大弯矩变小。（2）全长粘结型锚杆在调整桩锚支护体系受力方面的效果显著。

3.3锚杆轴力

通过图9和图10的锚杆轴力云图可以看出，一道端头锚固型锚杆的轴力从自由段到锚固段由210.035KN减小到90.904KN，且自由段的轴力由210.035KN衰减至170.325KN，锚固段的轴力由170.325KN衰减至90.904KN。自由段的轴力分析与理论分析有差异，这是由于数值模拟误差导致，但总体的轴力衰减变化规律与理论相吻合。三道全长粘结型锚杆的轴力分布比较均衡，整体呈递减趋势，锚杆轴力最大值71.308KN位于第一道锚杆上，这是由于上部素填土较厚，全长粘结型锚杆发挥作用大的结果。

4基坑变形监测结果分析

对基坑东侧G5～G8四个变形监测点的23期监测数据进行统计，结果见表1。

变形监测结果表明，基坑监测各项数据指标无异常，满足基坑支护设计及规范要求，充分说明双排桩+三道全长粘结型锚杆支护选型安全可行，设置短而密的全长粘结型锚杆能够控制基坑变形。

5结语

（1）理论分析及工程实践表明，双排桩+全长粘结型锚杆方案可行，能够保证基坑安全。双排桩所受弯矩的绝对值减小，弯矩趋向均匀，可同时减小桩身的配筋。

（2）全长粘结型锚杆在调整桩锚支护体系受力方面的效果显著。

（3）全长粘结型锚杆较端头锚固型锚杆水平变形大，这是由于全长粘结型锚杆较短，提供锚固力有限。工程实践中要结合具体的工程条件，灵活选用。

（4）全长粘结型锚杆适用于地层加固和容许地层有适量变形的工程，对松散地层加筋加固效果明显，且能提高支护结构的整体刚度。

参考文献

[1]中华人民共和国住房和城乡建设部.JGJ 120-2012建筑基坑支护技术规程[S].北京：中国计划出版社，2013.

收稿日期：2021-08-01

作者简介：封磊（1988—），男，陕西商洛人，研究生，工程师，研究方向：陕西关中黄土地区基坑支护设计与施工。