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摘要：目前，预应力锚杆柔性支护技术被广泛应用于深基坑的支护，但是对于该技术的物理模型研究并没有得到很好的展开。基于此，本文对深基坑中压力型预应力锚杆柔性支护结构的离心模型试验进行研究，证明了压力型预应力锚杆柔性支护结构能够保证深基坑的支护质量。
关键词：深基坑；压力型预应力锚杆柔性支护结构；离心模型试验
引言：预应力锚杆柔性支护技术是一种新型的基坑支护技术，主要利用了大量的预应力锚杆组合而成的系统锚杆，结合支档层共同组成的一种支护结构。这种基坑支护结构虽然已经进行了数值模型的研究，但是其物理模型的试验并没有得到大量的探究。为了更好的推广这种基坑支护技术，相关研究人员要将重点聚焦在其物理模型的试验上。离心模型试验因其还原工程应力与应变关系的能力，被大量的应用于深基坑等相关工程领域的研究中，是一种科学性和准确性极高的物理模型试验。本文对深基坑中压力型预应力锚杆柔性支护结构的离心模型试验进行研究，为相关研究人员提供参考。
1.离心模型试验的设计与进行
1.1离心机的选择
在本次深基坑中压力型预应力锚杆柔性支护结构的离心模型试验中，应用了GT450/1.4型的大型土工鼓式离心机作为试验设备。该离心机的鼓槽直径为1.4m、竖向宽度为0.35m、径向深度为0.27m。离心机的总容量为450g·t，体积为0.335m3。
GT450/1.4型的大型土工鼓式离心机中配有8通道的采集系统和多种高精度的传感器。可以说，该规格的离心机能够为本次深基坑中压力型预应力锚杆柔性支护结构的离心模型试验提供有力的平台。结合该离心机的性能、试验材料的力学指标以及离心模型的尺寸，试验中选择的重力加速度为100g。
1.2试验材料的选择
在本次深基坑中压力型预应力锚杆柔性支护结构的离心模型试验中，选择的试验材料为强风化板岩，以此选择相似的材料进行离心模型的制作。其中，强风化板岩的重度为21-25kN/m3、内摩擦角为20°-29°、黏聚力为25-52kPa、单轴抗压强度为0.15-0.36MPa、抗拉强度为0.02-0.04MPa。基于此，控制相似材料的相关参数如下：重度为22kN/m3、内摩擦角为25.5°、黏聚力为30.12kPa、单轴抗压强度为0.275MPa、抗拉强度为0.02MPa。相似材料的主要成分为重晶石粉、石英砂、石膏、小云母片和水[1]。
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1.3支护结构模型的选取与布置
由于在实际的深基坑支护中，拉力是最重要的应力，所以在进行本次深基坑中压力型预应力锚杆柔性支护结构的离心模型试验中，要重点把握对压力的模拟。在压力型预应力锚杆中，最大的拉力来自未注浆的自由段，且保持恒定。
结合综合的考量，本次离心模型试验中应用的锚杆模拟材料为直径为0.4mm的低回弹钢丝1根、混凝土结构的模拟材料为厚1.5mm的有机玻璃板、压力型锚杆的承载体的模拟材料为厚1.5mm且直径为10mm的圆形铁片。
利用LVDT位移传感器对不同方向的水平位移进行监测，深基坑的开挖部分利用模型中相似材料的移除进行模拟。
1.4压力性预应力离心模型的制作及张拉
首先进行边坡模型的制作，可以使用预埋的方式进行压力型锚杆的模型制作。要保证承载体与铁丝相互垂直，并在承载体后端的锚杆钢丝进行末端打结处理。可以在承载体的前后安装软铝套，保证承载体与钢丝结构的稳定程度。在模型的浇筑前，先将锚杆模型固定在模型箱内，在结合辅助钢丝进行固定。在浇筑后，要加装锚头固定装置。在浇筑的材料达到了3d强度后，要将辅助钢丝进行清除。
结合模型的性能，选用光纤光栅传感器对钢丝的内力进行监测，完成对于预应张力张拉过程的监测。建立起三个离心模型A1、A2、A3，并在锚杆的自由端分别施加1kg、2kg、3kg的砝码。
2.离心模型试验的结果及分析
2.1预应力的影响分析
经过试验，现实的额结果数据如下：A1模型施加的砝码为1kg，对应的预应力为100kN，水平位移为2.02mm，竖向沉降为1.19mm；A2模型施加的砝码为2kg，对应的预应力为200kN，水平位移为1.38mm，竖向沉降为0.72mm；A3模型施加的砝码为3kg，对应的预应力为300kN，水平位移为0.83mm，竖向沉降为0.36mm。可以看出，当预应力增加时，深基坑的水平位移越小，竖向沉降的数据也随之降低。结合数据能够看出，该压力型预应力锚杆柔性支护结构能够实现建筑工程一级深基坑支护的相关要求。
2.2破坏模式分析
在本次试验中，A1模型在离心机停机之间就受到的破坏，而A3模型在离心机运行停止后依旧没有发生破坏，所以在破坏模式分析中，对于这两个模型不做考量。A2模型在试验的过程中产生了较为明显的裂痕，在离心机停止运行后得到了很好的保存，具有较高的分析价值。A2模型产生了两条裂痕，裂痕a的产生先于裂痕b。裂痕a产生在锚杆的末端，说明预应力锚杆柔性支护结构能够控制锚杆加固区的形变问题发生[2]。而裂痕b产生于第一排锚杆中间的位置，向坡脚上方蔓延，说明压力型锚杆在受力形式上并没有对深基坑的破坏机制产生影响。
总结：综上所述，本文对深基坑中压力型预应力锚杆柔性支护结构进行了离心模型试验，在试验中发现，当预应力增加时，深基坑的水平位移越小，竖向沉降的数据也随之降低，且压力型预应力锚杆柔性支护结构达到了《建筑基坑工程监测技术规范》中对于一级基坑的支护要求。
参考文献：
[1]贾金青,高军程,涂兵雄,张磊,王海涛,高仁哲.深基坑中压力型预应力锚杆柔性支护结构的离心模型试验研究[J].岩土力学,2017,38(S2):304-310.
[2]涂兵雄. 预应力锚杆柔性支护法机理与力学行为研究[D].大连理工大学,2013.
论文作者:陈晓东
论文发表刊物:《防护工程》2018年16期
论文发表时间:2018/9/26
标签：预应力论文; 模型论文; 锚杆论文; 柔性论文; 压力论文; 深基坑论文; 结构论文; 《防护工程》2018年16期论文;