摘要：為探討城市小區(qū)永久性高邊坡錨桿擋墻支護(hù)中錨桿的復(fù)雜抗拔承載機(jī)理及極限抗拔承載力確定方法，結(jié)合設(shè)計(jì)方法、工程實(shí)例和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)提出一種錨桿極限抗拔承載力的調(diào)整雙曲線預(yù)測(cè)模型。工程應(yīng)用結(jié)果表明，基于該模型的預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)測(cè)值吻合較好，可供錨桿擋墻設(shè)計(jì)與施工參考。
1引言
現(xiàn)在小區(qū)周邊或小區(qū)內(nèi)的高邊坡支護(hù)問題越來越多，如何確保其經(jīng)濟(jì)有效、安全是值得探討的課題。常用的重力式擋墻等支護(hù)方法只能用于滑坡推力小的低矮邊坡，對(duì)高大或土質(zhì)較差的邊坡需要用巖土錨固技術(shù)[1]。由于錨桿擋墻中的錨桿不僅能提供足夠的抗滑力，且能提高潛在滑移面上的抗剪強(qiáng)度，有效地阻止坡體滑移，因而在深基坑、公路高邊坡[2]等工程中得到了廣泛應(yīng)用，并用來支護(hù)城市小區(qū)內(nèi)的永久性高邊坡。然而，工程中如何合理可靠地確定錨桿的抗拔承載力仍是一難題，目前多依賴經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行估算，待施工完成后再進(jìn)行一定數(shù)量的抗拔驗(yàn)收性試驗(yàn)，其抗拔承載機(jī)理及極限抗拔承載力究竟如何則多為一筆糊涂帳，從而導(dǎo)致所設(shè)計(jì)的錨桿擋墻結(jié)構(gòu)或太保守或偏于不安全。為此，本文對(duì)錨桿抗拔承載力的確定進(jìn)行較深入探討，提出一種錨桿極限抗拔承載力的數(shù)值預(yù)測(cè)模型，并供工程實(shí)踐參考。
2錨桿抗拔承載力確定方法
2.1錨桿抗拔機(jī)理
通常，錨桿受荷時(shí)，首先桿體將錨頭傳遞而來的荷載通過桿體與水泥砂漿間的握裹力傳至水泥砂漿體，然后砂漿與孔壁間的摩阻力傳到被錨固地層中，達(dá)到改善土體應(yīng)力狀態(tài)與限制變形的目的。因此，邊坡不發(fā)生整體失穩(wěn)時(shí)，錨桿抗拔承載力主要取決于桿體材料強(qiáng)度、桿體與砂漿間的握裹力及錨固體與巖土層間的摩阻力等三個(gè)方面。但其發(fā)揮機(jī)理與大小尚受土體類型、施工方法、錨固段型式、工程特性及使用要求等因素影響。
另外，錨固體傳遞荷載時(shí)，是隨荷載增大由近至遠(yuǎn)逐步進(jìn)行，且錨固段長(zhǎng)度上應(yīng)力分布極不均勻，近端應(yīng)力集中嚴(yán)重，隨著荷載向遠(yuǎn)端傳遞，錨固體與周圍巖土界面發(fā)生粘脫。這種逐步破壞的粘結(jié)作用將大大降低巖土層強(qiáng)度的利用率，特別在軟巖與土層中，當(dāng)錨固長(zhǎng)度增大至一定長(zhǎng)度（8～10m）后，錨桿抗拔承載力增量將很小或無任何增加[3]。
2.2抗拔承載力計(jì)算
根據(jù)上述錨桿抗拔機(jī)理，錨桿抗拔承載力主要取決于砂漿對(duì)桿體的握裹力及錨固段周圍巖土層對(duì)錨固體的摩阻力，故可從這兩方面探討錨桿抗拔承載力的計(jì)算。
2.2.1按砂漿對(duì)錨桿桿體的握裹力計(jì)算
根據(jù)錨桿錨固段砂漿體對(duì)桿體材料的握裹力可估算錨桿極限抗拔承載力P1如下：
式中：L1、L2——分別為錨固段中擴(kuò)大與非擴(kuò)大段長(zhǎng)度（即L1＋L2=La）；
D1——擴(kuò)大頭直徑；
cu——不排水抗剪強(qiáng)度；
βc——擴(kuò)大頭承載力系數(shù)，與擴(kuò)大頭大小、埋深及摩擦角等相關(guān)，可取9.0。
需要指出的是，對(duì)于端部擴(kuò)大頭型錨桿，擴(kuò)大頭段因被動(dòng)土壓力產(chǎn)生的錨固力，即式（4）與式（5）的中間項(xiàng)，建議在錨固體有足夠的擴(kuò)大頭時(shí)才予以考慮，否則可作為安全儲(chǔ)備。
上述不同方法所得的錨桿抗拔承載力，取其小者作為錨桿極限抗拔力計(jì)算值。因計(jì)算公式中許多參數(shù)與很多因素有關(guān)，不能準(zhǔn)確給定，故錨桿實(shí)際抗拔承載力最好由現(xiàn)場(chǎng)抗拔試驗(yàn)驗(yàn)證。
3錨桿抗拔承載力試驗(yàn)方法
錨桿試驗(yàn)分基本試驗(yàn)及驗(yàn)收試驗(yàn)。通常，對(duì)地質(zhì)條件復(fù)雜及新型錨桿應(yīng)進(jìn)行基本試驗(yàn)，以取得必要設(shè)計(jì)參數(shù)并驗(yàn)證其可行性；而驗(yàn)收試驗(yàn)旨在復(fù)核錨桿能否達(dá)到設(shè)計(jì)要求。
裝置實(shí)測(cè)錨桿抗拔承載力。按要求分級(jí)加載獲得錨桿荷載-位移曲線（Q～s）后。加載時(shí)一般采用分級(jí)循環(huán)加、卸法，即逐步加載至每級(jí)既定荷載后又逐步卸至初始荷載，循環(huán)往復(fù)，加至最大荷載（其值不應(yīng)超過桿材強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的0.9倍）后又卸至初始荷載（預(yù)應(yīng)力錨桿應(yīng)再加荷至鎖定荷載）。若加荷至某級(jí)荷載時(shí)出現(xiàn)：①錨固體從巖土體或錨桿從錨固體中拔出；②錨頭位移超過設(shè)計(jì)允許值；③該級(jí)荷載下錨頭位移增量大于上一級(jí)位移增量的2倍等情況，則視錨桿已破壞，停止加載，并取該級(jí)荷載前一級(jí)荷載為錨桿極限抗拔力基本值。各試驗(yàn)點(diǎn)全部完成后，由各錨桿極限抗拔力基本值經(jīng)概率統(tǒng)計(jì)后獲得錨桿極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值。
因大多情況下現(xiàn)場(chǎng)錨桿抗拔試驗(yàn)特別是驗(yàn)收試驗(yàn)沒有達(dá)到極限狀態(tài)。為此，本文基于大量實(shí)測(cè)錨桿Q～s曲線分析，提出采用調(diào)整雙曲線模型對(duì)錨桿極限抗拔承載力P進(jìn)行預(yù)估[6]：
式中：s——錨頭位移（mm）；
sn-1——最后第二級(jí)荷載下的錨頭位移（mm）；
a、b、c——擬合參數(shù)。
4工程應(yīng)用
某城市小區(qū)內(nèi)一邊坡高約7.5m，場(chǎng)地內(nèi)的巖土層分布與相應(yīng)力學(xué)性質(zhì)參數(shù)，其中雜填土厚度不均，靠近邊坡外側(cè)近5m。設(shè)計(jì)采用格構(gòu)式錨桿支護(hù)，錨桿全長(zhǎng)粘結(jié)，錨固體采用圓柱形，直徑D=130mm，桿材采用Ⅱ級(jí)螺紋鋼，d=28mm，砂漿強(qiáng)度等級(jí)為M30。五排錨桿傾角均為15o，長(zhǎng)度為7.0m～10.0m。
為檢驗(yàn)錨桿是否能達(dá)到設(shè)計(jì)承載力要求，對(duì)錨桿進(jìn)行驗(yàn)收性抗拔試驗(yàn)?，F(xiàn)以第三排錨桿為例，其設(shè)計(jì)承載力為70kN，由抗拔試驗(yàn)獲得的荷載～位移曲線Q～s。因加荷過程中錨頭位移穩(wěn)定情況良好，達(dá)最大加荷值（105kN）后，也未出現(xiàn)破壞征兆，從圖中可基本判斷錨桿極限抗拔力P>105kN。
采用本文調(diào)整雙曲線模型所獲得的預(yù)測(cè)值P預(yù)估=301kN，擬合相關(guān)指數(shù)R達(dá)0.9996，其余參數(shù)分別為：a=0.0033，b=-0.0311，c=0.0413。
而理論計(jì)算表明，考慮地面超載q=5kPa，按梯形土壓力分布模式求得錨桿所受荷載為55.0kN，根據(jù)相關(guān)規(guī)范表格查表后取錨固體與土體平均粘結(jié)強(qiáng)度值qs=40kPa。
穩(wěn)定分析結(jié)果為：邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)為K=1.51，潛在滑移面貫穿錨桿，錨固段長(zhǎng)約6.85m，按公式（1）可得錨桿極限抗拔力計(jì)算值為P=111.8kN。該經(jīng)驗(yàn)計(jì)算值大于試驗(yàn)最大加載值，而小于調(diào)整雙曲線預(yù)測(cè)值，這說明錨桿能滿足設(shè)計(jì)要求，并偏于安全。
5結(jié)語
因?yàn)檫吰洛^桿支護(hù)有其獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，格構(gòu)式錨桿擋墻還可便于綠化，因而較適用于城市小區(qū)高邊坡支護(hù)。但錨桿技術(shù)的設(shè)計(jì)理論落后于工程實(shí)踐，為此，本文結(jié)合工程實(shí)例對(duì)錨桿抗拔承載力進(jìn)行了理論與試驗(yàn)研究，并提出了更為合理的抗拔承載力預(yù)測(cè)模型，可供工程實(shí)際參考。
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