摘 要:由于可回收式锚索能够回收重复利用，不但解决了普通锚索支护造成的地下建筑垃圾问题，而且不影响邻近地下空间的开发利用，在今后的城市建设中将会有着广阔的应用前景。深圳地铁 3 号线停车场基坑采用了钻孔桩和可回收锚索联合支护形式。本文以该工程为背景，采用 FLAC3D 三维数值模拟软件，对可回收锚索的不同的回收方案进行了模拟，并讨论了锚索回收对基坑稳定性的影响。在此基础上，提出了锚索回收的优化方案，数值模拟计算结果表明: 采用优化的锚索回收方案能够满足基坑安全要求。本工程采用了优化的回收方案进行了锚索回收，施工期间基坑围护桩变形监测结果表明: 基坑围护桩变形在设计允许的范围内，施工实践证明了本文提出的锚索优化回收方案是合理可行的。

关键词: 深基坑支护结构; 可回收锚索; 锚索回收方案; 基坑稳定性

 

      基坑支护多为临时性支护，待主体结构施做完毕后，这些临时支护结构不再发挥作用，而这些支护结构却永久埋藏在地下无法取出，这样就导致了极大的浪费。预应力锚索支护是建筑基坑的一种重要支护方式，多用于安全等级要求较高或工程规模较大的基坑工程，锚索一般都是由钢筋或钢绞线组成，长一般约 20 ～30 m，以 50 m ×50m 的基坑为例，当锚索长度为 25m 时，若按水平间距 2．5m 并打设 3 道锚索计算，则需要钢材量约 23． 5吨，仅仅在广东、北京地区一年就有数千吨的钢绞线留在地下，不仅如此，临时支护无法取出还占用了大量的地下空间，给相邻地块的开发造成很大的影响^［1］。随着我国城市建设的不断发展，深基坑工程不断增多，锚索应用非常普遍，早在 20 世纪90 年代中期，我国就出现了由于红线问题而不能使用锚索进行基坑加固的先例，而这类问题在今后的工程建设中将会更加突出，在国外及香港地区更是禁止锚索对红线外地下空间的占用。由于普通锚索会长期占据大量地下空间，故在国外部分国家和地区使用己受到限制。因此在基坑工程支护中，采用可回收锚索，不仅可以降低造价，更重要的是可以解决临时支护造成的地下建筑垃圾的问题，这对于地下空间的长期开发具有非常广阔而深远的意义。目前国外应用较为广泛的可回收式锚索型式主要有德国的 DYWIDAG 回收式锚索、英国人Anthony D． Barley 等研制开发的 SBMA ( single bore multiple anchors) 回收式锚索^［2］。近年来，国内也开展了有关回收锚杆( 索) 的试验及工程应用工作，并收到了良好的经济和社会效益^{［3 ～5］}。深圳地铁龙岗线西延段停车场深基坑采用了 JCE 可回收锚索进行基坑边坡的加固，这种锚索是从日本引进的，并且在北京地区也得到了成功的应用^［4］。但总体来说，可回收锚索在我国还处于探索使用阶段，尚未大面积推广使用，有关可回收锚索的回收方案的研究也很少有文献报导，本文以深圳地铁 3号线停车场基坑作为工程背景，对锚索回收方案以及锚索回收过程中的基坑边坡稳定性进行系统的研究，以确定最优的锚索回收方案。

 

      深圳地铁龙岗线西延段停车场工程位于西延段莲花二村站与华强北站之间的深圳中心公园处，停车场总长 271． 5 m，宽 87． 0 m，在现状地面下埋深约 8 ～ 15 m，停车场为单层框架剪力墙结构，层高 8 ～10 m。

      停车场基坑地层自上而下为人工填土，淤泥质土、粘性土、砂层，残积层，基岩全、强风化及中等风化。基坑 安 全 等 级 为 一 级，基 坑 北 端 采 用Ф1 200 mm钻孔桩 + Ф600 mm 旋喷桩 + 可回收锚索围护形式。锚索锚固段注浆体直径 180 mm，锚索倾斜角度 30°，水平间距 2． 7 m。竖向共设置 4 道。基坑围护结构断面见图 1。

      本工程锚索为承压型预应力锚索。由钢绞线、波纹套管、承载体、固定台座、注浆体、外锚头组成，其结构简图如图 2。钢绞线一端固定在外锚头处，一端固定在端尾部的固定台座上，张拉钢绞线，使固定台座受力并将拉拔力传递给承载体，承载体通过机械力及摩擦力将拉拔力传递给周围注浆体，注浆体再以压应力的方式将力传递给锚固段的注浆体，最后锚固段浆体通过剪应力的方式将力传递给周围岩土体中。

      回收钢绞线时采用油压分离式千斤顶先回收中心部位的钢绞线，该股钢绞线安装阶段并不进行张拉锁定及施加预应力。待抽出回收用的钢绞线后，会在固定台座中心处产生空隙，锚固段锚头开始散开，其他的拉伸用钢绞线便可逐根拔出。

 

      自上而下开挖基坑并逐层施加锚索，主体结构采用逆做法施工，即先施做底板，再施做竖墙及立柱，并在坑边一侧施做暗柱，然后施做顶层的梁板结构。最后采用逆做法逐层回收锚索并逐层施作侧墙。待回收完第 4 道至第 2 道锚索后，最后回收第一道锚索。施工步序如图 3。

      由于第 4 道、第 3 道和第 2 道锚索逐层回收，不但回收工期长，而且边墙施工缝多，共需要设置2 道纵向施工缝，影响到结构防水和结构的耐久性。因此本文在对设计建议的锚索回收方案进行计算分析基础上，以确保基坑安全为前提，对锚索回收方案进行了优化，提出了“将第4 道、第3 道和第 2 道锚索一次全部回收”的优化方案。

 

      采用 FLAC3D 数值模拟软件对锚索回收的设计方案和优化方案进行分析对比。国内有许多文献讨论了采用数值模拟方法对锚索支护的深基坑边坡稳定性进行分析^{［4 ～6］}，但是，对于采用可回收锚索进行基坑加固的数值模拟尚很少见诸报道。

      由于排桩-腰梁-锚索这一拉锚结构为空间受力体系，而且板墙支护也为空间结构，在本工程中主要考虑预应力锚索的回收后对周围土体的应力及刚度的影响，及回收后对-排桩-腰梁-锚索-这一空间拉锚结构体系的内力及变形的影响。因此需建立三维模型来计算分析较为合适。

      ( 1) 锚索采用 cable 锚索单元模拟，对于自由段和锚固段对锚索砂浆分别赋予不同的参数来实现。

      ( 2) 为了模拟锚索-腰梁-排桩的拉锚作用，将锚索、排桩、腰梁三者的节点采用共节点的刚性连接。

 

      地层物理力学参数、结构参数及锚索设计参数见表 1 ～ 表 4。

      北端基坑排桩维护段长 92． 86 m，宽22． 08 m，开挖深度 13． 75 m，地下水埋深 6． 4 m。由于荷载约束及结构的对称型模型可简化为取 1/4 结构，整个模型长取90 m，宽70 m，高38 m。共划分13 671个实体单元，15 488 个网格节点。如图4 所示。模型的边界条件取模型侧面和底面为位移边界，侧面限制水平位移，底部限制垂直移动，模型顶面为地面，取为自由面。

      step1: 开挖第一层至 － 2． 5 m，打入第 1 道锚索，施做第一道腰梁，对自由段施加 140 kN 预应力;

      step2: 开挖第二层至 － 6． 25 m，打入第 2 道锚索，施做第二道腰梁，对自由段施加 410 kN 预应力;

      step3: 开挖第三层至 － 8． 75 m，打入第 3 道锚索，施做第三道腰梁，对自由段施加 410 kN 预应力;

      step4: 开挖第四层至 － 11． 25 m，打入第 4 道锚索，施做第四道腰梁，对自由段施加 370，N预应力。

      step5: 开挖基坑到底至 － 13． 75 m。

      ( 1) 围护桩的变形及内力: 基坑开挖过程中围护桩位移及内力计算结果见表 5，随着开挖加大，桩的位移和内力增大，施工到第 3 道锚索张拉完毕，排桩最大位移的实测值 6． 01 mm，计算值为6． 2 mm，排桩位移计算值与实际监测位移值基本符合。

      2) 基坑开挖和锚索施加阶段的各道锚索轴力: 计算结果见表 6。从表 6 可以看出，随着基坑的开挖锚索轴力明显的逐渐变大，其中第 1 道锚索增加比最大，达到了 50%。可见锚索在拉锚结构中的作用明显。

      ( 1) 锚索回收的施工步骤模拟:

      step6: 施做底板、竖墙和暗柱、施做顶板和顶梁，施做第 4 道锚索以下边墙，删除第 4 道锚索单元;

      step7: 将边墙施做到第 3 道锚索处，同时删除第 3 道锚索单元;

      step8: 将边墙施做到第 2 道锚索处，同时删除第 2 道锚索单元;

      step9: 将边墙施做到顶板与板连接处，同时删除第 1 道锚索单元。

      ( 2) 结构施作及锚索回收过程中的围护桩位移及弯矩的变化情况( 表 7)

      ( 3) 结构施作及锚索回收过程中的锚索内力分析( 表 8)

      从表 7、表 8 可以看出，在逐层锚索回收过程中，围护桩的变形和弯矩变化并不显著。锚索的回收对上部未回收锚的影响较小，锚索轴力最大值变化幅度不大。说明在主体结构的底板和顶板及梁的支护作用下，锚索的拆除与否对基坑维护结构的变形和内力影响不大，因此锚索的轴力变化也不明显。四道锚索轴力最值分别为 167 kN，314 kN，295 kN，284 kN，均未 超 过 其 各 自 的 允 许 限 值230 kN，510 kN，510 kN，430 kN，且安全储备较大。

      由于结构施作及锚索过程中的基坑围护桩变形、内力均无显著变化，因此在制定锚索回收方案时提出“将第4 道、第3 道和第2 道锚索一次回收”的优化方案，具体施工步序为: step6: 施做底板、竖墙和暗柱、施做顶板和顶梁，施做第四道锚索以下边墙，删除第 4、第 3、第 2 道锚索单元; step7: 将边墙施做到顶板与板连接处，同时删除第 1 道锚索单元。

      ( 1) 一次回收三道锚索排桩稳定性和内力分析

      采用一次回收一道锚索的方案，则第二道锚索回收后基坑排桩最大水平位移为 9． 75 mm，排桩最大弯矩为 709 kN·m; 采用一次回收 3 道锚索的优化方案，第 2 道锚索回收后基坑排桩最大水平位移为 9． 8 mm，排桩最大弯矩为 753 kN·m，弯矩略有增加，但远远小于排桩弯矩限值 1 546 kN·m。因此采用一次回收三道锚索的方案是安全的。

      ( 2) 一次回收三道锚索后第 1 道锚索内力分析

      采用一次回收一道锚索的方案，回收第 2 道锚索后的第 1 道锚索轴力最大为 167 kN，采用一次回收 3 道锚索的优化方案，第 1 道锚索内力为169． 5 kN，第 1 道锚索内力变化不大。

      从以上分析看出，将锚索回收由“一次回收一道锚索”改为“一次回收三道锚索( 第 4 道、第 3道、第 2 道锚索) ”，对基坑的围护桩的内力及围护桩的变形稳定性影响均不大，该优化方案是可行的，可以满足安全稳定要求。

 

      在锚索回收中采用“将第4 道至第2 道锚索一次回收”的优化方案，目前已经完成了停车场主体结构的施工和全部 4 道锚索的回收，基坑开挖及锚索回收过程中，基坑围护桩体水平位移在设计允许的范围内，保障了深基坑的稳定，也确保临近道路的正常通行。基坑开挖到底后及顶板以下三道锚索回收后的围护结构变形见图 5、图 6。

      ( 1) 采用可回收式锚索在深圳地铁 3 号线西延段 3154 标地下停车场工程深基坑支护中取得成功应用，保障了深基坑的稳定，也确保临近道路的正常通行。而且锚索回收后确保了临近深圳市主干道笋岗西路的地下空间利用，为未来城市地铁从笋岗西路下施工减少了不必要的困难。

      ( 2) 采用可回收锚索，不仅可以回收钢材，降低造价，更重要的是可以解决临时支护造成的地下建筑垃圾的问题，这对于地下空间的长期开发具有非常广阔而深远的意义。另外，钢绞线回收后可以二次利用或者折价处理，以本项目为例，共计锚索191 根，其中可二次利用的钢绞线为 191 根，折旧处理的 Ф15． 2 mm 钢绞线共计 13 503 m，每延米重1． 102 kg，共计 14． 88 t。共计可节约 14 万元，回收锚索有一定的经济效益。

      ( 3) 结合现场实际，以确保锚索回收期间的基坑围护结构的稳定为前提，对锚索回收方案进行了重大调整。由“一次回收一道锚索”改为“一次回收三道锚索”，不但缩短了工期，节约了工程造价，而且有利于结构的防水和结构的耐久性。

 

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