复合土钉支护是在土钉支护基础上发展起来的、用于基坑支护或提高边坡稳定性的一种新技术，在我国的城市建设中己有大量的工程实践，但复合土钉支护的理论落后于实践，设计分析方法不完善，试验研究不多，又限制了这项技术的发展。预应力锚索复合土钉支护是复合土钉支护中常用而有效的一种技术方法，是采用土钉与预应力锚索联合支护。它可以有效地控制基坑变形，大大提高基坑边坡的稳定性。本文通过对预应力锚索复合土钉支护进行较为全面的分析和测试，拟进一步揭示该支护方法的内力和变形特征，为该支护方法的设计和施工提供较为科学的依据。

 

 

　　2.1工程概况。

 

　　假日广场深基坑支护工程位于深圳市南山区，北邻世界花园，南靠深南大道和深圳地铁，与世界之窗隔路相望。场地西北东三面邻近市政道路，道路周边分布有世界花园供水管道和排污管道、市政雨水管道和燃气管道以及通信光缆，东侧道路对面为五星级深圳威尼斯酒店，周边环境复杂。基坑东西向长308.2m，南北向宽46.5m～82.5m，总开挖面积20000m?2。基坑开挖深度东西北三侧为17.6～21.0m，基坑南侧开挖深度为13.8～18.7m。

 

　　2.2工程地质条件。

 

　　场地地层由第四系人工填土层、坡洪积层、残积层和燕山期基岩组成。

 

 

　　为了揭示预应力锚索复合土钉支护方法的内力和变形特征，对该支护方法进行了现场测

 

　　试研究。现场测试包括水平、垂直位移、土钉内力、预应力锚索锚头作用力。

 

　　3.1试验目的。

 

　　本试验的目的主要是通过对复合土钉支护结构的全过程内力和变形的监测，总结其变化规律及影响因素；研究复合土钉支护结构的工作机理，分析土钉、锚索以及土体间的相互作用。

 

　　3.2试验方案。

 

　　现场试验包括基坑周边水平位移观测、基坑周边沉降观测、边坡深层土体水平位移测试、土钉与锚索内力测试、土压力测试、土钉与锚索抗拔力测试、孔隙水压力测试等。

 

　　3.2.1复合土钉支护结构内力、土压力、孔隙水压力、地下水位监测宜与基坑变形同步进行。每次开挖后应当加密测试次数，以便及时掌握结构内力的变化过程。

 

　　3.2.2土钉、锚索的拉拔试验在锚固强度达到设计强度的80％或养护超过15天后方可进行。

 

　　3.2.3各种观测点的布置。

 

　　3.3试验装置。

 

　　3.3.1土钉与锚索内力监测。

 

　　3.3.1.1共设置钢筋应力计30个，锚头测力计3个，钢筋应力传感器采用GJJ-10型振弦式钢筋应力计。

 

　　3.3.1.2预应力锚头压力传感器采用MSJ-201型号振弦式锚头测力计。

 

　　3.4复合土钉支护结构内力观测结果及分析。

 

　　对试验剖面的土钉内力情况进行了长达十个月的测试，整个测试过程中，着重研究支护结构内力随基坑开挖、降水、预应力锚索张拉等因素变化的分布及变化规律。

 

　　3.4.1复合土钉支护结构内力观测结果。

 

　　3.4.2复合支护结构内力观测结果分析。

 

　　试验剖面支护结构的内力变化过程可以发现如下一些规律：

 

　　3.4.2.1复合土钉支护结构中土钉受力具有时间效应。开挖后边坡土体内应力的释放是一个缓慢的过程。根据实际测试观测，在每层开挖完成置入土钉后，外界环境变化不大时，钉体内的应力通常需一周左右的时间才能趋于稳定。

 

　　3.4.2.2复合土钉支护结构种土钉受力具有瞬时开挖效应。对应于每层土体开挖，土钉内力都有一个突变。如果开挖土层距离上部土钉较远，开挖对土钉内力的增长的影响明显变小。

 

　　3.4.2.3对比各排土钉应力随时间的变化情况，可以发现：靠近地表的土钉内力在开挖最初阶段速率变化快，在锚索施工张拉以后，内力增率明显降低，并随开挖深度的增加应力变化幅度小，几乎成一直线，内力峰值也会出现衰减；而下部土钉的应力达到稳定状态则需要一个较长的过程，并且应力一直在不断增加。这是因为随着开挖加深，优势滑移面向土体后部移动，超出了上部土钉的加固范围，因此上部土钉长度应当适当加长。受预应力锚索的影响，可以看出，最下面一层土钉承受的拉力是各排土钉中最小的。

 

　　3.4.2.4复合土钉支护结构中的土钉受力具有空间效应。在每层土钉附近的开挖都会使土钉应力发生较为明显的变化。复合土钉结构应力因开挖的变化并不局限于其结构所在位置的开挖，其相邻施工层段的开挖对其应力也有一定的影响，但影响的幅度相对较小。因此在施工过程中宜采用分段开挖。

 

　　3.4.2.5基坑开挖完成后，深圳进入雨季，降水量增多，土钉应力曲线表现为波浪状起伏，由于雨水渗透的滞后效应，地表附近土钉应力变化明显要比底部土钉应力变化时间早，而且变化幅度也大，各层土钉应力都有降低的趋势，因此施工过程中要做好坑顶的硬地化与排水工作，减少水的入渗，以防止因为土地参数的降低，而导致边坡破坏。
 

   　3.4.2.6锚索施加预应力对附近土钉应力影响明显，对距离较远的土钉应力影响不明显，但从总体趋势上来说，施加锚索后土钉后期内力增加趋势都得到了一定的缓和，这是因为施加预应力的锚索，有效的控制了边坡的位移，使得位移速率降低，相应的土钉内力增加速率也降低。并且锚索也分担了其周围土钉中的部分拉应力，使得周边土钉受力减小。

 

　　3.4.2.7 预应力锚索张拉完成后有一定的应力损失，约为锁定荷载的5％。图中可以看出第三、五排的锚索受开挖、降雨等外界环境变化的影响不大，应力整体表现平稳，而最下面的第七排的锚索除了受开挖影响较大外，在开挖完成后应力仍然在不断增大，可见靠近基坑中下部的锚索较靠近基坑上部的锚索对于控制边坡的整体稳定性作用更大。

 

　　3.4.2.8复合土钉支护结构中土钉的应力分布与土钉墙中土钉应力分布形式差别不大，仍然表现为两头小中间大的。由各排土钉结构内力随开挖应力曲线可以看出随着开挖的进行，钉体内应力峰值的位置逐渐向钉体中、后部转移，后面的土体逐渐被调动并参与到整个支护结构中形成复合受力机制。

 

　　3.4.2.9靠近喷射混凝土面层部分的土钉受力情况，可以反映该处面层的侧向土压力， 发现该处土钉内力都比较小，其随深度的分布形式也呈现出上下小，中间大的规律。这表明喷射混凝土面层所承受的侧向土压力也比较小。

 

　　3.4.2.10 土钉应力峰值沿深度呈现上下小、中间大的分布形式，且最大峰值点位于基坑边坡中偏下的位置。 反映了各排土钉应力峰值点的位置并没有呈现出类似于圆弧式的分布特点，尤其是在坡脚附近，土钉最大应力峰值点的位置并非在坡脚，而是与坡角有一定的距离，这有别于传统土钉墙土钉最大应力出现在坡角的分布形式。

 

　　4.1预应力锚索复合土钉支护结构中土钉受力具有时间效应，故每层开挖完成后应尽快构筑支护结构以减少边坡变形。

 

　　4.2预应力锚索复合土钉支护结构中土钉受力具有空间效应，故施工过程中宜采用分层分段跳挖，且每段开挖距离不宜过长。

 

　　4.3预应力锚索可以协调整个支护结构的受情况，提高边坡抗滑稳定性和减小边坡变形。

 

　　4.4当基坑开挖深度较深时，复合支护结构上部土钉应加长，底部可以适应减短，锚索布置在中下部更有利于基坑的安全。

 

　　4.5靠近地表的土钉内力对降雨反应敏感，同时具有时间滞后效应，施工过程中一定要对此引起注意。

 

　　4.6从各排土钉应力最大的位置可以看出，预应力锚索复合土钉支护结构的优势滑移面并不通过坡脚。

 

　　预应力锚索复合土钉支护作用一种新型的工艺，在理论分析和现场测试研究中仍有许多工作需要开展。