预应力锚杆柔性支护技术，自上世纪90年代以来在国内工程建设中得到了应用推广，特别是在2000年以来广州地区基坑设计中预应力锚杆柔性支护型式已占相当大的比例。预应力锚杆柔性支护得到迅速发展，因其工程造价低，施工方便，工期短，基坑变形小，占地空间小，支护基坑的深度大，是广州市超深基坑支护结构的首选型式。

 

　　预应力锚杆柔性支护体系由支护面层、锚下承载结构、排水系统及预应力锚杆组成，其中预应力锚杆由众多的小吨位预应力系统组成，属于柔性支护体系。其原理是通过预应力锚杆被加固区锚固于潜在滑移面以外的稳定岩土体中，锚杆的预应力通过锚下承载结构和支护面层传递给加固岩土体。

 

 

　　中国工程建设标准化协会标准编写的岩土锚杆（索）技术规程（CECS22：2005），提到锚杆基本试验出现下列情况之一时，可判断锚杆破坏：（1）后一级荷载产生的锚头位移增量达到或超过前一级荷载产生的位移增量的2倍；（2）锚头位移持续增长；（3）锚杆杆体破坏。这三点都可以单独作为验收试验中终止加载的原因。而验收合格的锚杆应同时满足：（1）拉力型锚杆在最大试验荷载下所测得的总位移量，应超过该荷载下杆体自由段长度理论弹性伸长值的80%，且小于杆体自由段与1/2锚固段长度之和的理论弹性伸长值；（2）在最后一级荷载作用下1～10min锚杆蠕变量不大于1.0mm，如超过，则6～60min内锚杆蠕变量不大于2.0mm。

 

 

　　广州市天河区某基坑三层地下室基坑支护工程工程地质勘察报告资料，施工期间测得各钻孔静止水位埋深为1.7米，抽水试验测得地层渗透系数为1.50×10-4L/S，基坑支护为人工挖孔灌注桩+预应力锚索，基坑深度-14m，在基坑深度及影响范围内，场区地层情况及各土岩层力学性质参数。

 

　　锚杆验收数量为锚杆总数的5%，且不得少于3根，临时性锚杆的最大试验荷载取锚杆轴向拉力设计值的1.2倍。因篇幅限制不取全部试验锚索结果进行对比，仅取其中的三根锚索试验结果进行对比。锚索轴向拉力设计值Nu为400kN，最大试验荷载取480kN，分六级加载，加载等级分别为Nu的0.10、0.30、0.50、0.65、0.80、1.00、1.20倍。试验锚索均为该基坑的第二排锚杆，距离填土层约8米。

 

 

　　预应力锚索张拉使用液压型600kN千斤顶及油压表（编号：04-8-15226）（检验后的插值公式Y=0.078X+0.48），电动油压泵加压系统。

 

　　预应力锚索采用1860级四索高强低松弛钢绞线（规格为7×Φj15），公称直径Φ15.24mm，锚索角度30°，锚索钻孔Φ150，一桩一锚，锚固段进入强（中）风化岩不小于7m，试验前锚索均未锁定，设计锚索长度32m，自由段10m，锁定荷载为300kN。

 

　　钢绞线截面积取140mm2，钢绞线弹性模量取195GPa，预应力锚索理论计算总位移量的下限为35.16mm，上限为92.31mm。如果完全从规范的要求判断该三根锚索中预锚1和预锚2为不合格，预锚3为合格。三根预锚的最大极限荷载分别为260kN、0kN、480kN。在试验的过程中本人观察到有部分锚杆在小荷载下（荷载小于设计轴向拉力0.65的荷载）的位移量偏大，而在大荷载的情况下相对位移量较小，如果不从位移量判断，尽管预锚1在小荷载下的位移量比较大，该三根锚索的最大试验荷载均可以达到，而且稳定。

 

 

　　预锚1的位移量变化偏大，后期趋向发散，在最大试验荷载下稳定；预锚2的位移量在小于0.65Nu的荷载下比较大，在0.10Nu到0.30Nu的荷载下位移量就有79.94mm，后期趋于稳定；预锚3的位移量比较正常，位移量在理论计算范围内。

 

　　对同一地质条件，相同长度的锚杆（索）在相同荷载条件下，自由段的长短对总位移的影响是自由段越短，总位移的越小，自由段越长，总位移的越大。正常的锚杆（索）的总位移位于理论计算的下限和上限之间。

 

　　根据地质条件，可以把锚杆（索）看成三段，自由段、土层锚固段（包括全风化层锚固段，而淤泥及淤泥质层的锚固段可当自由段）和岩层锚固段。锚杆（索）的位移是自由段伸长量和锚固段相对于土体的位移总和。从三根预锚的位移分析，预锚1总位移偏大，而且大荷载下的位移也较大，该锚索可以达到最大荷载，锚索杆体未破坏，只是岩层锚固段锚固力比较小或无岩层锚固力，而土层锚固段提供的摩擦力比较小，导致该锚索总位移偏大。预锚2和预锚3尽管小荷载下的位移偏大，但在大荷载下，岩层锚固段提供的摩擦力比较大，后期位移偏小。

 

　　对于可能造成位移量偏大的原因在试验上可能是试验锚具夹片滑动，通过试验后夹具的痕迹排除这种可能性，而且这种因素对锚杆的判断不会造成很大的影响；在施工上可能为注浆上的因素，而注浆差的锚索等效于增加了自由段的长度；在设计上可能为锚索长度控制有关，特别是自由段长度的控制。规范规定：“锚杆自由段长度不宜小于5m，对于倾斜锚杆，其自由段长度应超过破裂面1m”，该工程锚索自由段按近似1/3锚杆长度的施工经验设计。

 

　　预应力锚索理论计算总位移量的下限为35.16mm，上限为92.31mm。如果完全按规范判断，三根锚索中预锚1和预锚2为不合格，预锚3为合格。三根预锚的最大极限荷载分别为260kN、120kN、480kN。而从锁定力300kN看，预锚1后期位移较大，预锚2和预锚3后期位移较小。考虑到锁定后对基坑的影响，对预锚1进行了处理，即加钻了两根锚索。

 

　　基坑在分段开挖土方进行锚索施工，待锚索锁定后进行基坑中部大面积的开挖，监测结果知该基坑侧向位移较小，锚索锁定后基坑侧向位移最大值仅19.00mm，未超过设计水平位移控制值35.00mm（0.0025H），基坑稳定。

 

 

　　柔性支护体系受力主要依靠锚下承载结构承担锚固力，自由段在设计较长的情况下会导致小荷载下的伸长量明显，在大荷载时会出现本案例的伸长量相对较小的情况，在验收时锚杆（索）均未锁定状态，这样会增加基坑的安全隐患，特别是对侧向位移要求较高的基坑。

 

　　锚杆（索）验收中规定在最大试验荷载下所测得的总位移量，应超过该荷载下杆体自由段长度理论弹性伸长值的80%，是考虑到自由段过短不能充分发挥锚下承载结构下端受力而要求的，但对于自由段长度上限未做定性规定。

 

　　对大荷载下锚杆位移相对小的锚杆进行验收时，如果对按设计要求锁定的锚杆（索）（初始张力为残余锁定力）进行张拉可能会发现锚杆（索）能够满足设计要求的极限荷载，而不能发现该锚杆的实际位移量（如本案例中的锚索在小荷载下因为未锁定时张拉产生较大的位移量），而自由段过长的锚杆（索）仅依靠锚下承载结构特别是岩层锚固段提供的锚固力，尽管可以满足锚杆（索）极限设计荷载需要，但未利用土层段所能提供的的摩擦力，在施工上显然不够经济；对无岩层锚固段的锚杆（索），土层锚固段的摩擦力有限，在荷载作用下的位移较大，对基坑的施工安全存在很大的隐患。