一、前言
用理正岩土或理正深基坑进行带锚杆锚索支护结构计算时,有一个预加力输入项,这个值是个什么呢?他跟锚杆轴力值有什么关系呢?大家第一反应他不是应该等于0.75-0.9Nak吗?但是计算书里却往往是不在这个区间的。跟很多同行一样对此也有过疑惑,甚至有的审查人员也会专门检查计算书,提出该预加力与规范规定的0.75-0.9Nak不符,要求改正,现对此点做个简单的探讨。
二、弹性支点法
本次探讨主要针对桩锚结构,当前桩锚支护结构最流行的是弹性支点法,根据建筑基坑支护规程4.1.3,计算模型如下:
三、理正软件的预加力
当桩锚支护结构变形较大或桩内力较大,可对锚杆施加预应力,可以有效控制桩顶位移和减小桩内力从而减少配筋,施加的预应力值即锁定值宜为0.75~0.9Nak,按照这个思路,在使用某软件进行计算时,先按不加预应力进行计算,发现位移或内力较大,再按规范要求的0.75-0.9Nak施加预应力,我们希望软件再次计算的结果只是桩的位移、内力和配筋减少,而锚杆的Nak保持不变,但是,理正软件却不是这样,再次计算后,Nak发生了显著变化,而且预加力与之也不是0.75~0.9的关系,怎么会这样呢?下面试着对这个现象进行强行拉扯自圆其说。
(1)假设锚杆里有预加力N0,此时支护桩战术后仰,锚杆支点后移Δ0,为初始状态。
(2)假设桩后土体发生变形,开始对支护桩施加土压力,荷载施加到q1时,支护结构刚好回正,锚杆支点前移Δ0,由荷载q1引起的锚杆轴力增加值为ΔN1。
(3)荷载继续加载增量q2,全部加载到极限平衡状态,此时支护结构向前变形,锚杆支点位移Δ1,锚杆轴力增加值为ΔN2。
(1)假设锚杆里没有预加力,荷载施加到q1时,支护结构向前变形,锚杆支点前移量为Δ0,由荷载q1引起的锚杆轴力增加值为ΔN1。
(2)当荷载继续加载增量q2,全部加载到极限平衡状态,此时支护结构继续向前变形,锚杆支点位移增量Δ1,锚杆轴力增加值为ΔN2。
根据以上对比,施加预加力后,桩的变形减少,内力改善,配筋也会减少,但锚杆轴力由(ΔN1+ΔN2)增加为(N0+ΔN1+ΔN2),感觉逻辑上并没有什么毛病。
所以可以理解,第一次不加预加力计算得到的锚杆轴力为(ΔN1+ΔN2),取预加力N0=0.75~0.9(ΔN1+ΔN2),输入后进行第二次计算,得到锚杆轴力为:
(N0+ΔN1+ΔN2)=1.75~1.9(ΔN1+ΔN),如此一来,预加力与锚杆轴力的比值为:
N0/(N0+ΔN1+ΔN2)=(0.75~0.9)/(1.75~1.9)=0.43~0.47,
就不再是规范规定的0.75~0.9。
以上只是一个粗略的推演,数据不一定对,但事情的缘由应该大抵如此?不妥之处敬请指正!
四、理正的建议
理正建议设计人员和审查人不必苛求规范的0.75~0.9,如果一定要强求,则摘取第一次计算的锚杆轴力值部分,替换掉第二次计算结果中的锚杆轴力值部分,这样:锚杆轴力和配筋采用无预加力时的结果,预加力满足0.75~0.9的要求,支护结构位移和配筋也是一个满意的结果,简直完美。需要注意的是理正得出的锚杆「实用值」是水平值,要得到轴力值需要除以cosa,预加力也是水平值,输入值可以直接用0.75~0.9「实用值」。
五、理正的官方答疑视频
六、其他
理论上,带锚杆的支护结构计算模块,多排锚杆时,想要使锚杆轴力值全部相等,从而大幅简化设计和施工是不可能的,但实践中,可以采用输入不同的预加力值使二次计算的锚杆轴力值全部相等,并在设计上强行规定预加力取0.75~0.9的Nak,这样做也并不会趋于不安全。其次,从其他方式求得锚杆的轴力的情况,是可以做到本级边坡内多排锚杆轴力值完全相等的,如边坡稳定性计算、前面讲到的格构锚杆手动计算等。