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【摘 要】可回收锚索由于其结构设计合理、材料经济且可避免对临近地下空间的侵入等特点而被广泛应用于基坑工程中，具有良好的应用前景。通过对可回收锚索抗拔承载力受力分析及计算进行分析，结合工程实例得出一些具有一定参考价值的结论，为类似工程设计提供借鉴。
【关键词】深基坑支护；可回收锚索；抗拔承载力；参数设计
0 引 言
可回收锚索近年来由于其结构设计合理、材料经济且可避免对临近地下空间的侵入等特点而被广泛应用于基坑工程中，传统锚索受制于对周围地下空间入侵造成地下空间的污染和无法回收锚索造成浪费，可回收锚索可以在支护工程结束后，对留在岩土体中的钢材进行回收，降低造价，同时有效解决了对地下空间的形成建筑垃圾的问题；同时，相比内支撑，锚索支护节省了大量内支撑和竖向立柱桩的设置和拆除等工程量，因此在经济性上具有较大的优势，且为基坑工程土方开挖、地下结构施工创造了开阔的空间，缩短施工周期和地下工程的质量[1]。
1 可回收锚索受力与回收方法简介
可回收锚索按锚固段受力情况分类属于压力型锚索，压力型锚索杆体的拆除容易且其结构能使杆体本身具有较高的防腐性，具有较高的耐久性、独特的荷载传递机理以及良好的工作性能[2]，可回收锚索由锚头、无粘结钢绞线、柱形锚固件和锚固体组成（图1）。由于在锚索施工时施加的预应力和随着基坑的开挖产生的主动土压力，锚索内部钢绞线开始处于工作状态，拉荷载在无粘结钢绞线传递下从锚头传至柱形锚固件与周围注浆体形成的承载体，承载体受力后，将荷载以拉力的形式传递至锚固体，；锚固体与周围岩土体产生摩擦力，以剪应力的形式扩散至周围岩土体中。使锚索能够承受拉力，从而表现出较高的加固能力。
图1 可回收锚索构造示意图
可回收锚索回收方法较多，一般常用两种回收工艺，一种是采用无粘结钢绞线在锚杆根部U 型回转，并在回转部设置专门的承载体构成。回收时钢绞线放松张拉端，拉动单根钢绞线的一头，将钢绞线从锚杆锚固体内中拉出；另一种是在几根钢绞线共同设置在锚固端端部的柱形锚固件中，其中一根作为锁定索，其余为工作索，回收时，拉动锁定索，柱形锚固件中其余工作索解除锁定进行回收。
2可回收锚索抗拔承载力设计分析
可回收锚索与传统拉力型锚索受力机理不同，设计时考虑因素也不同，不同于拉力型锚索，由于其传递拉力的钢绞线在套管的包裹下并不与锚固段注浆体接触，因此，设计时不需要考虑钢绞线和注浆体界面是否发生剪切破坏。因此，可回收锚索设计时仅需考虑以下三个因素，满足其要求：
（1） 钢绞线的抗拉能力，设计时需保证土压力通过钢绞线传递到岩土体深处过程中钢绞线不被拉断，可通过调整具有固定抗拉强度钢绞线的根数确定。
（2）锚固段注浆体抗压强度，设计时需考虑注浆体抗压强度，保证其不被来自承载体的压应力挤压破坏，可通过调节注浆体所使用的混凝土抗压强度来实现。
（3）锚固段注浆体和周围岩土体界面的粘结力，设计时需保证将来自基坑或边坡破裂面之内土压力传递至破裂面之外的深层土体中，可调节锚固段的直径和长度来保证其有足够的抗拔承载力，是影响锚索抗拔承载力的主要因素。
3可回收锚索抗拔承载力计算步骤
设计参考《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-2012）和《岩土锚杆（索）技术规程》（CECS22：2005）中有关锚杆（索）有关公式和参数进行计算。
（1）钢绞线抗拉承载力计算
钢绞线抗拉承载里由钢绞线根数和截面积确定，计算公式按（1）确定：
（1）
其中：n为钢绞线根数；As为单根钢绞线截面积；fptk为钢绞线抗拉强度标准值；Kt为锚索抗拔安全系数；Nt为锚索轴向拉力设计值。Kt根据安全等级不同分别取1.4、1.6和1.8。
（2） 锚固段抗压承载力计算
锚固段抗压承载里由锚固段直径和套管直径以及注浆体抗压强度值确定，按（2）式计算：
（2）
式中：fg为注浆体抗压强度值，D和D’分别为注浆体和套管的直径。
（3）注浆体与周围岩土体界面的剪应力计算
锚固体与周围岩土体界面上满足无粘力的库伦条件：
（3）
注浆体与周围岩土体界面的剪应力按（4）式计算：
（4）
锚索抗拔承载力计算按以上公式计算，在决定锚索抗拔力3个因素中，任何一方面的失效或破坏，都将引起可回收锚索的失效或破坏，所以其抗拔承载力由计算得出的Nk1～Nk3中最小值决定，设计时，应避免Nk1～Nk3差值过大造成浪费，在已计算通过计算得出的锚索所需要承担的土压力，反算可回收锚索各个参数。
4可回收锚索的应用
（1）工程概况及工程地质条件
某基坑工程位于两条重要交通要道交叉口东北侧，地下室外墙距离场地外道路约25m，基坑开挖面积为8.31万m2，周长约1299m。基坑采用桩锚支护。场地30m深度范围内主要为粘土和粉质粘土层，便于锚索的选用。场地工程地质条件如表1所示：
基坑支护设计参数表 表1
层号 土层名称 γ/kN/m3 W/% Ck /kPa Φk/° K /cm/s
① 杂 填 土 18.2 31.0 12* 10* 6.8E-06*
② 粘土 19.8 27.8 48.5 13.1 1.3E-07
③-1 粉质粘土 18.9 30.5 30.5 14.1 5.3E-06
③-2 粉质粘土夹粉土 18.8 31.6 23.0 12.5 4.3E-05
④-1 粉土 18.7 31.3 9.0 20.1 2.8E-04
④-2 粉 砂 19.1 30.4 3.0 31.2 4.8E-03
（2）可回收锚索设计与实施
本基坑工程面积大，工期紧，查用内支撑支护方案，施工周期长且工程量大，经多种方案必选最终确定采用桩锚支护。同时，为了不超用地红线和对周边地下空间的后续开发造成障碍，确定采用可回收锚索。基坑剖面见图2。
图2 基坑支护剖面图
本基坑地下二层部位开挖10.90m～14.30m，周边环境复杂，基坑安全等级为一级，基坑竖向设置三排可回收锚索。
取第三道锚索作为研究对象，计算得其所承担的土压力约为400KN，即Nk=400KN，锚索抗拔安全系数Kt=1.8，则其极限抗拔承载力为720KN，取钢绞线屈服强度1320MPa，由式（1）计算，选取4束φ15.2的钢绞线满足要求；根据相关规范注浆体抗压强度取fg=32.5MPa，按式（2）计算，注浆体直径为175mm时可满足注浆体抗破坏要求；由土体抗剪强度指标和锚索埋置深度，若取锚固段注浆体直径175mm，按式（4）计算得需锚固段长度为26m，调整注浆体直径为400mm，锚固段长度取12m可满足要求，出于安全考虑，注浆体直径设置为500mm，锚固段长度取14m。
基坑监测结果数据表明，基坑开挖至基底过程中基坑围护体的变形均在规范要求之内，本次基坑围护有效控制了开挖对基坑周边的影响，
5 结论
通过对可回收锚索的设计计算及与实际工程的应用，根据可回收锚索受力机理，分析得出了可回收锚索各部分影响因素并提出了计算步骤；锚索抗拔承载力主要影响因素为锚索的长度和直径；结合工程实践，表明按该设计计算所得锚索各个参数进行施工，能够确保基坑开挖和锚索回收阶段基坑的安全。为类似采用可回收锚索支护技术的基坑工程提供参考。
参考文献：
[1]王卫东，翁其平，吴江斌.软土地区大直径可回收锚索支护技术的设计与应用.建筑结构，2012.
[2]CECS22：2005岩土锚杆（索）技术规程[S].北京：中国计划出版社，2005.
[3]严卓辉，关永波，李柏青.地铁深基坑采用可回收锚索支护的锚固段参数设计.隧道与地下工程，2013.
【关键词】深基坑支护；可回收锚索；抗拔承载力；参数设计
0 引 言
可回收锚索近年来由于其结构设计合理、材料经济且可避免对临近地下空间的侵入等特点而被广泛应用于基坑工程中，传统锚索受制于对周围地下空间入侵造成地下空间的污染和无法回收锚索造成浪费，可回收锚索可以在支护工程结束后，对留在岩土体中的钢材进行回收，降低造价，同时有效解决了对地下空间的形成建筑垃圾的问题；同时，相比内支撑，锚索支护节省了大量内支撑和竖向立柱桩的设置和拆除等工程量，因此在经济性上具有较大的优势，且为基坑工程土方开挖、地下结构施工创造了开阔的空间，缩短施工周期和地下工程的质量[1]。
1 可回收锚索受力与回收方法简介
可回收锚索按锚固段受力情况分类属于压力型锚索，压力型锚索杆体的拆除容易且其结构能使杆体本身具有较高的防腐性，具有较高的耐久性、独特的荷载传递机理以及良好的工作性能[2]，可回收锚索由锚头、无粘结钢绞线、柱形锚固件和锚固体组成（图1）。由于在锚索施工时施加的预应力和随着基坑的开挖产生的主动土压力，锚索内部钢绞线开始处于工作状态，拉荷载在无粘结钢绞线传递下从锚头传至柱形锚固件与周围注浆体形成的承载体，承载体受力后，将荷载以拉力的形式传递至锚固体，；锚固体与周围岩土体产生摩擦力，以剪应力的形式扩散至周围岩土体中。使锚索能够承受拉力，从而表现出较高的加固能力。
图1 可回收锚索构造示意图
可回收锚索回收方法较多，一般常用两种回收工艺，一种是采用无粘结钢绞线在锚杆根部U 型回转，并在回转部设置专门的承载体构成。回收时钢绞线放松张拉端，拉动单根钢绞线的一头，将钢绞线从锚杆锚固体内中拉出；另一种是在几根钢绞线共同设置在锚固端端部的柱形锚固件中，其中一根作为锁定索，其余为工作索，回收时，拉动锁定索，柱形锚固件中其余工作索解除锁定进行回收。
2可回收锚索抗拔承载力设计分析
可回收锚索与传统拉力型锚索受力机理不同，设计时考虑因素也不同，不同于拉力型锚索，由于其传递拉力的钢绞线在套管的包裹下并不与锚固段注浆体接触，因此，设计时不需要考虑钢绞线和注浆体界面是否发生剪切破坏。因此，可回收锚索设计时仅需考虑以下三个因素，满足其要求：
（1） 钢绞线的抗拉能力，设计时需保证土压力通过钢绞线传递到岩土体深处过程中钢绞线不被拉断，可通过调整具有固定抗拉强度钢绞线的根数确定。
（2）锚固段注浆体抗压强度，设计时需考虑注浆体抗压强度，保证其不被来自承载体的压应力挤压破坏，可通过调节注浆体所使用的混凝土抗压强度来实现。
（3）锚固段注浆体和周围岩土体界面的粘结力，设计时需保证将来自基坑或边坡破裂面之内土压力传递至破裂面之外的深层土体中，可调节锚固段的直径和长度来保证其有足够的抗拔承载力，是影响锚索抗拔承载力的主要因素。
3可回收锚索抗拔承载力计算步骤
设计参考《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-2012）和《岩土锚杆（索）技术规程》（CECS22：2005）中有关锚杆（索）有关公式和参数进行计算。
（1）钢绞线抗拉承载力计算
钢绞线抗拉承载里由钢绞线根数和截面积确定，计算公式按（1）确定：
（1）
其中：n为钢绞线根数；As为单根钢绞线截面积；fptk为钢绞线抗拉强度标准值；Kt为锚索抗拔安全系数；Nt为锚索轴向拉力设计值。Kt根据安全等级不同分别取1.4、1.6和1.8。
（2） 锚固段抗压承载力计算
锚固段抗压承载里由锚固段直径和套管直径以及注浆体抗压强度值确定，按（2）式计算：
（2）
式中：fg为注浆体抗压强度值，D和D’分别为注浆体和套管的直径。
（3）注浆体与周围岩土体界面的剪应力计算
锚固体与周围岩土体界面上满足无粘力的库伦条件：
（3）
注浆体与周围岩土体界面的剪应力按（4）式计算：
（4）
锚索抗拔承载力计算按以上公式计算，在决定锚索抗拔力3个因素中，任何一方面的失效或破坏，都将引起可回收锚索的失效或破坏，所以其抗拔承载力由计算得出的Nk1～Nk3中最小值决定，设计时，应避免Nk1～Nk3差值过大造成浪费，在已计算通过计算得出的锚索所需要承担的土压力，反算可回收锚索各个参数。
4可回收锚索的应用
（1）工程概况及工程地质条件
某基坑工程位于两条重要交通要道交叉口东北侧，地下室外墙距离场地外道路约25m，基坑开挖面积为8.31万m2，周长约1299m。基坑采用桩锚支护。场地30m深度范围内主要为粘土和粉质粘土层，便于锚索的选用。场地工程地质条件如表1所示：
基坑支护设计参数表 表1
层号 土层名称 γ/kN/m3 W/% Ck /kPa Φk/° K /cm/s
① 杂 填 土 18.2 31.0 12* 10* 6.8E-06*
② 粘土 19.8 27.8 48.5 13.1 1.3E-07
③-1 粉质粘土 18.9 30.5 30.5 14.1 5.3E-06
③-2 粉质粘土夹粉土 18.8 31.6 23.0 12.5 4.3E-05
④-1 粉土 18.7 31.3 9.0 20.1 2.8E-04
④-2 粉 砂 19.1 30.4 3.0 31.2 4.8E-03
（2）可回收锚索设计与实施
本基坑工程面积大，工期紧，查用内支撑支护方案，施工周期长且工程量大，经多种方案必选最终确定采用桩锚支护。同时，为了不超用地红线和对周边地下空间的后续开发造成障碍，确定采用可回收锚索。基坑剖面见图2。
图2 基坑支护剖面图
本基坑地下二层部位开挖10.90m～14.30m，周边环境复杂，基坑安全等级为一级，基坑竖向设置三排可回收锚索。
取第三道锚索作为研究对象，计算得其所承担的土压力约为400KN，即Nk=400KN，锚索抗拔安全系数Kt=1.8，则其极限抗拔承载力为720KN，取钢绞线屈服强度1320MPa，由式（1）计算，选取4束φ15.2的钢绞线满足要求；根据相关规范注浆体抗压强度取fg=32.5MPa，按式（2）计算，注浆体直径为175mm时可满足注浆体抗破坏要求；由土体抗剪强度指标和锚索埋置深度，若取锚固段注浆体直径175mm，按式（4）计算得需锚固段长度为26m，调整注浆体直径为400mm，锚固段长度取12m可满足要求，出于安全考虑，注浆体直径设置为500mm，锚固段长度取14m。
基坑监测结果数据表明，基坑开挖至基底过程中基坑围护体的变形均在规范要求之内，本次基坑围护有效控制了开挖对基坑周边的影响，
5 结论
通过对可回收锚索的设计计算及与实际工程的应用，根据可回收锚索受力机理，分析得出了可回收锚索各部分影响因素并提出了计算步骤；锚索抗拔承载力主要影响因素为锚索的长度和直径；结合工程实践，表明按该设计计算所得锚索各个参数进行施工，能够确保基坑开挖和锚索回收阶段基坑的安全。为类似采用可回收锚索支护技术的基坑工程提供参考。
参考文献：
[1]王卫东，翁其平，吴江斌.软土地区大直径可回收锚索支护技术的设计与应用.建筑结构，2012.
[2]CECS22：2005岩土锚杆（索）技术规程[S].北京：中国计划出版社，2005.
[3]严卓辉，关永波，李柏青.地铁深基坑采用可回收锚索支护的锚固段参数设计.隧道与地下工程，2013.